Analoge multiplier

Ik ben bezig met een schoolproject (HBO Elektro 2e jaar), wij moeten een ultrasone snelheidsmeter maken. We gebruiken 1 40kHz transmitter, en 1 40kHz receiver. Omdat ik de verschilfrequentie van de 40kHz en het signaal van de receiver moet bepalen, heb ik dus een multiplier nodig en een laagdoorlaatfilter. Dit is allemaal niet zo'n probleem maar nu komt het.

Ik moet de multiplier helemaal discreet opbouwen, oftewel geen IC's. Het signaal uit onze occilator voor de transmitter is 1Vrms, het signaal uit de receiver is na versterking ook 1Vrms.

Ik heb gezocht op internet maar kon vrijwel niets vinden. Waar ik zelf aan zat te denken was een teruggekoppelde versterker met in de terugkoppeling een stroombron geregeld door het 2e signaal.

Het liefst bedenk ik het allemaal zelf, maar ik heb eigenlijk een zetje nodig.

Gr Erik

wat je kan gebruiken is een discreet opgebouwde gilbert cell mixer.

Technology is dominated by two types of people: those who understand what they do not manage and those who manage what they do not understand
free_electron

Silicon Member

mosfet met 2 gates ? dat wordt meestal als mixer gebruikt
BF981 en consoorten.

Professioneel ElectronenTemmer - siliconvalleygarage.com - De voltooid verleden tijd van 'halfgeleider' is 'zand' ... US 8,032,693 / US 7,714,746 / US 7,355,303 / US 7,098,557 / US 6,762,632 / EP 1804159 - Real programmers write Hex into ROM

Hier is een aardig voorbeeld van wat Xenobinol bedoelt. Alleen het voorbeeld is bij hogere frequenties. Misschien werkt het ook of zelfs beter bij 40 KHz
http://www.qsl.net/kf4trd/ne602.html
http://members.tripod.com/michaelgellis/gilbert.html

Anders kun je misschien een analoge mixer bouwen met trafos en diodes in een standaard diode-ring double balanced mixer configuratie.

Theoretisch gezien moet je een niet-lineair element gebruiken (diode transistor o.i.d.) en dan de twee directe signalen wegfilteren en proberen alleen het product te behouden.

Op 11 november 2006 20:56:21 schreef richardbloe:
Hier is een aardig voorbeeld van wat Xenobinol bedoelt. Alleen het voorbeeld is bij hogere frequenties. Misschien werkt het ook of zelfs beter bij 40 KHz
http://www.qsl.net/kf4trd/ne602.html
http://members.tripod.com/michaelgellis/gilbert.html

Een gilbert cell mixer werkt ook op lage frequenties prima hoor.
Kijk maar eens naar het inwendige van een MC1496, zo'n schakeling is met een handje vol transistoren te maken.
Het voordeel van een gilbert cell mixer (dubbel gebalanceerde mixer) is het onderdrukken van de draaggolf, je houdt dus enkel je zijbanden over.
In geval van TS houdt je dus enkel het verschilsignaal over (upper side band) omdat je terugmixt naar 0Hz, afhankelijk van het faseverschil tussen de twee signalen houdt je een zekere DC spanning over.

Technology is dominated by two types of people: those who understand what they do not manage and those who manage what they do not understand

Ik heb toch niets te maken met de fase-verschuiving, ik weet namelijk niet hoe ver het te meten object van de meetopstelling vandaan is. Ben even voor mezelf wat aan het rekenen gegaan.

Stel het object komt met 2m/s op de sensoren af. Door het doppler effect wordt de frequentie 480Hz hoger. Op het moment dat ik de 40kHz en de 40.480kHz mix, krijg ik daaruit een sinus bestaande uit een 80.480kHz component en een 480Hz component. Deze hoge frequentie filter ik eruit en dan blijft alleen de 480Hz over.

