Смеситель для симметричных линий

Диодная схемотехника

С. В. Артюшенко
Радиоаматор, 4, 2006

Oбобщены практические схемы амплитудных детекторов и преобразователей частоты (смесителей и модуляторов) на полупроводниковых диодах. Материал статьи систематизирован на основе фирменных материалов производителей диодов, атиповые схемы проверены автором в его практике радиоинженера.

Введение
Диод – базовый прибор радиотехнической и электронной схемотехники. Полупроводниковый твердотельный диод, который вначале, сразу после его изобретения, назывался “кристаллическим”, в настоящее время является одним из самых массовых твердотельных приборов микроэлектроники.

Сотни фирм во всем мире выпускают тысячи типов диодов в количестве миллионов экземпляров: от силовых выпрямительных до сверхвысокочастотных детекторных и преобразовательных (смесительных, модуляционных и умножительных), как в виде корпусных приборов, так и в виде чипов и специальных сборок.

Каждый радиолюбитель применяет полупроводниковые диоды, практически не вникая в особенности физических принципов их работы. Достаточно, чтобы при их использовании не выходить за пределы технических требований (ТУ) изготовителя прибора.

В то же время, многие особенности оптимальной диодной схемотехники, рекомендованные фирмами изготовителями, остаются вне внимания радиолюбителей.

Цель статьи систематизация диодной схемотехники, оптимизирующая их применение для таких задач, как детектирование и преобразование частоты. В [1] была опубликована статья о применении биполярных транзисторов для модуляторов и смесителей.

Не уступают транзисторным схемам по рабочим параметрам (кроме коэффициента передачи) специальные диодные технологические сборки, рекомендованные справочниками многих фирм для балансных модуляторов и смесителей, а по такому параметру, как балансность, могут их превышать.

Это говорит о том, что диодная схемотехника для многих задач себя далеко еще неисчерпала. Материалы статьи призваны подтвердить этот тезис.

Диод как элемент электрической цепи
Будем считать, что физика работы полупроводникового диода в общих чертах либо известна читателю, либо он, при желании, может с ней познакомиться с помощью имеющихся учебников имногочисленных специальных пособий. Для схемотехники диодов основными определяющими моментами являются три следующих положения:

• полупроводниковый диод в электрической цепи является двухполюсником;
• вольтамперная характеристика полупроводникового диода в прямом (проводящем) направлении не начинается с нуля, как в электровакуумном диоде, а смещена на величину напряжения потенциального барьера Uо полупроводникового перехода диода (рис.1);
• вольтамперная характеристика полупроводникового диода в обратном (непроводящем) направлении также имеет так называемую точку потенциала “пробоя” Uп, начиная скоторого диод становится проводящим.

Эту точку используют в качестве рабочей в некоторых типах полупроводниковых диодов стабилитронах. Из первого положения следует, что в рабочей схеме диод входит одновременно в цепи входного сигнала, выходного сигнала, выпрямленного постоянного тока и в цепи тока смещения (если используется смещение).

Если хоть одна их этих цепей не будет замкнута, то диод не будет функционировать, т.е. не будет исполнять свою роль детектора выпрямителя или преобразователя частоты.

В частности, если диод включен в рабочую схему смесителя, равно как и модулятора, то входных сигналов разных частот будет уже два, выходных полезных тоже два (на суммарной и разностной частоте) и плюс выпрямленный постоянный ток.

Это означает, что на входах и выходах двух полюсов диода в явном или неявном виде должны быть использованы частотно разделяющие цепи типа резонансных контуров или фильтров нижних и верхних частот и, кроме того, обязательно замкнутые цепи по постоянному току.

В случае применения так называемых балансных схем числовходных резонансных контуров или фильтров может быть сокращено за счет использования комбинаций линейных суммарно разностных схем.

В этом случае в балансной схеме могут применяться сборки из двух или четырех однотипных диодов.

Многие фирмы выпускают такие сборки в виде чипов, выполненных в одном технологическом цикле на полупроводниковой пластине, что гарантирует высокую идентичность пар (четверок) диодов.

Диод в однотактной схеме

В первую очередь, одиночный диод используется в качестве одно полупериодного выпрямителя переменного тока. В силовой сети такая схема практически не находит своего применения всвязи с низкой энергетической эффективностью, в то время как в радиоприемной технике однотактная схема широко применяется в качестве амплитудного (АМ) детектора.

Величина потенциального барьера диода Uо имеет разную величину для диодов различных технологических типов. Для кремниевых диодов по так называемой технологии Шотки Uо=0,25 В, для германиевых диодов Uо=0,4 В и для распространенных, и соответственно дешевых, кремниевых диодов Uо=0,6 В.

Существует специальный тип так называемых обращенных диодов, редко применяемых в радиолюбительской практике, для которых Uо=0. Наличие точки смещения нуля приводит к тому, что диод не начнет проводить, пока амплитуда входного сигнала не превысит этот порог.

Это означает, например, что детекторный приемник без усилителя высокой частоты будет “глухим”, пока сигнал навыходе резонансного контура после антенны не превысит Uо.

Следует также знать что, если на практике схема детектора начинается с емкости (закрытый вход), то сигнал на выходе появляется только тогда, когда амплитуда входного напряжения превысит двойное значение Uо из за того, что на емкости образуется дополнительное смещение, почти равное выпрямленному пиковому входному напряжению.

Прямое смещение Uо можно компенсировать применением в схеме детектора другого однотипного диода D2, как показано нарис.2,а. Его “подставка” постоянным напряжением, равная Uо, будет определять нулевой порог начала проводимости для рабочего диода D1 и дополнительно будет компенсировать уход его порога срабатывания Uо с изменением температуры окружающей среды.

Если на входной шине с диодом имеется некий постоянный рабочий уровень напряжения, что часто встречается в цифровых схемах, то его также можно скомпенсировать другим диодом D2 (рис.2,б). Сопротивление резистора R1 выбирается такой величины, чтобы I2>I1, и диод D2 был всегда открыт. При использовании закрытого входа (рис.

