Wie entwerfe ich eine DC-Block-Kappe, ohne meinen Filter zu beeinträchtigen?

Hintergrund

Ich erwäge das Design eines AM-Empfängers für drei feste Kanäle - 3,33 MHz, 7,85 MHz und 14,67 MHz.

Die Antenne, die ich in Betracht ziehe, ist eine manuell gewickelte Schleifenantenne mit einer gestaltbaren Induktivität basierend auf Windungszahl, Windungsabstand und Schleifenabmessungen.

Ich denke über das Design einer Abstimm- und Vorauswahlschaltung für einen Empfänger nach. Ich bin daran interessiert, dass alles elektronisch (und nicht mechanisch) abgestimmt wird. Aus diesem Grund und basierend auf Ideen aus anderen verwandten Fragen erwäge ich zwei wählbare Bereiche - einen niedrigeren Bereich, der für 3,33 MHz aktiviert ist, wenn eine Kappe mithilfe einer Pin-Diode eingeschaltet wird, und einen höheren Bereich für die anderen beiden Frequenzen für wann die diode ist aus.

Das elektronische Tuning selbst basiert auf einem Varicap. Der Varicap hat einen ausreichend großen Bereich (3-69 pF), um sowohl 7,85 als auch 14,67 MHz mit etwas Platz auf beiden Seiten abzudecken.

Schaltungssimulationsdiagramm

Die physikalische Schaltung (ohne äquivalente simulierte Elemente zu zeigen) ist:

physikalische Schaltung

Die Schaltung wird in Qucs simuliert. Unten umgeben gepunktete Linien eine einzelne Komponente mit mehreren äquivalenten simulierten Elementen.

Schaltplan simuliert

Rundgang durch die Schaltung

Lant ist die effektive Induktivität der Antenne. Sie ist so gewählt, dass bei deaktivierter unterer Bereichskappe der Bereich der abstimmbaren Varicap in der Mitte der oberen zwei Frequenzen liegt. Rant ist ein Antennenwiderstand, der aus dem spezifischen Widerstand von 16 AWG geschätzt wird und trivial niedrig ist.

Crange ist die Reichweitenobergrenze. Wenn die Range-Pin-Diode aktiviert ist, beabsichtigt Crange, mit der Abstimmdiode Kapazität hinzuzufügen, um den Empfänger um 3,33 MHz zu zentrieren. RC ist ein effektiver Widerstand für Q im schlimmsten Fall, basierend auf dem Datenblatt der Kappe.

Dpin ist eine Pin-Diode, die, wenn sie aktiviert ist, Crange zur Tuning-Kappe hinzufügt. Bei der Simulation wird der Schalter Srange geöffnet oder geschlossen, um zu simulieren, dass die Diode ein- oder ausgeschaltet ist.

L1 ist ein RFC, um zu verhindern, dass HF-Energie durch das Pin-Dioden-Vorspannungsnetzwerk verloren geht. CL1 ist eine äquivalente Kapazität, um die SRF der Drossel darzustellen. RL1 ist der Inline-Widerstand.

R1 ist der Vorspannungswiderstand der Pin-Diode. Wenn V1 bei 5 V liegt, sieht die Diode etwa 9,4 mA und wird aktiviert.

Cbp1 und Cbp2 sind DC-Blockkondensatoren. Sie sind kritisch, da die Vorspannung des Varicaps bis zu 28 V betragen kann und diese nicht außerhalb des Varicap-Netzwerks fließen darf.

CDtune ist die äquivalente Kapazität einer Varicap-Diode. Ich verwende (noch) keine realistischen Diodenmodelle; Ich möchte zuerst das ideale Verhalten verstehen.

L2 ist ein RFC, der verhindert, dass HF-Energie durch das Varicap-Bias-Netzwerk verloren geht. (L1 und L2 sind die Drosseln mit der höchsten Induktivität, die ich gefunden habe, während sie immer noch eine SRF haben, die höher ist als meine Betriebsfrequenzen.)

Rdamp ist ein Widerstand, der eingefügt wird, um eine Resonanzspitze zu dämpfen, die entsteht, wenn L2 und Cbp1 ein Hochpassfilter zweiter Ordnung bilden.

Im Moment lasse ich die Schaltung effektiv unbelastet, bis ich sie besser verstehe. Ich habe auch noch keine Impedanzanpassung in Betracht gezogen, was definitiv ein Problem sein wird.

Probleme

Wenn ich Cbp1 hoch lasse (1 uF) und 50R für Rdamp verwende, hat das von L2 und Cbp1 gebildete Hochpassfilter zweiter Ordnung eine niedrige Grenzfrequenz in der Größenordnung von 7 kHz, wodurch ein riesiges unerwünschtes Durchlassband entsteht.

Hier werden acht Spitzen angezeigt – die unteren vier liegen über dem Varicap-Bereich, wenn 3,33 MHz ausgewählt sind, und die oberen vier liegen über dem Varicap-Bereich, wenn die oberen beiden Frequenzen ausgewählt sind. Die Spitzen sind an den richtigen Stellen.

