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La
passione e l’interesse per i ricevitori, prevalentemente di tipo
supereterodina, mi hanno portato negli anni a focalizzare la mia
attenzione nello stadio mescolatore che è senza dubbio il più
critico. La progettazione dei mixer è stata, ed è, un cruccio e
una sfida fra i vari progettisti. La supremazia è contesa,
soprattutto, a colpi di IP3 o TOIP con valori sempre più alti! A metà/fine anni ottanta
provai diversi tipi di mescolatori, alcuni inediti, con
risultati che definirei interessanti, ripresi la “ricerca”,
anche se saltuariamente, nel 2003. Qui di seguito viene
descritto uno di quei mixer.
MIXER RF PASSIVO CON DOPPIO TRIODO

Vincenzo Italia |
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Fin da
quando fu inventata, la supereterodina stuzzicò la fantasia dei progettisti
radio nel cercare di ottenere mescolatori sempre più efficienti e performanti.
Ben presto ci si accorse che la mescolazione non produceva soltanto il
prodotto trigonometrico del segnale a radiofrequenza con quello
dell’oscillatore locale, e quindi la loro somma o differenza, ma anche la
generazione di spurie originate prevalentemente da segnali forti in antenna.
Negli anni sessanta, un valente protagonista nel mondo della progettazione dei
mixer RF fu senz’altro William K. Squires capo progettista e vice presidente
della Squires-Sanders, Inc. Com’è noto a chi, come me, da molti anni bazzica
nel mondo della Radio, egli progettò un mescolatore bilanciato a commutazione
con una valvola a deflessione elettrostatica che ebbe impiego, con successo, nei
ricevitori SS-1R e SS-IBS della summenzionata ditta. Nel 1967 progettò un mixer
bilanciato passivo con due FET dalle ottime caratteristiche per quanto riguarda
l’intermodulazione e la figura di rumore (Rif.1 e 2), ma forse è poco noto ai
più che egli progettò anche un mixer con un doppio triodo, con lo stesso
principio di quello con i due FET. Questo mixer fu impiegato nel ricevitore
AN/URR-58 per la Guardia Costiera Americana. Le caratteristiche del ricevitore
erano e sono eccezionali (Rif.3) e ciò suscitò in me curiosità e interesse.
Purtroppo non sono ancora riuscito a procurarmi uno schema elettrico di questo
ricevitore ma grazie ad una bozza di principio del circuito mescolatore, apparso
su Ham Radio del 1973 (Fig.1 e Rif.4), sono stato in grado di costruire una
versione in forma sperimentale, ciò a metà anni ottanta.

Il mixer impiega un doppio triodo tipo 6DJ8 (equivalente ECC88), in una
singolare configurazione bilanciata. Il segnale RF è inviato nella presa
centrale del primario del primo trasformatore di media frequenza, dove i due
segnali sfasati dell’oscillatore locale vengono, teoricamente, annullati. La
valvola è polarizzata per il funzionamento in classe C, questo gli permette di
agire come interruttore e quindi di commutare alternativamente a massa il
segnale RF tramite i due catodi, a seconda della polarità della tensione RF
generata dall’oscillatore locale. Il segnale di media frequenza è prelevato nel
secondario del trasformatore M.F. Nello AN/URR-58 questo circuito era preceduto
da uno stadio amplificatore RF con una valvola.
Lo schema da me ricostruito è quello della figura 2 dove si può notare che il
segnale sinusoidale dell’OL è inviato alle due griglie in Push-Pull, tramite un
trasformatore a larga banda sbilanciato/bilanciato. La tensione di polarizzazione
fissa negativa è inviata alle griglie mediante RV1 che serve a bilanciarla.
Si può semplificare eliminando la RV1 e una resistenza, come pure i quattro
condensatori (vedi Fig.1). Nel mio caso questi componenti furono necessari
perché adoperai, in un primo momento, un oscillatore, con valvola, in Push-Pull.