2,в) реализуется схема АМ детектора с удвоением выходного напряжения. В некоторых случаях такое включение может оказаться полезным, если предусмотреть, чтобы последующий каскад в общей схеме имел высокое входное сопротивление.

Что касается частотного предела работы конкретного полупроводникового диода водно полупериодной схеме, то требуется, чтобы период сигнала входной рабочей частоты был напорядок больше времени релаксации неосновных носителей примененного диода. Для обычных диодов время релаксации составляет 10…100 нс, и рабочая частота такого полупроводникового диода может составлять F=1000 МГц. Диоды Шотки в основном находят применение на сверх высоких частотах (СВЧ), так как для них время релаксации может составлять 100 и менее пикосекунд. Поэтому, к примеру, оптимальная фильтровая схема для однотактного сверх быстродействующего диодного коммутатора сигналов при расчете частот разделения входных и выходных спектров должна учитывать величину времени релаксации диода как определяющую предельную скорость переключения.

Балансные диодные структуры

Двухтактная, или балансная, диодная структура первоначально была использована в силовых выпрямительных двух полупериодных схемах. Такая схема состоит их пары диодов и трансформатора со средней точкой. Практически она не находит применения вкачестве АМ детектора в радио приемных схемах.

В то же время такая структура составляет основу балансных схем, применяемыхв качестве частотно преобразовательных схем (смесителей и модуляторов).

Балансная схема смесителя (модулятора) состоит из линейной схемы формирования суммыи разности входных сигналов, обычно также использующей трансформатор со средней точкой, к которой присоединяется другой вход схемы (рис.3), к которой затем подключается собственно диодная сборка. Типовая схема балансного смесителя на двух диодах показана на рис.4.

На выходе используется разность напряжений с двух нагрузочных сопротивлений. Степень подавления входных сигналов на выходе определяется уровнем балансности (симметричности) схемы и характеризует развязку смесителя или модуляторов по отношению к входным сигналам.

Численно балансность выражается как отношение остаточного напряжения на выходе балансной схемы к величине входного напряжения и определяется симметричностью вторичной обмотки входной трансформаторной схемы со средней точкой и идентичностью диодов.

Грубо, балансность любой схемы подобного назначения проверяется очень просто: достаточно отключить один из входных сигналов и проверить остаточный выпрямленный уровень сигнала на выходе балансной схемы. Еще говорят, что любая схема балансного смесителя или модулятора представляет собой перемножитель входных сигналов.

При этом математически можно показать, что по полезному входному сигналу смеситель (модулятор) будет работать в линейном режиме при любой вольтамперной характеристике диодов при условии, что опорный сигнал (гетеродин) преобразователя превышает по уровню входной хотя бы на порядок. Базовая схема рис.

4 составляет основу целого семейства балансных схем, состоящего из четырех под семейств, а именно встречного “A” и последовательного “B” типов соответственно соткрытым “C” или закрытым “D” включением диодной пары (рис.4). Выходное напряжение при встречном включении диодов образуется путем вычитания напряжения в двух плечах выпрямителя. При последовательном включении диодов полезный сигнал образуется при суммировании напряжения на выходе двух плеч. Каждый диод в сборке из двух диодов работаетв режиме одно полупериодного выпрямителя.

При использовании сборок из четырех диодов возможно использование двух полупериодного (двухтактного) режима работы диодов. Подобные схемы еще известны как мостиковыеили кольцевые.

Возможны также балансные двух полупериодные схемы из четырех диодов, не имеющие в явном виде кольцевой структуры, например звездо образные. В любом случае каждая такая схема в семействе представляет собой комбинацию из двух однополупериодных базовых схем.

Таблица схем на рис.5 представляет собой систематику семейства балансных 4 диодных схем, полученных методами комбинаторики. Интересно отметить, что если схему с емкостным входом рис.

2,в скомбинировать в виде двухтактной, то каждое плечо балансной сборки будет работать в режиме удвоения напряжения с не симметричным по отношению к общему проводу выходным сигналом.

Современные диодные сборки, имеющиеся на рынке,обеспечивают потери преобразования до 5…8 дБ, гарантированную балансность в рабочей точке до 25…30 дБ и уровни входных сигналов до единиц милливатт для смесительных диодов и единиц ватт для модуляторных. Все базовые схемы смесителей, показанные на рис.4 и рис.

5, преобразуются в фазовые детекторы (ФД) в случае, если в схеме смесителя частота гетеродина совпадает с частотой входного сигнала в качестве опорного сигнала, как в случае радио приема с прямым преобразованием.

В этом случае полезный сигнал на выходе диодной схемы вместо разностной частоты формируется вокруг точки нулевой частоты в виде видео спектра входного модулированного сигнала. Так как схема балансного смесителя осуществляет операцию перемножения, то, строго говоря, выходной сигнал ФД пропорционален косинусу фазы входного сигнала.

Поэтому такая простая схема ФД находит применение только при малых углах девиации фазовой модуляции (ФМ) входного сигнала. При больших углах девиации ФМ используются более сложные схемы с двумя квадратурными ФД: один с нулевым сдвигом фаз и другой под 90° по опорному сигналу.

Специальные схемы балансных диодных структур

Ряд фирм для балансных схем, в частности, для смесителей диапазона СВЧ выпускает специальные диодные сборки в виде чипов с балочными выводами из четырех диодов, соединенных в звезду (рис.6). Такие сборки удобно включаются в двеполосковые симметричные (относительно “земли”) линии передачи сигнала и гетеродина, подведенные к диодной сборке звездочке с двух сторон кресто образно.

Полезный сигнал промежуточной частоты снимается с общей точки звездочки. Читателю в его творческой радиолюбительской работе представляется возможность использовать балансную схему звездочку на более низких частотах при использовании симметрирующих трансформаторных или активных транзисторных фазорасщепляющих схем.

