Title: Sin t
1Electrónica de Comunicaciones
CONTENIDO RESUMIDO 1- Introducción 2- Osciladores
3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase
(PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para
RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores
piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia
para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB,
SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y
PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y
ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y
PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de
RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de
RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones
ATE-UO EC mez 00
23- Mezcladores
Idea fundamental Obtener una señal cuya
frecuencia sea la suma o la diferencia de la
frecuencia de otras dos
- Señal de frecuencias (f1 f2) y ½f1 - f2½
- O señal de frecuencia (f1 f2)
- O señal de frecuencia ½f1 - f2½
ATE-UO EC mez 01
3Mezclador que genera (f1 f2) y ½f1 - f2½
f1 3 MHz f2 5 MHz f2- f1 2 MHz f1f2 8 MHz
ATE-UO EC mez 02
4Cómo generar una señal con frecuencias (f1 f2)
y ½f1 - f2½ partiendo de dos de frecuencias f1 y
de f2?
Un poco de trigonometría
cos(AB) cosAcosB - senAsenB cos(A-B)
cosAcosB senAsenB Luego cosAcosB
0,5cos(AB) cos(A-B) (1) senAsenB
0,5cos(A-B) - cos(AB) (2)
sen(AB) senAcosB senBcosA sen(A-B)
senAcosB - senBcosA Luego senAcosB
0,5sen(AB) sen(A-B) (3) senBcosA
0,5sen(AB) - sen(A-B) (4)
cos(2A) cos2A sen2A y 1 cos2A sen2A
Luego cos2A 0,51 cos(2A) (5) sen2A
0,51 - cos(2A) (6)
ATE-UO EC mez 03
5Particularizamos al caso de señales (usando la
expresión (1)) cosw1tcosw2t 0,5cos(w1w2)t
0,5cos(w1-w2)t
- Basta con multiplicar las señales para obtener
la señal deseada - Lo mismo pasa con (2-4), pero con determinados
desfases
Qué pasa si las señales que se mezclan no están
en fase?
cosw1tcos(w2tf) 0,5cos(w1w2)tf
0,5cos(w1-w2)tf
- El desfase f sólo provoca desfases, no nuevas
componentes
ATE-UO EC mez 04
6Cómo multiplicar dos señales (I)?
- Usando un multiplicador analógico clásico Þ no
adecuado para alta frecuencia. - Usando dispositivos de respuesta cuadrática
- vs V0 k(V1cosw1t V2cosw2t)2
- V0 k(V12 cos2w1t V22 cos2w2t
2V1cosw1tV2cosw2t) usamos (1) y (5) - vs V0 0,5kV12 0,5kV22 0,5kV12cos(2w1t)
0,5kV22cos(2w2t) - kV1V2cos(w1w2)t kV1V2cos(w1-w2)t
- Nos sobran las componentes de continua y de
frecuencias 2f1 y 2f2
ATE-UO EC mez 05
7Cómo multiplicar dos señales (II)?
- Usando dispositivos de respuesta proporcional
cuadrática - vs V0 kA(V1cosw1t V2cosw2t) kB(V1cosw1t
V2cosw2t)2 - V0 kA(V1cosw1t V2cosw2t) kB(V12 cos2w1t
V22 cos2w2t 2V1cosw1tV2cosw2t) usamos (1) y
(5) - vs V0 0,5kBV12 0,5kBV22 kAV1cosw1t
kAV2cosw2t - 0,5kBV12cos(2w1t) 0,5kBV22cos(2w2t)
kBV1V2cos(w1w2)t - kBV1V2cos(w1-w2)t
- Nos sobran las componentes de continua y de
frecuencias f1, f2 2f1 y 2f2
ATE-UO EC mez 06
8Cómo multiplicar dos señales (III)?
- Usando dispositivos de respuesta no lineal (en
general) - vs V0 kA(V1cosw1t V2cosw2t) kB(V1cosw1t
V2cosw2t)2 kC(V1cosw1t V2cosw2t)3 nos
fijamos en el último término - (V1cosw1t V2cosw2t)3 V13 cos3w1t V23
cos3w2t 3V12cos2w1tV2cosw2t
3V1cosw1tV22cos2w2t analizamos cada término - cos3w1t cosw1t0,51 cos(2w1t) 0,75cosw1t
0,25cos(3w1t) - cos3w2t 0,75cosw2t 0,25cos(3w2t)
- cos2w1tcosw2t 0,51 cos(2w1t)cosw2t
0,5cosw2t 0,5cos(2w1t)cosw2t 0,5cosw2t
0,25cos(2w1w2)t 0,25cos(2w1-w2)t - cosw1tcos2w2t 0,5cosw1t 0,25cos(2w2w1)t
0,25cos(2w2-w1)t
Finalmente habrá componentes Deseadas
(f1f2), ½f1-f2½ Indeseadas f1, f2, 2f1, 2f2,
3f1, 3f2, 4f1, 4f2 , (2f1f2), ½2f1-f2½,
(2f2f1), ½2f2-f1½, (3f1f2), ½3f1-f2½, (3f2f1),
½3f2-f1½, (2f12f2), ½2f1-2f2½...