Poi aggiunsi il trasformatore a larga banda (T2), utile non solo per avere il
segnale dell’OL sfasato con un oscillatore qualsiasi (o generatore di prova), ma
anche per innalzargli il livello. Le prove e misure di
valutazione portarono i risultati che appaiono nella Tabella A e
come si può notare sono eccellenti! Da precisare che nella
versione originale di Squires l’oscillatore ha una forma d’onda quadra e
quindi il punto di compressione sarebbe perfino migliore!

FIGURA 2
Ca |
500
pF/250V. |
|
R1 |
470
kΩ/1/2W |
Cb |
0,01
μF/250V. |
|
R2 |
470
kΩ/1/2W |
C1 |
820
pF |
|
T1 |
TRASFORMATORE
M.F. CON
PRESA INTERMEDIA PRIMARIO |
C2 |
820
pF |
|
T2 |
TRASFORMATORE
A LARGA
BANDA SBIL./BIL. |
C3 |
0,01
μF
|
|
V1 |
6DJ8/ECC88
oppure
6922/E88CC |
C4 |
0,01
μF |
|
VR1 |
100
kΩ
POTENZIOMETRO
LINEARE |
C5 |
0,01
μF |
|
Z1 |
2,5 mH IMPEDENZA |
R |
4,7
kΩ/2W |
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LISTA
COMPONENTI
FREQUENZA RF DI
PROVA |
7 MHZ |
FREQUENZA INTERMEDIA
|
500kHz |
POLARIZZAZIONE (NEGATIVA) |
-12Volt C.C. |
LIVELLO OL
|
4 Volt RMS (ogni griglia) |
PERDITA DI INSERZIONE*
|
4dB (0dB con 0V. Bias/
a massa) |
PUNTO COMPRESSIONE 1dB
(IN INGRESSO-50 Ω)
|
> +23dBm*** |
MINIMO SEGNALE DISCERNIBILE
M.S.D. /50 Ω **(SSB 2kHz B.W.)
|
Migliore di
-119dBm |
REIEZIONE OL/RF (Piedino 2 di T1) |
>25dB |
REIEZIONE OL/M.F. (Piedino 5 di T1) |
>75dB |
REIEZIONE RF(500kHz)/M.F.
(Piedino 5 di T1) |
35dB
(45dB con 0V. Bias/
a massa) |
* Tra i piedini 2 e 5 di T1
** Circuito accordato RF con fattore
guadagno in
tensione x10
*** Misura limitata dal generatore disponibile. |
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TABELLA A
Successivamente apportai una semplice ma sostanziale modifica al
circuito; la rimozione della tensione anodica! Il FET, come ben
sappiamo, può funzionare come mixer senza tensione di
alimentazione, ma qui si tratta di valvola termoionica! E’pur
vero che nel passato furono impiegati dei diodi a valvola come
mescolatori (alcuni di tipo speciale come i doppi diodi RD12 o
LG12) ma nel circuito in questione abbiamo a che fare con un
doppio triodo! In realtà abbiamo a che fare con una valvola che
funziona da interruttore (più precisamente da resistore
variabile) e non da amplificatore. In aiuto ci viene la tensione
di Bias e quella RF dell’oscillatore locale. La versione
modificata appare in figura 3 dove si può constatare che la
presa intermedia del primario del trasformatore M.F. (e quindi
le placche della valvola) viene portata a massa tramite il circuito d’antenna.

FIGURA 3
Variando la tensione di Bias cambiano le performance del mixer,
questo ci fa capire che la valvola continua a funzionare come
triodo (doppio). Si può tentare di spiegare il funzionamento di
questo inusuale mixer, e con queste particolari condizioni di
lavoro, nel modo seguente: la placca essendo collegata a massa, è alla stessa polarità del catodo.
Gli elettroni, che hanno sempre una carica negativa, vengono espulsi dal catodo essendo anch'esso di polarità
negativa. Come di consueto la griglia funziona da regolatore di
flusso degli elettroni, e quindi del loro tragitto verso la placca (o anodo),
i quali essendo di carica negativa sono attratti
dalla griglia, che in questo caso ha una
polarizzazione fissa positiva, pertanto li lascia passare per
il loro cammino verso l'anodo che, però, tende a respingerli
essendo della stessa polarità negativa. Quando la griglia diventa negativa
(semionda negativa della tensione oscillatore) è una barriera per gli elettroni che non riescono a superarla per poter
raggiungere la placca (che in ogni caso le respingerebbe essendo della stessa polarità).
