तकनीकी लेख
छात्र क्षेत्र—
ADALM2000 गतिविधि:
सक्रिय मिक्सर

ADALM2000 सक्रिय शिक्षण मॉड्यूल

एंटोनियू मिक्लॉस, सिस्टम एप्लीकेशन इंजीनियर
उद्देश्य
इस गतिविधि का उद्देश्य सक्रिय मिक्सर की मूल अवधारणा को समझना है।
पृष्ठभूमि
मिक्सर एक तीन-पोर्ट वाला उपकरण है जो मॉड्यूलेट या डिमॉड्यूलेट कर सकता है, और निष्क्रिय या सक्रिय हो सकता है। मिक्सर का मुख्य कार्य प्रारंभिक सिग्नल की अन्य सभी विशेषताओं को बनाए रखते हुए सिग्नल की आवृत्ति को बदलना है। एक सक्रिय मिक्सर को निष्क्रिय मिक्सर से अलग करने वाली बात यह है कि एक सक्रिय मिक्सर रूपांतरण लाभ लागू करने के लिए सक्रिय उपकरणों का उपयोग करता है।

जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, मिक्सर का आउटपुट दो रूपों में हो सकता है। मिक्सर दो आवृत्ति इनपुट स्वीकार करता है और एक आवृत्ति आउटपुट प्रदान करता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, आउटपुट दो इनपुट आवृत्तियों का योग या अंतर हो सकता है।
इन आवृत्तियों को निम्नलिखित रूप में पहचाना जा सकता है: स्थानीय दोलक (एलओ), रेडियो आवृत्ति (आरएफ), और मध्यवर्ती आवृत्ति (आईएफ)।
मिक्सर मुख्यतः आवृत्ति रूपांतरण करने के लिए उपयोग किए जाते हैं जिन्हें अप रूपांतरण और डाउन रूपांतरण में वर्गीकृत किया जा सकता है। LO पोर्ट हमेशा एक इनपुट पोर्ट होता है, जबकि RF और IF पोर्ट अनुप्रयोग के आधार पर इनपुट या आउटपुट हो सकते हैं। डाउन रूपांतरण मिक्सर में, दूसरा इनपुट पोर्ट RF पोर्ट होता है, और आउटपुट कम IF पर होता है जैसा कि चित्र 2a में दिखाया गया है।

अप कन्वर्ज़न मिक्सर में, दूसरा इनपुट IF है, और आउटपुट RF सिग्नल है जैसा कि चित्र 2b में दिखाया गया है।

सामग्री

• एडीएएलएम2000 सक्रिय शिक्षण मॉड्यूल
• सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड और जम्पर वायर किट
• दो 1 kΩ प्रतिरोधक
• दो 6.8 kΩ प्रतिरोधक
• एक OP37 परिशुद्धता ऑप amp
• एक एलटीसी1043 परिशुद्धता स्विच्ड-कैपेसिटर ब्लॉक
• तीन N-चैनल MOSFETs (2-ZVN3310, 1-ZVN2210A)

एकल-संतुलित सक्रिय मिक्सर

मिक्सर को एकल-संतुलित मिक्सर और दोहरे-संतुलित मिक्सर के रूप में भी वर्गीकृत किया जा सकता है; प्रत्येक के अपने फायदे हैंtagएस और डिसदवानtagईएस.
एकल-संतुलित मिक्सर, जिसे अक्सर संतुलित मिक्सर कहा जाता है, एक प्रकार का मिक्सर है जो या तो LO या RF सिग्नल को दबाता है लेकिन दोनों को नहीं।
इनपुट LO सिग्नल में शोर के प्रति इसकी संवेदनशीलता के कारण इस कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। इसका मुख्य दोष इसका IF-LO फीडथ्रू है, जिसका अर्थ है कि यदि IF सिग्नल की आवृत्ति LO सिग्नल की आवृत्ति से बहुत कम नहीं है, तो LO सिग्नल IF सिग्नल में लीक हो सकता है। एकल-संतुलित मिक्सर का एक सरल परिपथ चित्र 3 में दिखाया गया है।