ATE-UO EC mez 07
9Ejemplos (I)
Dispositivo cuadrático con V0 0 V1 V2
k 0,5
- Es más difícil filtrar el caso real (cuadrático)
para aislar una única frecuencia
ATE-UO EC mez 08
10Ejemplos (II)
Dispositivo proporcional cuadrático con V0
0 V1 V2 kA 0,25 kB 0,5
- Más difícil de filtrar para aislar una única
frecuencia
ATE-UO EC mez 09
11Por qué es importante que el mezclador genere el
mínimo número posible de componentes en la
mezcla?
- Para facilitar el filtrado.
- Más importante aún para facilitar el filtrado
cuando las señales de entrada no son señales
senoidales puras.
Mezclador ideal. Componentes de
frecuencias (f1Af2), (f1Bf2), ½f1A-f2½ y
½f1B-f2½ Mezclador cuadrático. Componentes de
frecuencias 0, (f1Af2), (f1Bf2), ½f1A-f2½,
½f1B-f2½, 2f1A, 2f1B y 2f2 Mezclador
proporcional cuadrático. Componentes de
frecuencias 0, (f1Af2), (f1Bf2), ½f1A-f2½,
½f1B-f2½, f1A, f1B, f2, 2f1A, 2f1B y 2f2
- Aún más difícil de filtrar para aislar una única
frecuencia
ATE-UO EC mez 10
12Objetivos de la realización física de los
mezcladores con dispositivos electrónicos
- Comportamiento adecuado a las frecuencias de
trabajo. - Uso de dispositivos con comportamiento lo más
parecido a cuadrático, sin términos apreciables
en x, x3, x4, etc. - Cancelación de componentes indeseadas por
simetrías en los circuitos.
- Pasivos (diodos)
- Activos (transistores)
ATE-UO EC mez 11
13Mezcladores con diodos. Ideas generales (I)
iD IS(eVD/VT -1)
IS 1 mA VT 26 mV
iD kAvD kBvD2
kA 4,46710-5 kB 7,98410-4
- Casi coinciden en este margen de tensiones ( 30
mV)
ATE-UO EC mez 12
14Mezcladores con diodos. Ideas generales (II)
Comportamiento con niveles mayores de tensión
- El equivalente tendría un comportamiento más
complejo iD kAvD kBvD2 kCvD3 kDvD4
kEvD5 ...
- Se generarían componentes de otras frecuencias.
- Es muy importante que los niveles de las señales
sean los correctos.
ATE-UO EC mez 13
15Teoría del mezclador con un diodo
- Ecuaciones
- vs vD v1 v2
- vs RiD
- iD kAvD kBvD2
vs ltlt vD, v1, v2 vD v1 v2
vs R0,5kBV12 0,5kBV22 kAV1cosw1t
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t
- Nos sobran las componentes de continua y de
frecuencias f1, f2 2f1 y 2f2
ATE-UO EC mez 14
16Mezclador con un diodo. Realización práctica
ATE-UO EC mez 15
17Teoría del mezclador equilibrado con dos diodos
- vs1 R0,5kBV12 0,5kBV22 kAV1cosw1t
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t - vs2 R0,5kBV12 0,5kBV22 - kAV1cosw1t
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) - kBV1V2cos(w1w2)t -
kBV1V2cos(w1-w2)t - vs vs1 - vs2 2RkAV1cosw1t
kBV1V2cos(w1w2)t kBV1V2cos(w1-w2)t
- Sólo nos sobra la componente de frecuencia f1
ATE-UO EC mez 16
18Mezclador equilibrado con dos diodos. Realización
práctica.