Для специальных применений, например в синтезаторах частоты, иногда требуется применение преобразователей частоты с балансностью до 50 дБ. В этом случае диодные сборки даже в виде технологических чипов не гарантируют достаточной для таких задач идентичности параметров отдельных диодов.

Для таких задач находит применение схема балансного частотного преобразователя с выравниванием характеристик диодов спомощью автосмещения. Как показано на рис.7, идея состоит втом, что диоды по парно соединены через специальную RC цепочку, на которой образуется общее для пар диодов смещение за счет выпрямления сигнала гетеродина. Это автосмещение выравнивает общую рабочую точку пары.

Выравнивание рабочей точки двух пар диодов производится внешней разностной схемой регулировки уровня гетеродина на двух парах (последняя не показана на рисунке).

Литература

1. Скорик Е.Т. Балансные модуляторы и смесители на биполярных транзисторах с дополняющей проводимостью // Радіоаматор. 2005. №8. С.54 55

Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=5067

Смесители (промышленные)

Ленточно-винтовые смесители состоят из неподвижного смесительного лотка, в котором вращается двухвинтовой ленточный шнек. Он разрыхляет смешиваемый зернистый продукт и поднимает его.

Наружные дуги шнека перемещают продукт от места загрузки к стороне выгрузки. А внутренние дуги шнека способствуют движению материала в обратном направлении.

Этим достигается интенсивный процесс перемешивания, при котором преобладает перемещение продукта к разгрузочной стороне, в связи с чем, смесительный лоток постоянно опорожняется.

У силосного шнекового смесителя смесительная камера имеет форму конуса, который стоит на своей вершине.

Вдоль стенки силоса медленно вращается шнек, установленный под наклоном. Крутит его поворотный рычаг на круговой оси по периметру конуса. Шнек при вращении поднимает смешиваемый продукт от стенок силоса и со дна вверх и распределяет его наверху по периметру конуса. По центру продукт соскальзывает вниз, и у дна вновь захватывается шнеком.

Таким образом, сыпучий материал непрерывно циркулирует и смешивается, что позволяет удерживать в сыпучем состоянии материалы, склонные к слеживанию. Готовый продукт выгружается через отверстие заслонки в днище силоса.

Перемешивание потока вещества неподвижными турбулизаторами

Искусственная турбулизация потока применяется для перемешивания жидкостей и газов в трубопроводах. С этой целью, внутри трубопровода устанавливаются статичные детали, которые обеспечивают изменение направления и скорости потока:

• полуперегородки и диафрагмы со смещенными отверстиями;
• винтовые вставки;
• инжекционные смесители.

Использование полуперегородок и диафрагм со смещенными отверстиями обеспечивает многократное сужение и расширение потока, в результате чего изменяется направление потока. Винтовые вставки с чередованием направления винтового хода (влево и вправо) многократно и разнонаправленно закручивают поток. Инжекционные смесители применяются в сочетании с винтовыми вставками.

Метод перемешивания в потоке неподвижными турбулизаторами используется при условии взаимной растворимости компонентов вещества, а также его невысокой вязкости. Следует отметить, что такой метод требует больших энергетических затрат при сравнительно невысокой эффективности смешивания.

Схемы устройств, предназначенных для перемешивания в потоке.

Механические мешалки делятся по строению лопастей на следующие группы:

1. Пропеллерные (с винтовыми лопастями)
2. Лопастные (с плоскими лопастями)
3. Специальные (якорные и тд.)
4. Турбинные

Лопастные мешалки

Наиболее простой по конструкции тип мешалок. Рабочая часть состоит из 2 плоских лопастей, установленных в горизонтальной плоскости.

Лопасти закрепляются на вертикальном валу, который приводится в движение от червячной или зубчатой передачи и может совершать от 12 до 80 оборотов в минуту.

Диаметр, очерчиваемый вращающимися лопастями, составляет около 0,7 диаметра всего сосуда, в котором работает мешалка.

При малом количестве оборотов мешалки жидкость совершает круговые движения (обороты) в горизонтальной плоскости, в которой работают лопасти. При таких условиях интенсивность перемешивания довольно низкая и смешивание разных слоев жидкости отсутствует.

Интенсивное перемешивание достигается, в том случае, если движение жидкости принимает вихревой характер, и образуются вторичные потоки. Последние возникают вследствие действия центробежных сил, заставляющих жидкость двигаться в плоскости движения лопастей от центра сосуда к его стенкам.

Это приводит к понижению давления в центральной части сосуда, куда устремляются потоки жидкости из слоев, лежащих выше и ниже лопастей мешалки.

Как следствие, в сосуде создается поток циркулирующей жидкости. Вторичные потоки, складывающиеся с основными, создают сложное движение, под действием которого происходит активное перемешивание отдельных слоев. При увеличении числа оборотов активность перемешивания возрастает, но также это приводит к чрезмерному росту потребляемой мощности.

При движении жидкости по окружности на её поверхности из-за действия центробежной силы возникает воронка, глубина которой возрастает при увеличении числа оборотов. Возникновение воронки приводит к осложнению использования ёмкости сосуда.

Для отдельного случая экспериментально можно установить оптимально число оборотов, при котором достигается необходимая эффективность перемешивания. Дальнейшее повышение числа оборотов сверх оптимального значения приведет к возникновению дополнительных нежелательных потерь мощности.

Для создания дополнительных вихревых потоков при перемешивании в сосуде могут быть установлены специальные отражательные перегородки, представляющие собой вертикальные пластины, закрепленные на стенке сосуда. При обтекании жидкостью перегородок возникает область пониженного давления, за счет которой и происходит вихреобразование.

С увеличением числа оборотов вихри отделяются от перегородок и направляются в область вращения лопасти. При дальнейшем увеличении количества оборотов возникает хаотичное вихревое движение жидкости, сопровождаемое столкновениями вихрей друг с другом по всей площади жидкости.