Is dit de dubbel gebalanceerde mixer?
http://members.tripod.com/michaelgellis/gilbertgifs/Image73.gif

Als ik deze ga gebruiken moet ik, neem ik aan ipv de linkse en de rechtse bron vervangen door hetzelfde signaal.

Dan nog een klein vraagje, waarom hoeven de ingangen van deze mixen niet ontkoppeld te worden van het ingangssignaal?

Waarom een dubbelgebalanceerde mixer?
De verschilfrequentie ligt ruim onder de 40kHz. Je kan je een hoop moeite besparen door gewoon een sterk laagdoorlaat filter te gebruiken met kantelfrequentie 10kHz. Dan kan je gewoon een simpele enkele mixer gebruiken.

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.

Op 12 november 2006 10:40:25 schreef Mr. SnuGGelS:
Ik heb toch niets te maken met de fase-verschuiving, ik weet namelijk niet hoe ver het te meten object van de meetopstelling vandaan is. Ben even voor mezelf wat aan het rekenen gegaan.

Stel het object komt met 2m/s op de sensoren af. Door het doppler effect wordt de frequentie 480Hz hoger. Op het moment dat ik de 40kHz en de 40.480kHz mix, krijg ik daaruit een sinus bestaande uit een 80.480kHz component en een 480Hz component. Deze hoge frequentie filter ik eruit en dan blijft alleen de 480Hz over.

Is dit de dubbel gebalanceerde mixer?
[afbeelding]

Als ik deze ga gebruiken moet ik, neem ik aan ipv de linkse en de rechtse bron vervangen door hetzelfde signaal.

Dan nog een klein vraagje, waarom hoeven de ingangen van deze mixen niet ontkoppeld te worden van het ingangssignaal?

omdat je ingang op nul volt staat.

Mama look, -a-booboo

Nogmaals: gebruik GEEN dubbelgebalanceerde mixer, tenzij je je veel moeite op de hals wil halen. In dat laatste geval: zeker doen.
Maar het is gewoon helemaal niet nodig. Het enige voordeel van een DBM (double balanced mixer), is dat een DBM ook ook nog met zeer lage snelheden overweg kan, omdat er gelijkspanning uit zo'n ding komt. Dat zal bij een gewone mixer, BF960/bf900/bf961, niet zo zijn. Daar staat tegenover dat je dan wel met 7 componenten voor de mixer, en nog eens 5 voor het filter klaar bent.
Dat gaat met een DBM niet lukken. Daar moet ook nog een filter bij, enz enz...

(je meot niet vergeten dat dat schema daar met ideale componenten gebouwd is. In de praktijd zal ie niet gebalanceerd zijn, doordat de transistoren niet allemaal perfect hetzelfde zijn. Daarom zal je dus een aantal weerstanden regelbaar moeten maken om een beetje te compenseren, al zal dat nooit echt goed lukken)

[Bericht gewijzigd door (Z)weetvoetje op zondag 12 november 2006 18:31:26

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
free_electron

Silicon Member

een dubbelgate mosfet kan dat ook.

een signaal op ene gate , ander signaal op andere gate.
werkt ook voor dc signalen.

in tv tuners en sat ontvangers wordt niks anders gedaan .. downconverteren ? antenne op gate 1 , local oscillator op gate 2, filter erachter en vort met de geit.

Professioneel ElectronenTemmer - siliconvalleygarage.com - De voltooid verleden tijd van 'halfgeleider' is 'zand' ... US 8,032,693 / US 7,714,746 / US 7,355,303 / US 7,098,557 / US 6,762,632 / EP 1804159 - Real programmers write Hex into ROM

Voor deze ene keer ben ik het helemaal met je eens...

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.

Dus als ik het goed begrijp, bouw ik gewoon een standaard mosfet-versterker met als enige verschil dat ik 2 ingangen heb?

Dit klinkt opeens wel heel makkelijk :P

Moet het moeilijk zijn dan?