Hallo Bypass

Wenn ich hingegen 12pF für Cbp1 verwende, verbessert sich zwar die untere Grenzfrequenz, aber die Reichweite der Abstimmdiode im unteren Band ist stark eingeschränkt, und die untere Flankensteilheit ist sehr schlecht.

niedriger Bypass

Ich habe hier also eindeutig einige grundlegende Designprobleme.

Fragen

  • Kann eine so einfache Topologie immer noch sowohl als Abstimm- als auch als Vorauswahlschaltung fungieren, oder muss ich sie aufgeben und etwas Komplexeres tun?
  • Kann ich vor meinem LNA bei einem passiven Netzwerk bleiben?
  • Gibt es eine andere Möglichkeit, Gleichstrom sicher zu blockieren und bei Bedarf HF abzuwürgen, während ich die gewünschte Antwort erhalte?
Sieht aus wie ein Kammfilter, der gleiche Bandlücken zwischen den Frequenzen hat. Wäre das einfacher als zwei getrennte Bands, die sich weigern zu fusionieren? Ein einzelner Resonator würde den Abstand festlegen, aber Sie benötigen einen Anregungsoszillator, um zu beginnen.
@ Sparky256 Ich bin mir nicht sicher, was du damit meinst, dass getrennte Bands sich weigern, sich zusammenzuschließen - ich möchte nicht wirklich, dass sie sich zusammenschließen; Ich hätte gerne eine High-Q-Spitze bei entweder 3,33 MHz +/- 10 % (wobei die Variation von der Varicap verwaltet wird), wenn der untere Bereich aktiviert ist, oder etwa 4,8-23 MHz, wenn der untere Bereich deaktiviert ist.
Ok, jetzt sehe ich deine missliche Lage. Das Fehlen von Kommentaren bedeutet, dass es keine einfache Lösung gibt, aber einige HF-Guru hier werden etwas finden, mit dem sie arbeiten können.
Ein nützliches Theorem für Anpassungs- und Filternetzwerke lautet: ALLE MÖGLICHEN MODI der Energiespeicherung werden stimuliert. Ihre Aufgabe ist es, dafür zu sorgen, dass nur die Frequenzen, die Sie anregen möchten, Energie speichern dürfen.
Meine Gedanken als kein echter HF-Typ sind 1. Sie machen sich Sorgen über ein Passband, das 40 dB unter der Verstärkung bei Ihrer gewünschten Signalfrequenz liegt. 2. Wenn das ein echtes Problem ist, können Sie es lieber einfach verwenden eine separate Hochpassfilterstufe, um damit umzugehen. 3. Sie müssen sich auch Gedanken über die Wirkung von Cbp2 machen, sobald Sie realistische Lasten auf der Schaltung in Betracht ziehen.
Zeigen Sie einfach einen Schaltplan, der die nackten Knochenkomponenten ohne Parasiten darstellt, die den Verstand verwirren könnten. Das Anzeigen eines komplexen Diagramms mit allen Informationen macht es schwierig zu entziffern, und der Durchgang ist bei einer einfachen Schaltung, wie sie sein sollte, einfach nicht erforderlich. Erleichtern Sie es den Leuten, die sich mit RF auskennen, das Verständnis.
@Andyaka Schaltplan ohne simulierte Elemente hinzugefügt.
Auch kein HF-Typ (also nur Meinung, fürchte ich), aber könnten Sie die Rahmenantenne als nicht geerdet verwenden, sondern an die Versorgung angeschlossen und die Varicap speisen? Auf diese Weise behalten Sie nur die Ausgangs-DC-Sperrkappe. Bei der PIN-Diode bin ich mir aber nicht sicher ...
@concernedcitizen Vielleicht? Der durch die Antenne fließende Gleichstrom wäre sehr gering: Das Varicap-Datenblatt deutet darauf hin, dass er bei Raumtemperatur im Bereich von mehreren zehn pA liegen würde. Das muss ich mir noch überlegen.

Antworten (1)

Wenn Sie die Impedanzbelastungseffekte eines Filters von einem anderen isolieren möchten, gibt es dafür ein großartiges Werkzeug: einen Spannungsfolger. Es ist möglicherweise nicht in Ihrer Preisklasse oder für Ihr Design möglich. Finden Sie einen Operationsverstärker mit einem Verstärkungsbandbreitenprodukt von mindestens ~20 MHz mit Rail-to-Rail-Betrieb und geringer Verzerrung.

Richtig, und ich halte das für die "einfache Sache", aber ein normaler Spannungsfolger reicht nicht aus; es muss geräuscharm sein. Eine verwandte Frage lautet also: Kann ich anstelle eines passiven Tuning-Vorwählers und dann eines LNA einen aktiven rauscharmen Tuning-Vorwähler haben?
Die andere Möglichkeit besteht darin, zu tun, was Sie tun, und mit den Komponentenwerten herumzuspielen, bis Sie etwas richtig machen.
Wie entwerfe ich eine DC-Block-Kappe, ohne meinen Filter zu beeinträchtigen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v