В таких условиях возможно достижение высокой интенсивности и равномерности перемешивания. Кроме того, вертикальные перегородки способствуют уменьшению величины воронки. Зачастую для улучшения перемешивания достаточно четырех радиальных перегородок, установленных симметрично. Основным недостатком такого способа интенсификации процессе перемешивания является рост затрат энергии.

Другим способом интенсификации процесса перемешивания является установка на валу дополнительных лопастей, то есть применяются многолопастные или рамные мешалки. Рамные мешалки отличаются от обычных повышенной прочностью, что делает их пригодными для перемешивания вязких жидкостей.

Преимущества:

1. Возможность перемешивания умеренно вязких жидкостей
2. Дешевое изготовление
3. Легкость установки

Недостатки:

1. Плохая применимость для перемешивания легко расслаиваемых жидкостей
2. Низкая интенсивность перемешивания сильновязких жидкостей и жидкостей с большим числом твердых включений с высокой плотностью
3. Не подходят для тонкого диспергирования и приготовления суспензий

Сферы применения лопастных мешалок:

1. суспендирование и растворение твердых веществ с малой плотностью
2. резкое смешивание жидкости
3. размешивание жидкостей, обладающих малой вязкостью

Наиболее эффективными для перемешивания маловязкой среды являются лопастные мешалки простого типа. Для перемешивания жидкостей с вязкостью более 2500 сПз желательно использовать лопастные мешалки в емкости с зеркальными перегородками или же рамные мешалки.

Пропеллерные мешалки

В пропеллерных мешалках лопасти имеют дугообразный вид по профилю судового винта, то есть угол наклона лопасти меняется по ее длине, около 90° у конца лопасти и почти что 0° у оси. Совершая круговые движения, лопасти выполняют работу схожую с работой винта, за счет чего в аппарате создается поток жидкости вдоль оси мешалки.

Обычно пропеллер изготавливают с тремя лопастями, причем на одном валу может быть расположено несколько пропеллеров. Скорость вращения мешалки варьируется в пределах 150-1000 оборотов в минуту. Диаметр пропеллера составляет от 0,25 до 0,3 диаметра самого аппарата.

В сравнении с лопастными мешалками пропеллерные обеспечивают более интенсивное перемешивание, которое, в свою очередь, также может быть улучшено путем установки зеркальной перегородки или диффузора.

Тем самым обеспечивается направление потока вдоль оси мешалки и улучшение условий циркуляции в аппарате.

Результативность перемешивания в устройствах с большой емкостью может быть увеличена путем размещения вала мешалки под углом от 10° до 20° по вертикали или при эксцентрически установленном пропеллере.

Плюсы пропеллерных мешалок:

1. Низкая стоимость
2. Активное перемешивание
3. Низкий расход энергии даже при значительном увеличении числа оборотов

Минусы:

1. Ограниченное количество перемешиваемой жидкости
2. Плохое перемешивание вязких жидкостей

Лопастные мешалки перемешивают жидкость медленнее и не так интенсивно, как пропеллерные, однако расход энергии пропеллерных мешалок превышает расход лопастных.

Основные области применения пропеллерных мешалок:

1. Изготовление эмульсий и суспензий
2. Взмучивание осадков с содержанием твердой фазы до 10%
3. Активное перемешивание невязких жидкостей

Пропеллерные мешалки нельзя применять для гомогенного смешивания, для смешивания жидкостей, содержащих твердые вещества высокой плотности, а так же для смешивания жидкостей, обладающих высокой вязкостью (более 6000 сПз).

Турбинные мешалки

Турбинные мешалки делятся на два типа: закрытые и открытые, представляющие собой лопастное колесо с каналами, похожее на рабочее колесо центробежного насоса. Турбинные мешалки производят активное перемешивание жидкостей и работают с частотой 100 – 350 оборотов в минуту.

Открытые турбинные мешалки являются результатом дальнейшего улучшения конструкции обычных лопастных мешалок.

Работа нескольких лопастей, закрепленных под углом и расположенных в вертикальной плоскости, вместе с радиальными потоками создает осевые потоки, что приводит к активному перемешиванию жидкости в больших объемах. При условии установки в емкости зеркальных перегородок возрастает интенсивность перемешивания.

Закрытые турбинные мешалки зачастую располагают внутри направляющего аппарата, представляющего из себя фиксированное кольцо с лопатками, имеющими дугообразную форму под углом 45°-95°.

Такие мешалки создают, главным образом, радиальные потоки жидкости.

Жидкость, проходящая через мешалку по центральному отверстию, выходит к колесу по касательной, где меняет направление с вертикального на горизонтальное, а затем с большой скоростью выбрасывается из колеса.

Достоинства турбинных мешалок:

1. Эффективное перемешивание вязких жидкостей в сравнении с пропеллерными и лопастными мешалки
2. Применимы для непрерывных процессов
3. Высокая скорость перемешивания

Недостатки турбинных мешалок:

1. Высокая стоимость производства и относительная сложность изготовления

Области применения турбинных мешалок:

1. Взмучивание осадков в жидкостях, содержащих до 60% твердой фазы
2. Активное перемешивание вязких и невязких жидкостей
3. Быстрое растворение и тонкое диспергирование

Источник: http://intech-gmbh.ru/oil_tank_mixers/

Особенности налаживания смесителей

Приемники и трансиверы прямого преобразования благодаря своей простоте, высокой чувствительности и селективности, хорошей надежности пользуются популярностью у радиолюбителей. Но далеко не всегда в аппарате, даже выполненном по хорошо отработанной схеме, реализуются заложенные в него изначально возможности и параметры.

В результате многолетней эксплуатации автором статьи этой группы связной аппаратуры выяснилось, что низкочастотные узлы (в основном усилители НЧ) сохраняют работоспособность при снижении напряжения питания до 2…6 В (при номинальном 9…12 В). При этом у них, как правило, уменьшается коэффициент усиления.