In principe zou 1 diode al het werk al kunnen doen, maar als je het op die manier probeert ben ik toch bang voor wat probleempjes. Maar je zou het kunnen proberen. Gewoon de 2 signalen optellen (via 2 weerstandjes aan elkaar koppelen), en met een diode de amplitude van het signaal aftasten. Een laagdoorlaatfilter achter de diode en je ben weer klaar.

Het hele idee van mixen is dat je de twee signalen op de één of andere manier door iets 'niet lineairs' haalt. En iets niet lineairs is alles wat niet voldoet aan de wet van Ohm (uitgebreid naar condensatoren en spoelen, door complexe getallen voor de weerstand toe te laten). Al de componenten die niet lineair zijn, die zijn in staat te mixen. Een diode is het simpelste niet lineaire component, dus die kan het ook.
Als je beide signalen al klaar hebt, dan zou je dit alvast ens kunnen proberen, omdat het zo oersimpel is. (wel een snelle diode nemen, geen gelijkrichtdiode als de 1n4001 o.i.d. een shottkey ofzo zal meestal wel goed gaan). Mocht het niet voldoende werken, neem dan de FET. (maar die heeft ook weer zo zn eigen moeilijkheden)

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.

zweetvoetje, ik ben het met je redenering helemaal niet eens. met een diode of een andere niet lineaire component doe je aan menging, en je haalt het verschil eraf. met een balansmodulator kan je ook mengen maar nog veel meer. een mus is een vogel, maar een vogel is geen mus!

Mama look, -a-booboo

Balansmodulators zijn gewoon heel erg makkelijk in gebruik.
Je hoeft de signalen niet eens symetrische in en uit te koppelen, dat kan.... maar hoeft niet.
Daarnaast wat is nu 7 transistoren...
Het nadeel van een MOSFET mixer is de slechte lineairiteit en de nog beroerdere reproduceerbaarheid.
Dual gate MOSFET multipliers zie je in low-budget en piraten schakelingen, een beetje serieuze toepassing lost zoiets degelijker op.

Technology is dominated by two types of people: those who understand what they do not manage and those who manage what they do not understand

voila Xeno, das gesproken! Dual gate mosfets zijn zoals een heptode, heel goed als rf mixer, maar geen vogel :-)

Mama look, -a-booboo
free_electron

Silicon Member

Op 12 november 2006 23:24:08 schreef Xenobinol:
Balansmodulators zijn gewoon heel erg makkelijk in gebruik.
Het nadeel van een MOSFET mixer is de slechte lineairiteit en de nog beroerdere reproduceerbaarheid.

tiens ... tzit nochthans in zowat elke tv tuner ... al jaren ....
kvraag me af hoe ze dat dan zo reproduceren ....

Professioneel ElectronenTemmer - siliconvalleygarage.com - De voltooid verleden tijd van 'halfgeleider' is 'zand' ... US 8,032,693 / US 7,714,746 / US 7,355,303 / US 7,098,557 / US 6,762,632 / EP 1804159 - Real programmers write Hex into ROM

omdat daar een IF stage achterkomt die alle overbodige produkten wegfiltert.

ps: in tuner gaat het over zeer kleine signalen. de mosfet werkt daar veel lineairder.

[Bericht gewijzigd door jongensenwetenschap op maandag 13 november 2006 08:12:37

Mama look, -a-booboo

Op 13 november 2006 08:06:02 schreef jongensenwetenschap:

ps: in tuner gaat het over zeer kleine signalen. de mosfet werkt daar veel lineairder.

