ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЬЦЕВОГО СМЕСИТЕЛЯ РАДИОПРИЁМНОГО УСТРОЙСТВА В СРЕДЕ MULTISIM

INVESTIGATION OF A RING MIXER OF A RADIO RECEIVER IN THE MULTISIM ENVIRONMENT

Babushkin Vadim Pavlovich

Student, Komsomolsk-na-Amure State University, Russia, Komsomolsk-on-Amur

Marushenko Sergey Grigorevich

Scientific supervisor, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Komsomolsk-na-Amure State University, Russia, Komsomolsk-on-Amur

Аннотация. В статье рассматривается моделирование кольцевого смесителя как узла преобразования частоты супергетеродинного радиоприёмника. Цель работы заключается в построении модели смесителя в среде Multisim и оценке наглядности полученных временных диаграмм. Показано, что симметричная структура кольцевого смесителя позволяет получить интерпретируемый результат преобразования входного сигнала и сигнала гетеродина.

Abstract. The article considers the simulation of a ring mixer as a frequency-conversion unit of a superheterodyne radio receiver. The aim is to build a mixer model in Multisim and evaluate the visibility of the obtained time diagrams. It is shown that the symmetrical structure of the ring mixer provides an interpretable result of the conversion of the input signal and the local oscillator signal.

Ключевые слова: радиоприёмное устройство; кольцевой смеситель; гетеродин; промежуточная частота; Multisim; схемотехническое моделирование.

Keywords: radio receiver; ring mixer; local oscillator; intermediate frequency; Multisim; circuit simulation.

Введение

Супергетеродинный радиоприёмник основан на переносе принимаемого радиосигнала в область фиксированной промежуточной частоты. Благодаря этому основное усиление и селекция выполняются в заранее выбранной частотной области, что повышает устойчивость и избирательность приёмного тракта. Ключевым элементом такого преобразования является смеситель, на который одновременно поступают входной сигнал и сигнал гетеродина.

При изучении работы смесителей возникает методическая проблема: сам процесс частотного преобразования трудно представить только по структурной схеме или теоретическому описанию. Поэтому в учебной и исследовательской практике целесообразно применять схемотехническое моделирование. Среда Multisim позволяет собрать модель узла, задать параметры источников и наблюдать сигналы в контрольных точках с помощью виртуального осциллографа [3]. Такой подход повышает наглядность анализа и помогает связать теоретические положения с реальной схемной реализацией [2].

В данной статье рассматривается кольцевой смеситель. Его выбор обусловлен тем, что кольцевая структура имеет более выраженную симметрию, чем простые однокаскадные преобразователи. За счёт этого снижается прямое прохождение исходных воздействий на выход, а сам преобразовательный эффект становится более отчётливым. Цель работы состоит в исследовании модели кольцевого смесителя в среде Multisim и оценке её пригодности для анализа работы радиоприёмного устройства.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования принята модель кольцевого смесителя, построенная в среде Multisim. В схему были введены два входных воздействия: моделируемый радиосигнал и сигнал гетеродина. Работа смесителя рассматривалась как результат нелинейного взаимодействия этих сигналов. Для супергетеродинного тракта наибольший интерес представляет разностная составляющая, так как именно она образует промежуточную частоту:

fПЧ = fГ − fС

где fПЧ — промежуточная частота; fГ — частота гетеродина; fС — частота входного сигнала. Временной анализ выполнялся по осциллограммам, полученным с виртуального четырёхканального осциллографа. Оценивались различимость входных сигналов, характер выходного колебания и удобство интерпретации результата.

Рисунок 1. Электрическая схема кольцевого смесителя в среде Multisim

Результаты и обсуждение

Электрическая схема кольцевого смесителя представлена на рисунке 1. В её составе можно выделить источники входного сигнала и гетеродина, трансформаторные связи, диодное кольцо и выходную цепь наблюдения. Главная особенность схемы заключается в симметричной организации преобразовательного узла. Такая структура позволяет рассматривать смеситель не только как рабочую схему, но и как наглядную модель влияния балансировки на результат преобразования частоты.

Осциллограммы сигналов приведены на рисунке 2. Они показывают, что выходное колебание не повторяет форму ни одного из входных воздействий. Это свидетельствует о наличии преобразовательного процесса: на выходе формируется сигнал, содержащий комбинационные частотные составляющие. Для учебного анализа это особенно важно, так как студент видит не абстрактное утверждение о появлении промежуточной частоты, а конкретное изменение временной формы сигнала.

Рисунок 2. Осциллограммы сигналов кольцевого смесителя

Дополнительный результат моделирования представлен на рисунке 3. Он позволяет уточнить характер сигналов в выбранном временном интервале. На осциллограммах заметно, что преобразованный сигнал имеет выраженную огибающую и устойчиво отличается от исходных гармонических воздействий. Это подтверждает пригодность модели для демонстрации работы смесителя и для сравнения с другими преобразовательными узлами радиоприёмного тракта.

Рисунок 3. Дополнительный результат моделирования кольцевого смесителя

По результатам моделирования можно сделать вывод, что кольцевой смеситель занимает особое место среди исследуемых схем. Он сложнее простого транзисторного смесителя, однако даёт более организованный и читаемый преобразовательный результат. В то же время он не является только математической моделью перемножения сигналов, поскольку сохраняет связь с реальной схемной структурой радиоприёмных устройств. Поэтому данная схема удобна как сравнительный вариант при анализе преобразовательного тракта.

Практическая ценность модели состоит в возможности одновременного наблюдения нескольких сигналов. Это позволяет оценить не только факт появления выходного колебания, но и степень его отличия от входного радиосигнала и сигнала гетеродина. Такой подход делает анализ более содержательным: смеситель рассматривается не изолированно, а как узел, от качества работы которого зависит последующее выделение промежуточной частоты фильтром ПЧ.

Заключение

В статье выполнено исследование кольцевого смесителя радиоприёмного устройства в среде Multisim. Построенная модель показывает процесс преобразования частоты при совместном воздействии входного радиосигнала и сигнала гетеродина. Полученные осциллограммы подтверждают, что симметричная кольцевая структура обеспечивает более наглядный и интерпретируемый результат по сравнению с простыми преобразовательными схемами.

Разработанная модель может использоваться при подготовке лабораторных и практических занятий по радиотехническим дисциплинам, а также при предварительном анализе узлов супергетеродинного тракта. Дальнейшее развитие работы может быть связано со сравнением кольцевого смесителя с транзисторными, балансными и четырёхквадрантными схемами, а также с включением модели в полный тракт промежуточной частоты.