Основная причина неудовлетворительной работы приемников и трансиверов прямого преобразования – неоптимальный режим работы смесителя. Высокие параметры достигаются только при тщательном подборе гетеродинного высокочастотного напряжения на диодах смесителя.

Оно должно быть в пределах 0,6…0,75 В на кремниевых диодах и 0,15…0,25 – на германиевых. При меньших напряжениях гетеродина уменьшается коэффициент передачи смесителя. Уменьшается он и при больших напряжениях, так как диоды оказываются открытыми почти все время.

При этом возрастают шумы смесителя.

Стабильность частоты и амплитуды напряжения, подаваемого на смеситель с гетеродина (особенно на ВЧ любительских диапазонах), во многом зависит от стабильности питающего напряжения.

Практически во всех схемах, приводимых в литературе, отсутствует цепь регулировки гетеродинного напряжения на диодах смесителя. Рекомендуется подбирать конденсатор связи гетеродина со смесителем или изменять число витков катушки связи. Но этот процесс весьма трудоемкий и к тому же не дающий уверенности в том, что настройка аппарата произведена должным образом.

Недостаток этого способа еще и в том, что в процессе налаживания надо выключать приемник (трансивер) и перепаивать конденсатор или перематывать катушку.

Но за это время любительская станция, по громкости приема которой ведется настройка, часто перестает работать, и поэтому нельзя узнать, растет или падает чувствительность налаживаемого аппарата.

Целесообразнее проводить настройку по сигналам “слабой” станции во время стабильного прохождения радиоволн, т.е. когда не наблюдается заметных колебаний уровня принимаемого сигнала.

Из-за отсутствия необходимых измерительных приборов приемники и трансиверы прямого преобразования часто настраивают “на слух”, что не лучшим образом отражается на их параметрах.

Puc.1

На рис. 1 показана схема вольтметра-пробника, доработанного в соответствии с рекомендациями, приведенными в [2]. Он позволяет довольно точно измерить напряжение гетеродина непосредственно на диодах смесителя.

Рассмотрим простые способы настройки и доработки приемников и трансиверов прямого преобразования, которые позволяют устранить указанные выше конструктивные недостатки.

Puc.2

Прежде всего, при доработке следует ввести цепь стабилизации напряжения питания гетеродина. Схема стабилизатора показана на рис. 2. Стабилитрон VD1 выбирают с напряжением стабилизации в 1,5…2 раза меньше номинального напряжения питания приемника (трансивера).

Резистором R 1 устанавливают оптимальный ток через стабилитрон. Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы ток стабилизации стабилитрона VD1 не превышал максимально допустимого значения.

Конденсатор С1 уменьшает “просачивание” шумов стабилитрона, в результате чего снижается шумовая модуляция напряжения гетеродина, уменьшается общий шум приемника.

Изменять ВЧ напряжение на диодах смесителя удобно подстроечным безындукционным резистором, включенным параллельно или последовательно с катушкой связи (R1 соответственно на рис. 3 и 4).

В последнем случае можно использовать как трансформаторную (рис. 4,а) связь гетеродина со смесителем, так и автотрансформаторную (рис. 4,6). При более точной настройке напряжения гетеродина (например, при приеме сигналов слабослышимых станций “на слух”) ВЧ вольтметр отключают.

Необходимо отметить, если применяются приведенные доработки, число витков катушек связи следует несколько увеличить, так как введение подстроечного резистора уменьшает выходное напряжение гетеродина. Особенно это относится к варианту, схема которого приведена на рис.3.

В совокупности число витков катушки связи, сопротивление резистора R1 и емкость конденсатора С2 должны быть такими, чтобы напряжение на кремниевых диодах смесителя можно было регулировать в пределах от 0 до 1,2…2 В, на германиевых – от 0 до 0,5… 1 В.

В этом случае оптимальное напряжение достигается приблизительно при среднем положении движка резистора R1.

Регулировать выходное напряжение гетеродина можно, изменяя напряжение питания, как это, например, сделано в [З]. Однако это подходит только на частотах до 3…4 МГц. На более высоких (выше 7 МГц) такая регулировка может привести к значительному уходу частоты гетеродина.

На рис. 5 приведена схема гетеродина с буферным узлом, в который введена цепь регулировки выходного напряжения. При повторении следует учесть, что эмиттерный повторитель не дает усиления по напряжению, и поэтому высокочастотное напряжение на катушке связи должно быть в два раза больше. чем требуется для нормальной работы смесителя.

В радиолюбительской практике наиболее широко используются диодные балансные смесители. Их основные достоинства – простота конструкции и настройки, отсутствие переключения по высокой частоте при переходе с приема на передачу. Балансные смесители на полевых и биполярных транзисторах применяются значительно реже.

В простых балансных смесителях на диодах напряжение гетеродина и некоторые побочные продукты преобразования на выходе могут подавляться на 35 дБ и более.

Но такие результаты достигаются лишь в одном направлении: в том, в котором смеситель сбалансирован. В авторской конструкции трансивера [4] смеситель сбалансирован лишь в сторону усилителя мощности.

Если используется двойной балансный смеситель [5], уменьшатся шумы, возрастет чувствительность, улучшится помехозащищенность.

Двойные балансные смесители сбалансированы по обоим входам (выходам). Они подавляют не только колебания гетеродина, но и преобразуемый сигнал, оставляя лишь продукты их смешения и обеспечивая тем самым чистоту спектра.

Применение таких смесителей позволяет снизить требования к подчистному фильтру, включенному на выходе смесителя, и даже отказаться от него вовсе, присоединив выход смесителя непосредственно к усилителю ПЧ, на выходе которого должен находиться фильтр основной селекции (например, ЭМФ или кварцевый фильтр). На двойной смеситель можно подавать значительно больший по уровню сигнал при приеме, поскольку он резко ослабляет эффект прямого детектирования сигнала или помехи, т.е. не происходит детектирования без участии колебаний гетеродина, как это бывает в обычном амплитудном детекторе.