vs R(iD1 - iD2) vs1 - vs2 Lo mismo que en el
caso anterior
ATE-UO EC mez 17
19Teoría del mezclador doblemente equilibrado con
cuatro diodos (I)
Ecuaciones iD f(vD) kAvD kBvD2 iD1
f(v1 v2) iD2 f(-v1 v2) iD3 f(v1 - v2) iD4
f(-v1 - v2) vs v13 - v24 i13R - i24R
RiD1 - iD3 - (iD2 - iD4) RiD1 - iD3 - iD2
iD4
Por tanto vs Rf(v1 v2) - f(v1 - v2) - f(-v1
v2) f(-v1 - v2)
ATE-UO EC mez 18
20Teoría del mezclador doblemente equilibrado con
cuatro diodos (II)
vs Rf(v1 v2) - f(v1 - v2) - f(-v1 v2)
f(-v1 - v2)
- f(v1 v2) 0,5kBV12 0,5kBV22 kAV1cosw1t
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t - -f(-v1 v2) -0,5kBV12 - 0,5kBV22 kAV1cosw1t
- kAV2cosw2t - 0,5kBV12cos(2w1t) -
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t - -f(v1 - v2) -0,5kBV12 - 0,5kBV22 - kAV1cosw1t
kAV2cosw2t - 0,5kBV12cos(2w1t) -
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t - f(-v1 - v2) 0,5kBV12 0,5kBV22 - kAV1cosw1t -
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t
- Sf(v) 4kBV1V2cos(w1w2)t kBV1V2cos(w1-w2)t
vs 4RkBV1V2cos(w1w2)t V1V2cos(w1-w2)t
Finalmente sólo habrá componentes de (f1f2) y
de ½f1-f2½
ATE-UO EC mez 19
21Teoría del mezclador doblemente equilibrado con
cuatro diodos (III)
Otra forma de realizar el conexionado
Ecuaciones iD f(vD) kAvD kBvD2 iD1
f(v1 - v2) iD2 f(-v1 v2) iD3 f(v1 v2) iD4
f(-v1 - v2) i13 iD1 - iD3 I24 iD2 - iD4 vs
-(i13 i24)R R-iD1 iD3 - iD2 iD4
Por tanto vs Rf(v1 v2) - f(v1 - v2) - f(-v1
v2) f(-v1 - v2)
Es la misma ecuación que en el caso anterior,
por lo que sólo habrá componentes de (f1f2) y de
½f1-f2½
ATE-UO EC mez 20
22Mezclador doblemente equilibrado con cuatro
diodos. Realización práctica (I)
Como antes vs 4RkBV1V2cos(w1w2)t
4RkBV1V2cos(w1-w2)t
ATE-UO EC mez 21
23Mezclador doblemente equilibrado con cuatro
diodos. Realización práctica (II)
Otra forma de dibujar el circuito
Anillo de diodos (normalmente diodos Schottky)
ATE-UO EC mez 22
24Mezclador doblemente equilibrado con cuatro
diodos. Realización práctica (III)
Otra forma de realizar el conexionado del circuito
ATE-UO EC mez 23
25Módulos comerciales de mezcladores doblemente
equilibrados (I)
ATE-UO EC mez 24
26Módulos comerciales de mezcladores doblemente
equilibrados (II)
ATE-UO EC mez 25
27Carga de salida de un mezclador con diodos (I)
- La Ze filtro no va a ser resistiva, sino que va
a depender de la frecuencia - Hay que buscar un tipo de filtro con Ze filtro
independiente de la frecuencia. Se puede usar un
diplexor
ATE-UO EC mez 26
28Carga de salida de un mezclador con diodos (II)
Diplexor
- Ecuaciones
- Ze1 Ls R/(RCs 1) (RLCs2 Ls R)/(RCs
1) - Ze2 1/Cs RLs/(Ls R) (RLCs2 Ls
R)/(Ls R)Cs
- Ye1 (RCs 1)/(RLCs2 Ls R)
- Ye2 (Ls R)Cs/(RLCs2 Ls R)
- Ye (LCs2 2RCs 1)/(RLCs2 Ls R)
- Ze R(LCs2 Ls/R 1)/(LCs2 2RCs 1)
- Por tanto, para que Ze R hace falta
-
L/C 2R2
ATE-UO EC mez 27
29Carga de salida de un mezclador con diodos (III)
Calculamos las funciones de transferencia
- vs1/ve 1/(LCs2 Ls/R 1)
- vs2/ve LCs2 /(LCs2 Ls/R 1)
- Sustituimos R (L/2C)1/2
- vs1/ve 1/(LCs2 (2LC)1/2s 1)
- vs2/ve LCs2 /(LCs2 (2LC)1/2s 1)
ATE-UO EC mez 28
30Carga de salida de un mezclador con diodos (IV)
- ½vs1(jw) /ve(jw)½ ½1/(1 - LCw2 j(2LC)1/2w½
- ½vs2(jw) /ve(jw)½ ½-LCw2/(1 - LCw2
j(2LC)1/2w½ - Llamamos wC a la w tal que ½vs1(jw)/ve(jwC)½
½vs2(jw)/ve(jwC)½ - Entonces wC 1/(LC)1/2, fC wC/2p y
½vs1/ve(jwC)½ -3dB
Conocidas las frecuencias fsum f1 f2 y fdif
½f1 - f2½, fC debe colocarse centrado entre ellas
en el diagrama de Bode (que es logarítmico) fC
(fsumfdif)1/2
- Resumen
- fC (fsumfdif)1/2
- fC 1/2p(LC)1/2
- L/C 2R2
ATE-UO EC mez 29
31Teoría del mezclador con un transistor bipolar
- Ecuaciones
- vBE v1 v2
- vs RiC
- iC ISC kAvBE kBvBE2
IC (VEB0) -ISC
vs RISC 0,5kBV12 0,5kBV22 kAV1cosw1t
kAV2cosw2t 0,5kBV12cos(2w1t)
0,5kBV22cos(2w2t) kBV1V2cos(w1w2)t
kBV1V2cos(w1-w2)t
- Nos sobran las componentes de continua y de
frecuencias f1, f2 2f1 y 2f2
ATE-UO EC mez 30
32Mezclador con un transistor bipolar.