हार्डवेयर सेटअप

चित्र 4 में दिखाए गए निम्नलिखित ब्रेडबोर्ड कनेक्शन का निर्माण करें।प्रक्रिया
मिक्सर में आवृत्ति इनपुट के रूप में सिग्नल जनरेटर W1 और W2 का उपयोग करें। LO आवृत्ति के लिए, W1 का उपयोग करें और इसे 5 V, 210 kHz साइन वेव पर सेट करें। RF इनपुट के लिए, W2 का उपयोग करें। अप कन्वर्ज़न मिक्सिंग के लिए,
W2, LO आवृत्ति से कम होनी चाहिए, इसलिए W2 को 5 V, 25 kHz साइन वेव पर सेट करें। अपेक्षित आउटपुट 185 kHz और 235 kHz पर है।
एनालॉग Ch2, RF इनपुट, W2 की निगरानी करता है, जबकि Ch1, स्पेक्ट्रम विश्लेषक के माध्यम से IF आउटपुट की निगरानी करता है। परिणाम चित्र 5a में दिखाया गया है।डाउन कन्वर्ज़न मिक्सिंग के लिए, W2 को 5 V, 260 kHz साइन वेव पर सेट करें; यह मिक्सर के लिए RF इनपुट का काम करेगा। अपेक्षित आउटपुट 50 kHz पर है, और स्पेक्ट्रम परिणाम चित्र 5b जैसा दिखना चाहिए।
एकल-संतुलित सक्रिय मिक्सर LTC1043 के साथ कार्यान्वित
पृष्ठभूमि
आदर्श रूप से, एक मिक्सर के कम शोर, उच्च रैखिकता उद्देश्यों को पूरा करने के लिए, हमें एक ऐसे परिपथ की आवश्यकता होती है जो LO इनपुट के प्रत्युत्तर में एक ध्रुवता स्विचिंग फ़ंक्शन को क्रियान्वित करे। इस प्रकार, मिक्सर को चित्र 6 तक सीमित किया जा सकता है, जो RF सिग्नल को इन-फ़ेज़ (0°) और एंटीफ़ेज़ (180°) घटकों में विभाजित होते हुए दर्शाता है; LO सिग्नल द्वारा संचालित एक चेंजओवर स्विच, बारी-बारी से इन-फ़ेज़ और एंटीफ़ेज़ सिग्नल का चयन करता है। इस प्रकार, मूल बातों को संक्षेप में प्रस्तुत करते हुए, आदर्श मिक्सर को एक साइन स्विचर के रूप में मॉडल किया जा सकता है।

सिमुलेशन

मिश्रण अवधारणा के प्रदर्शन के लिए, हम चित्र 6 में दिखाए गए आदर्श स्विचिंग मिक्सर का उपयोग कर सकते हैं। इस मिक्सर को LTC1043 CMOS एनालॉग स्विच के साथ बनाया जा सकता है, जो एक मोनोलिथिक, चार्ज-बैलेंस्ड, डुअल स्विच्ड-कैपेसिटर इंस्ट्रूमेंटेशन बिल्डिंग ब्लॉक है। स्विचों का एक जोड़ा बारी-बारी से एक बाहरी कैपेसिटर को एक इनपुट वॉल्यूम से जोड़ता है।tage और फिर आवेशित संधारित्र को एक आउटपुट पोर्ट से जोड़ता है। एक आंतरिक घड़ी प्रदान की जाती है, और इसकी आवृत्ति को एक बाहरी संधारित्र से समायोजित किया जा सकता है।
यदि पिन Cosc पर कोई संधारित्र नहीं जुड़ा है, तो आंतरिक दोलक की आवृत्ति 210 kHz होगी। 39 pF बाह्य संधारित्र (पुर्ज़ों के किट से सबसे छोटा मान) के साथ, LTC1043 के आंतरिक दोलक की आवृत्ति 80 kHz होगी। Cosc पर कोई संधारित्र जुड़े बिना विन्यास के लिए सिमुलेशन किए गए।