Наиболее часто в радиолюбительских конструкциях применяется двойной балансный смеситель, схема которого изображена на рис. 6. Его еще называют кольцевым, так как диоды в нем включены но кольцу.

Нередко этот смеситель рекомендуют дополнить элементами балансировки R 1, С 1, С2 (рис. 7). Причем резистор R1 должен быть безындукционным. Такая доработка улучшает параметры смесителя.

При работе на низкочастотных диапазонах высокочастотные трансформаторы наматывают, как правило, на ферритовые кольца типоразмера К7х4х2 с магнитной проницаемостью 600…1000 тремя скрученными (3-4 скрутки на 1 см длины) между собой проводами ПЭЛШО 0,2. Приблизительно делают около 25 витков (до полного заполнения кольца). При установке трансформатора его обмотки фазируют согласно рис. 6 и 7.

Существуют два основных варианта включения двойного балансного смесителя в трансивер. В первом сигнал проходит как при приеме, так и при передаче в одном направлении от входа к выходу смесителей. Так, например, сделано в широкоизвестных трансиверах “Радио-76” [6] и “Радио-76М2” [7].

Многочисленные эксперименты, проведенные автором, выявили, что при гетеродинном напряжении, меньшем оптимального, значительно ухудшается чувствительность в режиме приема, а при большем – существенно уменьшается подавление несущей в режиме передачи (чувствительность при этом также падает, но это менее заметно на слух, чем в предыдущем случае). Качественная зависимость основных параметров трансиверов от уровня напряжения гетеродина, поступающего на смеситель, приведена на рис. 8 (кривая 1 – чувствительность при приеме, определяемая на слух, 2 -чувствительность, измеренная приборами, 3 – подавление несущей при передаче).

Во втором варианте сигнал в режиме приема подается на вход балансного смесителя, а при передаче – на выход. При таком включении используется принцип обратимости смесителя. Так построен ВЧ тракт трансивера, описанного в [8].

Налаживание смесителя и в этом случае сводится к установке оптимального гетеродинного напряжения и его тщательной балансировке.

Следует особо отметить, что операция налаживания не зависит от принципа построения ВЧ тракта трансивера.

Теперь несколько практических рекомендаций по налаживанию ВЧ тракта трансивера.

В первую очередь нужно настроить смесители. Предварительно движки балансировочных резисторов в них устанавливают в среднее положение. Далее к антенному гнезду трансивера подключают ГСС и постепенно увеличивают гетеродинное напряжение на смесителях.

Сигнал с ГСС подают с уровнем, превышающим чувствительность приемного тракта в несколько раз. Необходимо добиться приема сигнала.

Вели генератора нет, операцию выполняют на слух, принимая сигнал радиолюбительской SSB радиостанции или генератора шума на маломощном стабилитроне.

Затем поочередно настраивают каждый из смесителей. Вначале подбирают оптимальное гетеродинное напряжение. Для этого его постепенно увеличивают и оценивают на слух: растет ли громкость приема сигнала ГСС, радиостанции или генератора шума.

Как было замечено автором, по мере увеличения гетеродинного напряжения, подаваемого на смеситель, громкость приема на слух сначала растет, достигая максимума, а затем практически не меняется (рис. 8, кривая 1).

Гетеродинное же напряжение следует установить таким, чтобы при небольшом его уменьшении громкость приема падала, а при его небольшом увеличении не возрастала.

Практически это реализуется перемещением в небольших пределах движка резистора, управляющего уровнем выходного напряжения гетеродина. Если такой возможности в трансивере нет, то аппарат следует доработать.

Как правило, на выходе того или иного гетеродина включен эмиттерный повторитель. В этом случае доработка оказывается весьма простой: постоянный резистор в эмиттерной цепи транзистора заменяют безындукционным подстроечным резистором того же номинала, что и постоянный.

После оптимизации гетеродинного напряжения нужно еще раз более тщательно сбалансировать смесители.

К входу или выходу (в зависимости от построения трансивера) подключают ВЧ милливольтметр или осциллограф и, перемещая движок резистора R1, а затем подстраивая конденсаторы С1 и С2 (см. рис. 7), добиваются минимума показаний.

Если используются приборы с высоким входным сопротивлением, то к входу и выходу смесителя следует подключить близкие по сопротивлению (в пределах 50… 100 Ом) резисторы.

Предпочтение следует отдавать балансировке в сторону выхода передающего тракта. Различие в сбалансированности входа и выхода смесителя должно быть небольшим (единицы децибелл). Если же оно достигает 10 дБ и более, то это, как правило, следствие того, что гетеродинное напряжение, поданное на смеситель, значительно больше оптимального.

Для проверки и балансировки смесителей автором созданы простые приборы. На рис. 9, а показана схема усилителя ВЧ, к входу которого подключают смеситель, а к выходу подключают для грубой настройки высокочастотный вольтметр (рис. 9, б), для точной – ВЧ пробник (рис. 9, в). При этом устанавливать дополнительные резисторы сопротивлением 50… 100 Ом в смеситель не нужно.

Окончательно смесители настраивают после их установки в трансивер (его переводят в режим передачи). Предварительно аппарат должен быть налажен в режиме приема. Чтобы шумы микрофона не мешали при балансировке, вход микрофонного усилителя замыкают накоротко.

Первым балансируют самый низкочастотный смеситель, а затем остальные по порядку прохождения через них сигнала в режиме передачи, добиваясь минимума показаний ВЧ на эквиваленте нагрузки (рис. 10), подключенному к усилителю мощности трансивера. После этого корректируют настройку остальных узлов.

Эту процедуру целесообразно повторить два-три раза.