Dat wou ik nu net zeggen, daarnaast bevatten zulke circuits vaak een AGC, zolang de overdracht van de MOSFET maar binnen zekere grenzen valt, zal het geheel goed gaan werken.
Gilbert cell mixers zijn over het algemeen 'ruisbakken' d.w.z. dat voor low noise toepassingen er een low noise versterker voor geplaatst moet worden.
Iets wat bij een simpele FET of BJT schakeling achterwege gelaten kan worden, echter gilbert cell mixers kunnen een stuk beter overweg met wat grotere signalen, hebben een veel betere lineairiteit en hebben een reproduceerbare versterking.
Een ander voordeel is dat je een gilbert cell mixer in lineair en verzadigt bedrijf kan gebruiken.
In verzadigd bedrijf wordt de ruis op je LO input compleet geëlimineerd, iets wat een veel toepassingen een behoorlijke prestatie verbetering kan opleveren.

Technology is dominated by two types of people: those who understand what they do not manage and those who manage what they do not understand

met 4 diodes is ook een DBM te maken, gewoon twee transformatoren met middenaftakking, 4 diodes(1N4148 in dit geval) in een kringetje ertussen, op de ene trafo het generatorsignaal, op de andere trafo het ontvangersignaal. aan de diodering kun je dan het verschilsignaal aftakken. Is i.i.g. VEEL eenvoudiger te maken als een gilbert-cell mixer met discrete transistoren (7 stuks die gepaard moeten zijn, en dan ook nog eens op 1 en dezelfde temperatuur gehouden moeten worden).

Veel analoge circuits met hoge integratiegraad zijn pas economisch aantrekkelijk geworden ten tijde van het IC. omdat veel problemen, tov. componententoleranties pas op te lossen zijn als alle actieve componenten op 1 bonk silicium liggen.

kijk maar eens bij mini-circuits op de website hoe die hun DBM's theoretisch in elkaar zetten, kun je zelf ook.

HET GAAT HIER NIET OM HIFI

Het is slechts de bedoeling om een HF signaal omlaag te mixen. De signalen zijn van vrij grote amplitude (beide 1V), en daarom kan je volstaan met een diode. Bij schakeling met 4 diodes heb je wel 2 transformatoren nodig. En daar kan je weer lastig aankomen. En in principe doe je eigenlijk bijna hetzelfde als dat je met 1 diode zou doen, alleen filter je er andere frequentiecomponenten uit. Maar voor de 40 kHz component die je met de diodemixer krijgt, moet je een +/-80kHz component wegfilteren. Dat maakt niet zo heel veel uit. OK, het laatste is wel ietsje makkelijker natuurlijk, maar het verschil is niet zo heel groot.

@jongensindewetenschap: In principe heb je voor het mixen alleen maar weinig nodig. Een DBM heeft het voordeel ook meteen een hoop filtering te doen. En DAT is het voordeel van de DBM. Maar in ontvangers is zo'n ding niet nodig. Daar gebruik je toch gewoon spoeletjes enzo om die filtering te doen, en dat gaat best.

dual gate mosfets zie je ook in serieuze ontvangers, je ziet ze alleen niet in zenders, maar da's natuurlijk weer hele andere techniek.

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.

@zweetvoetje. Het zit hem net in die 1Volt. dat is te groot om met een ééndiodemixer te kunnen vermenigvuldigen.

Mama look, -a-booboo

Op 13 november 2006 11:19:45 schreef jongensenwetenschap:
@zweetvoetje. Het zit hem net in die 1Volt. dat is te groot om met een ééndiodemixer te kunnen vermenigvuldigen.

Dan kan hij eerst verzwakt worden. Nadien moet hij toch weer versterkt worden tot die 1V uit.
Grote signalen kunnen trouwens bij die lage 40KHz ook wel met een kleine transistor als een BS170 worden geschakeld.

Om nog een rare creatieve suggestie te doen: PWM het ene signaal met het andere ?
Voor dit soort frq's lijkt me dat dat nog wel moet gaan.

Maar was het niet de bedoeling om het simpel te doen? In dat geval is de diodemixer het handigst. een XOR kan het trouwens ook, die is handiger voor grote signalen.

Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.