Il flusso viene respinto verso il catodo.
Le cose si rovesciano di nuovo quando la griglia assume la polarità positiva.
Sta di fatto che questo cambiamento di stato ritmico fa variare la corrente anodica
della valvola e quindi anche la sua resistenza interna, di conseguenza le
estremità del primario del trasformatore M.F. sono
alternativamente connesse a massa dai due triodi. E’ ovvio che
un circuito di questo tipo non può che produrre una perdita
d’inserzione ma essendo un circuito ad alta impedenza
l’innalzamento del segnale RF, per merito dello "step-up" del filtro d’antenna,
compensa ampliamente la perdita e dà come risultato
un’eccellente sensibilità! Sensibilità che risulta migliore nel
circuito modificato che in quello originale, probabilmente
l’assenza della tensione anodica, e quindi una bassissima
corrente nelle placche, ha diminuito notevolmente il rumore.
Con un buon fattore di guadagno in tensione del filtro a
radiofrequenza uno stadio amplificatore RF è quasi superfluo. Le
differenze nelle prestazioni tra i due circuiti, quello
alimentato e quello senza anodica, sono evidenti comparando i
risultati della Tabella A con quelli della Tabella B.
FREQUENZA RF DI
PROVA |
7 MHZ |
FREQUENZA INTERMEDIA
|
500kHz |
POLARIZZAZIONE (POSITIVA) |
+12Volt
C.C. |
LIVELLO OL
|
4 Volt RMS (ogni griglia) |
PERDITA DI INSERZIONE*
|
4dB (6db con 0V. Bias/
a massa) |
PUNTO COMPRESSIONE 1dB
(IN INGRESSO-50 Ω)
|
+23dBm |
MINIMO SEGNALE DISCERNIBILE
M.S.D. /50 Ω **(SSB 2kHz B.W.)
|
Migliore di -124dBm |
REIEZIONE OL/RF (Piedino 2 di T1) |
>40dB |
REIEZIONE OL/M.F. (Piedino 5 di T1) |
>90dB |
REIEZIONE RF(500kHz)/M.F.
(Piedino 5 di T1) |
45dB
|
* Tra i piedini 2 e 5 di T1
** Circuito accordato RF con fattore
guadagno in
tensione x10
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TABELLA B
Pertanto si è modificato un eccellente mixer, con una valvola
doppio triodo, in un mixer passivo dalle performance superiori.
Ma....se togliamo pure il positivo fisso di griglia che succede? Continua
a funzionare ma aumenta la perdita d’inserzione di 2dB che
quindi si porta da 4 a circa 6dB totali. La tensione RF
dell’oscillatore locale è sufficiente a far funzionare la
valvola!
Come? Togliere pure la tensione ai filamenti?! No, ciò non è
possibile!!
Salvo che non si trovi un altro sistema per riscaldare il
filamento e quindi emettere elettroni……
NOTA:
Vedi
Addendum:
http://www.radiopharos.one/addendum-mixer.htm
Riferimenti:
1-
William K. Squires - W2PUL
Mixer
circuit employing linear resistive elements
Brevetto N° 3.383.601.
2-
Ulrich L. Rohde DJ2LR
a - Communications receivers for the year 2000
Ham Radio magazine - Novembre 1981
b - Performance capability of active mixers
Ham Radio magazine - Marzo 1982
3-
www.radiopharos.it
Squires-Sanders, Inc. - AN/URR-58 Receiver
4- Ray
Moore -
K1DBR
Designing communications receivers for good strong
signals performance
Ham Radio magazine - Febbraio
1973
5-
www.radiopharos.it
SEM - Un inedito Mixer passivo a FET con
guadagno di
conversione
6-
www.radiopharos.it
Guadagno di conversione nel mixer passivo
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