Владислав Артеменко (UT5UDJ) г. Киев. Украина

ЛИТЕРАТУРА

1. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. – М.: Патриот, 1990, с. 264. 2. Степанов Б. Измерение малых ВЧ напряжений. – Радио, 1980, N 7, с. 55-56. 3. Артеменко В. Простой SSB-мини-трансивер на 160 м. – Радиолюбитель, 1994, N 1.c. 45, 46. 4. Артеменко В.А. Простой трансивер с ЭМФ.

– РадioАматор, 1995, N 2, с. 7-10. 5. Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник любителя- коротковолновика. – К.: Технiка, 1984, с. 264. 6. Степанов Б., Шульгин Г. Трансивер “Радио-76”. – Радио, 1976, N 6, с. 17-19, N 7, с. 19-22. 7. Степанов Б., Шульгин Г. Трансивер “Ра-дио-76М2”. – Радио, 1983, N 11, с. 21- 23, N 12, с.

16-18.

8. Васильев В. Обратимый тракт в трансивере. – Радио, N 10, с.20,21.

(КВ журнал 4,5-97)

Источник: http://www.RadioMaster.net/load/4-33

Статические смесители S-Mix

Данный раздел содержит сведения об аппаратах S-Mix. Дополнительную актуальную информацию о применении и конструктивных особенностях статических смесителей S-Mix вы  также можете почерпнуть на нашей странице vdktech.ru.

Высокоэффективные узлы ввода и статического смешения S-Mix предназначены для ввода в поток жидкости химических веществ (жидкостей, газов, растворов), а также усреднения концентраций и температур химических веществ в потоке жидкости. Устройства не содержат движущихся частей и не требуют для своей работы дополнительного подвода энергии, поскольку рабочий процесс реализован посредством преобразования механической энергии потока смешиваемых веществ.

Гидростатические смесители позволяют интенсифицировать широкий круг физико-химических процессов, оптимизируя потребление реагентов, время протекания химических реакций, процессов растворения, что в конечном счете позволяет снизить капитальные вложения и эксплуатационные затраты.

Использование высокоэффективных гидростатических смесителей вместо традиционных механических мешалок при работе с жидкими фазами обеспечивает непрерывность технологических процессов, существенное снижение потребления электроэнергии и увеличение производительности системы.

При подаче газов в жидкую фазу оборудование S-Mix по сравнению с обычными системами подачи и эжекторами позволяет достичь более тонкого диспергирования и более интенсивного насыщения жидкости растворяемым газом.

В большинстве случаев эффективность различных типов статических смесителей очень сильно разнится в зависимости от параметров технологического процесса. Например, эффективность винтовых смесителей, как правило, значительно ниже рекомбинирующих смесителей, разработанных компанией Водообработка, однако первые до сих пор используются в процессах, где необходимы низкие уровни противодавления.

Все статические смесители компании водообработка могут комплектоваться арматурой ввода и дозирования реагентов, что существенно облегчает проектирование и монтаж систем ввода и смешения реагентов.

Устройства статического смешения применяются в различных областях промышленности. Оборудование S-Mix может эффективно использоваться отдельно для решения конкретных технологических задач, а также в составе сложных систем.

Смесители компании «Водообработка» находят своё применение как при проектировании новых технологических линий, так и при реконструкции и модернизации существующих производств.

Ниже представлены наиболее распространенные приложения техники       S-Mix.

Интенсификация процессов флокуляции

Ввод необходимых реагентов и проведение реакции коагуляции в потоке очищаемой жидкости, как правило, не вызывают существенных технических сложностей.

Однако введение в поток воды изолированного слоя флокулянта (например, путем внедрения в основную трубу тонкой скошенной трубки подачи реагента) обеспечивает турбулизацию и смешивание совокупного потока лишь по мере распределения введенного вещества по сечению трубы.

На практике это означает, что образование флокул потребует гораздо большего расхода реагента, чем при локальном мгновенном образовании множества вихрей в точке подачи флокулянта. Именно этот принцип используется в статических смесителях S-Mix, позволяющих ощутимо сократить расход реагентов при реализации процессов флокуляции.

Каждое устройство рассчитывается отдельно под конкретный процесс заказчика численными методами, надежно проверенными серией реальных экспериментов. Далее смеситель комплектуется наиболее оптимальным набором смесительных блоков для конкретной задачи заказчика, также может быть поставлен с собственной системой подачи реагентов, наиболее удобным типом присоединения, крепежными приспособлениями.

Аэрация и озонирование

Эффективность процесса насыщения воды кислородом и, в частности, озоном существенно влияет на конструкцию, размеры и, в конечном счете, стоимость соответствующего аппарата подготовки/очистки воды, а также эксплуатационные расходы в его жизненном цикле.

Высокоэффективные смесители S-Mix в составе оборудования аэрации и озонирования позволяют добиться тонкого диспергирования газа в жидкой фазе и существенно более интенсивного насыщения за счет многократного разбиения пузырьков, разделения и рекомбинации потока воды в запатентованных смесительных блоках.

Многочисленные эксперименты на собственной опытной базе и натурные испытания показали высокую эффективность растворения газов в воде при оптимальных гидравлических потерях и габаритах наших устройств.

Приготовление и гомогенизация растворов

Высокоэффективные смесители S-Mix позволяют успешно заменить в технологической цепочке производства привычные механические мешалки.

Гомогенизация растворов при помощи устройств S-Mix поможет избавиться там, где это технически возможно, от больших резервуаров смешения и подготовки жидкостей, сократить производственные площади и номенклатуру обслуживаемого оборудования.

Технические осмотры и (при необходимости) регламентное обслуживание самих смесителей S-Mix не требует специальной квалификации и осуществляется относительно просто благодаря предусмотренной возможности разборки модульной конструкции смесителя.

Конструкция устройств типа S-Mix является результатом продолжительных исследований специалистов компании и не имеет прямых аналогов. Идеи и конструктивные особенности, заложенные в наши устройства, запатентованы компанией «Водообработка».

Конструкция узлов ввода и статического смешения типа S-Mix продумана до мелочей и позволяет выпускать продукцию любых необходимых типоразмеров и диаметров.