Realizaciones prácticas (I)
ATE-UO EC mez 31
33Mezclador con un transistor bipolar.
Realizaciones prácticas (II)
ATE-UO EC mez 32
34Mezclador con un transistor bipolar.
Realizaciones prácticas (III)
ATE-UO EC mez 33
35Mezclador con un transistor bipolar.
Realizaciones prácticas (IV)
Filtrado de la frecuencia deseada
ATE-UO EC mez 34
36Mezclador con varios transistores bipolares
- Se puede conseguir cancelación de componentes
indeseadas por simetrías - Montajes equilibrados y doblemente equilibrados
- Sólo nos sobra la componente de frecuencia f1.
Se cancelan las de f2 2f1 y 2f2
ATE-UO EC mez 35
37Teoría general del mezclador con un transistor de
efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (I)
Diapositiva de la asignatura Dispositivos
Electrónicos
ATE-UO EC mez 36
38Teoría general del mezclador con un transistor de
efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (II)
Otra diapositiva de la asignatura Dispositivos
Electrónicos
ATE-UO EC mez 37
39Teoría general del mezclador con un transistor de
efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (III)
- Ecuaciones del transistor bipolar
- iC ISC - aFISE aFISEeVBE/VT ISC kAvBE
kBvBE2 kCvBE3 kDvBE4 - Ecuaciones del transistor de efecto de campo
- IDPO ID0PO(1 VGS/VPO)2 ID0PO 2ID0PO
VGS/VPO ID0PO(VGS/VPO)2
- Un transistor de efecto de campo tiene una
respuesta más cuadrática Þ Sirve mejor para
hacer mezcladores
ATE-UO EC mez 38
40Mezclador con un JFET. Realización práctica
ATE-UO EC mez 39
41Mezclador con dos JFETs. Realización práctica (I)
Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs (I)
- Sólo habrá componentes de f1, (f1f2) y de
½f1-f2½
ATE-UO EC mez 40
42Mezclador con dos JFETs. Realización práctica (II)
Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs
(II)
- Sólo habrá componentes de f1, (f1f2) y de
½f1-f2½
ATE-UO EC mez 41
43Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL
Handbook 2001) (I)
ATE-UO EC mez 42
44Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL
Handbook 2001) (II)
ATE-UO EC mez 43
45Mezclador con un MOSFET de doble puerta
ATE-UO EC mez 44
46MOSFET de doble puerta comercial (I)
ATE-UO EC mez 45
47MOSFET de doble puerta comercial (II)
ATE-UO EC mez 46
48MOSFET de doble puerta comercial (III)
BF961
VG2S 4 V
ATE-UO EC mez 47
49MOSFET de doble puerta comercial (IV)
BF998
ATE-UO EC mez 48
50MOSFET de doble puerta comercial (V)
BF998
Comportamiento frente a la tensión en cada una de
las puertas
ATE-UO EC mez 49
51Teoría básica de una etapa diferencial (I)
- Ecuaciones
- iC1 Ise vBE1/VT iC2 ISevBE2/VT
- iO iC1/a iC2/a
- vd vB1 - vB2 vBE1 - vBE2
Por tanto iC1 aiO/(1 e-vd/VT) iC2 aiO/(1
evd/VT)
ATE-UO EC mez 50
52Teoría básica de una etapa diferencial (II)
iC1/(aiO) 1/(1 e-vd/VT) iC2/(aiO) 1/(1
evd/VT)
Se observa que ambas funciones son muy lineales
alrededor de vd/VT 0
iC1/(aiO) 0,5 0,25vd/VT iC2/(aiO) 0,5 -
0,25vd/VT Expresión válida para -1 lt vd/VT lt 1