चित्र 7 में सर्किट दिखाया गया है एलटीस्पाइस® , लेकिन इसे ब्रेडबोर्ड पर हार्डवेयर भागों के साथ लागू किया जा सकता है। हम LTC1043 के पहले स्विच के इनपुट का उपयोग करते हैं। इनपुट सिग्नल सिग्नल जनरेटर के चैनल 1 पर उत्पन्न होगा और S1A से जुड़ा होगा। इसका उल्टा संस्करण प्राप्त करने के लिए, हम एक सरल उलटा बनाते हैं। ampयूनिटी गेन वाले लिफ़ायर को S2A से कनेक्ट करें। आउटपुट को ऑसिलोस्कोप के चैनल 2+ के साथ पिन CA+ पर देखा जाता है। डाउन कन्वर्ज़न मिक्सर के लिए, सिग्नल जनरेटर के चैनल 1 को ऑसिलेटर की आवृत्ति से अधिक आवृत्ति पर सेट किया जाना चाहिए—उदाहरण के लिएampले, 250 kHz। आउटपुट 40 kHz पर दो आवृत्तियों का अंतर होगा। चित्र 8 देखें।

यदि सिग्नल जनरेटर का चैनल 1 60 kHz पर सेट किया जाता है, तो आउटपुट में दो घटक होंगे (एक fLo + fin = 270 kHz पर और दूसरा fLo – fin = 150 kHz पर)। अप कन्वर्ज़न FFT विश्लेषण के लिए चित्र 9 देखें।

डबल-बैलेंस्ड मिक्सर या गिल्बर्ट सेल

डबल-बैलेंस्ड मिक्सर मुख्यतः आउटपुट सिग्नल से LO गुणनफल पदों से बचने के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस विन्यास के लिए दो सिंगल-बैलेंस्ड मिक्सर सर्किट की आवश्यकता होती है जिनमें दो विभेदक RF ट्रांजिस्टर समानांतर में जुड़े होते हैं और एक एंटी-पैरेलल स्विचिंग युग्म प्रदान करते हैं। LO गुणनफल पदों को रद्द कर दिया जाता है और आउटपुट सिग्नल पर RF सिग्नल दोगुना हो जाता है। यह विन्यास LO और IF के बीच उच्च स्तर का पृथक्करण उत्पन्न करता है, जो सिग्नल को मिलाने के बाद फ़िल्टरिंग आवश्यकताओं को आसान बनाता है। विभेदक RF सिग्नल के कारण, ये मिक्सर शोर के लिए सिंगल-बैलेंस्ड मिक्सर की तुलना में कम संवेदनशील होते हैं। इस मिक्सर को गिल्बर्ट सेल भी कहा जाता है। चित्र 10 देखें। 

जैसा कि परिपथ में देखा गया है, गिल्बर्ट सेल मिक्सर में बहुत अधिक समरूपता है। इससे संतुलन प्राप्त करना और आउटपुट पर LO और RF संकेतों को अस्वीकार करना संभव होता है। गिल्बर्ट सेल का उपयोग असतत घटकों वाले सिस्टम में उतना व्यापक रूप से नहीं किया जाता है क्योंकि आवश्यक घटकों की संख्या अधिक होती है। हालाँकि, एकीकृत परिपथों के लिए, गिल्बर्ट सेल मिक्सर आदर्श होते हैं क्योंकि घटकों की संख्या विशेष रूप से महत्वपूर्ण नहीं होती है; उन्हें ट्रांसफार्मर या अन्य प्रेरकों जैसे कुंडलित घटकों की आवश्यकता नहीं होती है, और वे उच्च स्तर का प्रदर्शन प्रदान करने में सक्षम होते हैं।