Высокоэффективные решения компании «Водообработка» базируются на современных исследованиях и разработках и учитывают опыт работы ведущих мировых предприятий отрасли. Надёжность и эффективность наших устройств подтверждается обширными экспериментальными исследованиями.

Производственные мощности компании позволяют выпускать продукцию самых различных диаметров от 30 до 1500 мм, рассчитанную, в частности, на большие промышленные расходы.

• Максимальная интенсификация технологических процессов.
• Значительное снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
• Полное отсутствие движущихся частей сводит к минимуму вероятность поломок и необходимость регулярного обслуживания устройств.
• Не требует использования резервуаров и подвода дополнительной энергии.
• Обеспечивают широчайший диапазон производительностей.
• Обеспечивают непрерывность процесса смешивания.
• Простота установки и использования, в частности, при модернизации существующих технологических линий.
• Устройства производятся для всех распространённых диаметров труб.
• Герметичность устройств и отсутствие доступа воздуха к смешиваемым жидкостям.
• Соблюдение гигиенических требований, благодаря закрытости конструкции.

Стандартные решения

Задачи смешения жидкостей и газов, а также дозирования реагентов весьма разнообразны. Среди них встречается и такой класс задач, в которых не требуется использование сложных конструкций смесительных блоков, а при подборе можно избежать уточняющих расчетов, которые являются обязательными для процессов с большими расходами и сложным составом рабочих веществ.

Для решения технологических задач такого типа мы предлагаем воспользоваться опытом специалистов нашей компании, реализованным в простых и недорогих аппаратах смешения. Они обеспечат приемлемую эффективность Вашего технологического процесса, сохраняя конкурентные эксплуатационные качества.

Консультацию по подбору стандартного оборудования можно получить, связавшись со специалистами нашей компании по телефону или направив запрос по электронной почте info@vodoobrabotka.ru, кроме того, можно воспользоваться автоматической формой запроса.

Стандартная линейка оборудования S-Mix

Наименование	Номинальный диаметр, мм	Число смесительных модулей	Длина, мм	Масса, кг	Тип присоединения*
S-Mix 01-1	25	3	130	0,19	РРС, К
S-Mix 01-2	5	210	0,22
S-Mix 01-3	8	330	0,26
S-Mix 02-1	32	3	160	0,28	РРС, К
S-Mix 02-2	5	260	0,33
S-Mix 02-3	8	410	0,41
S-Mix 03-1	40	3	200	0,50	РРС, К
S-Mix 03-2	5	330	0,61
S-Mix 03-3	8	520	0,77
S-Mix 04-1	50	3	250	0,75	РРС, К
S-Mix 04-2	5	410	0,94
S-Mix 04-3	8	650	1,23
S-Mix 05-1	63	3	310	1,35	РРС
S-Mix 05-2	5	510	1,71
S-Mix 05-3	8	800	2,23

* – условный размер соответствует диаметру изделия, типы соединений: РРС – разъемное резьбовое соединение, К – муфта под клеевое соединение

Изделия стандартной линейки изготовлены из ПВХ.

Прайс лист – по запросу.

Высокоэффективные решения

Опыт расчетов и практика использования статических смесителей показывают, что стандартная конструкция смесителя, которая представлена у большинства производителей этого оборудования, как правило, не позволяет полностью раскрыть весь потенциал данного способа смешения.

Экономический эффект использования статических смесителей реализуется посредством реального сокращения потребления реагентов в процессах флокуляции, ускорения растворения газов в жидкости, ускорения процесса смешения в целом.

Однако при работе на больших диаметрах, больших расходах смешиваемых веществ, а также сложных смешиваемых средах качественный результат может быть достигнут только путем индивидуальной доводки под конкретную задачу смесительного модуля и специальной компоновки смесительных блоков.

Большое количество проведенных экспериментов, подтверждающих расчетные модели, и достаточный опыт использования смесителей на практике позволяют нам задействовать расчетные схемы с численным моделированием без проведения предварительных дорогостоящих натурных испытаний. Только в этом случае мы можем гарантировать повышенную эффективность смешения, полную реализацию всех преимуществ данного типа оборудования.

Специалисты нашей компании осуществляют подбор смесителя на основе индивидуального расчета для конкретного технологического процесса на основе Вашего запроса.

Для построения первичных компоновочных схем и осуществления предварительных расчетов включения смесителей S-Mix в технологическую схему можно использовать общие технические данные, представленные ниже.

Подробные технические характеристики и данные об эффективности смешения будут представлены по результатам расчета.

Корпус смесителя может быть укомплектован отверстиями и устройствами ввода в соответствии с Вашими требованиями.

Смеситель может быть изготовлен из ПВХ, полипропилена, нержавеющей стали либо титана.

Наименование	Номинальный диаметр2	Габаритные размеры	Тип присоединения4
Диаметр1, мм	Длина3, мм
S-Mix 25	25	32	85 ÷ 200	РРС, К
S-Mix 32	32	40	90 ÷ 220	РРС, К
S-Mix 40	40	50	110 ÷ 280	Ф, РРС, К
S-Mix 50	50	63	150 ÷ 340	Ф, РРС, К
S-Mix 65	65	75	180 ÷ 440	Ф, РРС
S-Mix 80	80	90	250 ÷ 550	Ф, РРС
S-Mix 150… S-Mix 1500	СПЕЦЗАКАЗ

1 – без учета размера фланца при фланцевом соединении

2 – условный диаметр прохода корпуса смесителя

3 – справочное значение. Окончательные данные предоставляются по результатам расчета под конкретный технологический процесс

4 – условный размер соответствует номинальному диаметру изделия, типы соединений: Ф – фланцевое соединение, РРС – разъемное резьбовое соединение, К – муфта под клеевое соединение

Применение статических смесителей

Заказать

Источник: http://www.vodoobrabotka.ru/catalog/smesiteli/