ATE-UO EC mez 51
53Teoría básica de una etapa diferencial (III)
iC1 aiO0,5 0,25aiOvd/VT iC2 aiO0,5 -
0,25aiOvd/VT
vs R(iC2 - iC1) -0,5RaiOvd/VT
Luego vs -0,5RaiOvd/VT Es decir, la tensión
de salida es producto de la tensión de entrada y
del valor de la fuente de corriente
ATE-UO EC mez 52
54La etapa diferencial como mezclador (I)
Hacemos vd v1 V1cosw1t iO IOdc
gOV2cosw2t Por tanto vs -(0,5RaIOdc/VT)(V1cosw
1t) -(0,5RagO/VT)(V1cosw1t)(V2cosw2t)
vs -(0,5RaIOdc/VT)V1cosw1t -(0,25RagO/VT)V1V2c
os(w1 w2)t -(0,25RagO/VT)V1V2cos(w1 - w2)t
Es decir
ATE-UO EC mez 53
55La etapa diferencial como mezclador (II)
ATE-UO EC mez 54
56Ejemplo de esquema real de mezclador con etapa
diferencial (obtenidos de una nota de aplicación
de Intersil)
ATE-UO EC mez 55
57Teoría básica de la célula de Gilbert (I)
ATE-UO EC mez 56
58Teoría básica de la célula de Gilbert (II)
Ecuaciones vs (i2 - i1)R (iC12 iC22 - iC11
- iC21)R
iC11 aiC10,5 0,25aiC1v1/VT iC12 aiC10,5 -
0,25aiC1v1/VT iC21 aiC20,5 - 0,25aiC2v1/VT iC22
aiC20,5 0,25aiC2v1/VT iC1 aIO0,5
0,25aIOv2/VT iC2 aIO0,5 - 0,25aIOv2/VT
Por tanto iC12 - iC11 -0,5aiC1v1/VT
-0,25a2IOv1/VT - 0,125a2IOv1v2/VT2 iC22 - iC21
0,5aiC2v1/VT 0,25a2IOv1/VT -
0,125a2IOv1v2/VT2 vs - 0,25a2RIOv1v2/VT2
ATE-UO EC mez 57
59La célula de Gilbert como mezclador (I)
vs - 0,25a2RIOv1v2/VT2
Hacemos v1 V1cosw1t v2 V2cosw2t Por
tanto vs -(0,25a2RIO/VT2)(V1cosw1t)(V2cosw2t)
vs -(0,125a2RIO/VT2)V1V2cos(w1 w2)t
-(0,125a2RIO/VT2)V1V2cos(w1 - w2)t
Es decir
ATE-UO EC mez 58
60La célula de Gilbert como mezclador (II)
Para que la etapa esté correctamente
polarizada VCC gt Vp1 gt Vp2
ATE-UO EC mez 59
61La célula de Gilbert como mezclador (III)
VCC gt Vp1 gt Vp2
ATE-UO EC mez 60
62Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (NE602) (I)
ATE-UO EC mez 61
63Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (II)
ATE-UO EC mez 62
64Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (III)
ATE-UO EC mez 63
65Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (IV)
ATE-UO EC mez 64
66Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (V)
ATE-UO EC mez 65
67Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert el
SA602A (VI)
ATE-UO EC mez 66
68Ejemplo de esquema real de mezclador con célula
de Gilbert (obtenidos de una nota de aplicación
de Philips)
ATE-UO EC mez 67
69Parámetros característicos de un mezclador
Ligados al uso de un mezclador en un receptor
superheterodino
- Perdidas de conversión LdB -10log(PIF/PRF)
- Aislamiento RF-IF IRF-IFdB
10log(PRF/PRF-IF) (siendo PRF-IF la potencia de
RF en la salida de IF) - Aislamiento OL-IF IOL-IFdB
10log(POL/POL-IF) - Aislamiento OL-RF IOL-RFdB
10log(POL/POL-RF)
ATE-UO EC mez 68
70Ejemplo de uso de los parámetros de un mezclador
Componente de 9 MHz -50 dBm - 5,6 dB -55,6
dBm Componente de 6 MHz 7 dBm - 45 dB -38 dBm
- Perdidas de conversión LdB 5,6 dB
- Aislamiento OL-IF IOL-IFdB 45 dB
ATE-UO EC mez 69