एलटीस्पाइस सिमुलेशन

चूँकि किट में दिया गया घटक सर्किट बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है, इसलिए आइए LTspice में सर्किट का अनुकरण करें। fileसिमुलेशन के लिए s हो सकता है GitHub पर LTspice शिक्षा उपकरण से डाउनलोड किया गयाचित्र 11 सर्किट का IF आउटपुट दिखाता है। हमने धनात्मक और ऋणात्मक IF आउटपुट के बीच का अंतर लिया है।

LTC1043 के साथ कार्यान्वित डबल-बैलेंस्ड एक्टिव मिक्सर

द्वि-संतुलित मिक्सर विन्यास के लिए दो एकल-संतुलित परिपथों की आवश्यकता होती है। हम इस विन्यास को LTC1043 के साथ बना सकते हैं क्योंकि इसमें कई स्विच होते हैं, और यह आवश्यक प्रतिसमानांतर स्विचिंग युग्म प्रदान करता है। चित्र 12 परिपथ का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। परिपथ और संयोजन लगभग समान हैं—केवल दूसरे स्विच (S3A, S4A) के इनपुट पहले स्विच (S1A, S2A) के इनपुट से उल्टे क्रम में जुड़े हैं। इस स्थिति में, आउटपुट को ऑसिलोस्कोप चैनल 2+ को पिन CA+ पर और 2– को पिन CA– पर प्रदर्शित किया जाता है। डाउन कन्वर्ज़न कॉन्फ़िगरेशन का विश्लेषण करने के लिए, सिग्नल जनरेटर के चैनल 1 पर 250 kHz आवृत्ति और 1 V के साथ एक साइन वेव है ampपरिणामी FFT विश्लेषण के लिए चित्र 13 देखें।

अप रूपांतरण के लिए, चैनल 1 पर उत्पन्न साइन तरंग की आवृत्ति LTC1043 आंतरिक दोलक की आवृत्ति से छोटी होगी - उदाहरण के लिएampले, 50 kHz. इस आवृत्ति मान के लिए FFT विश्लेषण चित्र 14 में देखा जा सकता है।

प्रश्न

1. मुख्य सलाह क्या हैtagएकल-संतुलित मिक्सर की जगह दोहरे-संतुलित मिक्सर (गिल्बर्ट सेल) का उपयोग करने का क्या मतलब है?
2. सक्रिय मिक्सर के कार्यान्वयन में LTC1043 क्या भूमिका निभाता है?

आप स्टूडेंट ज़ोन ब्लॉग पर उत्तर पा सकते हैं।

लेखक के बारे में

एंटोनियू मिक्लॉस एनालॉग डिवाइसेस में एक सॉफ्टवेयर इंजीनियर हैं, जहाँ वे लिनक्स और बिना ऑपरेटिंग सिस्टम वाले ड्राइवरों के लिए एम्बेडेड सॉफ्टवेयर के साथ-साथ ADI के शैक्षणिक कार्यक्रमों, QA ऑटोमेशन और प्रक्रिया प्रबंधन पर काम करते हैं। उन्होंने फरवरी 2017 में रोमानिया के क्लुज-नेपोका में ADI में काम करना शुरू किया। उन्होंने बेब्स-बोल्याई विश्वविद्यालय से सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग में M.Sc. और क्लुज-नेपोका के तकनीकी विश्वविद्यालय से इलेक्ट्रॉनिक्स और दूरसंचार में B.Eng. की डिग्री प्राप्त की है।

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दस्तावेज़ / संसाधन

एनालॉग डिवाइस ADALM2000 सक्रिय शिक्षण मॉड्यूल [पीडीएफ] निर्देश पुस्तिका OP37, LTC1043, ZVN3310, ZVN2210A, ADALM2000 एक्टिव लर्निंग मॉड्यूल, एक्टिव लर्निंग मॉड्यूल, लर्निंग मॉड्यूल, मॉड्यूल

संदर्भ

• उपयोगकर्ता पुस्तिका