¿Por qué se multiplican los anillos de diodo?

  

alguien puede explicar por qué es que un anillo de diodo o un Gilbert   celda, multiplica las 2 entradas?

Voy a centrarme en la celda de gilbert. Eche un vistazo a las características de BJT, JFET y MOSFET: -

Y,enparticular,concéntreseenlaspartesdelascaracterísticasdondeelvoltajeatravésdeldispositivo(VceoVds)esbajo.AlusarelMOSFETparaesteejemplo,puedeverquedebajode2voltiosentreeldrenajeylafuente,lacaracterísticaV/IescomounaresistenciavariablecuyarelacióndeVaI(tambiénconocidacomoresistencia)estácontroladaporelvoltajedelacompuerta.

AsíquetieneslabasedelamultiplicacióndeseñalesyesoesloqueutilizaunacéluladeGilbert.Claro,hayvariostransistoresqueformanunaceldadegilbert,peroestoesparaproporcionarunamultiplicaciónenloscuatrocuadrantesquenoseveafectadaengranmedidaporlasvariacionesdetemperatura.

Esunahistoriasimilarcuandoseusandiodoscomomultiplicadores.Considerelacaracterísticadeavancedeundiodo:-

Observe la pendiente de la característica: a medida que aumenta el voltaje, para un pequeño cambio adicional en el voltaje, hay un cambio mucho mayor en la corriente debido a ese pequeño cambio de voltaje. Esto se llama la resistencia de pendiente del diodo. Por lo tanto, si inyecta una pequeña corriente de CA en el diodo y aumenta o disminuye las condiciones de CC, esa pequeña corriente de CA hace que se presente un voltaje de señal de CA mayor o menor: esta es la modulación en su forma más básica y la modulación es la multiplicación. p>

Un diodo no es un multiplicador muy bueno porque la señal de salida también contiene un desplazamiento de CC (voltaje de modulación) y no hay linealidades en la señal de salida de CA resultante. Al tener un segundo circuito de diodo que solo recibe las mismas condiciones de CC, un circuito restador puede eliminar las condiciones de CC dejando solo la señal de CA distorsionada. Replicar la señal del diodo dual, pero alimentarla a la inversa de la señal de CA le permite hacer un multiplicador de cuatro cuadrantes completo similar a un anillo de diodo (modulador de anillo) y las distorsiones se reducen mucho.

La esencia de los mezcladores de diodos es el comportamiento no lineal de un diodo. Si construyes un mezclador con resistencias , en lugar de diodos, no se "mezclará" (¡obviamente!) Ya que las resistencias son dispositivos lineales. Con los resistores, la forma de la señal de entrada coincidirá con la forma de la señal de salida, excepto por algunas escalas (atenuación).

Pero cuando construyes un mezclador adecuado utilizando diodos , obtienes distorsión de señal porque los diodos son dispositivos no lineales . Su comportamiento (relación corriente / voltaje) es una especie de exponencial (ecuación de diodo) muy lejos de ser lineal. Incluso si mantuvieras las señales pequeñas, seguirían distorsionándose debido a las no linealidades.

Las matemáticas detrás de esto se explican (para mí) fácilmente mediante la expansión de Taylor . Cualquier función (incluida la transferencia de un mezclador) puede representarse como una serie de expansión de Taylor. Observe cómo esta expansión contiene \ $ x \ $, \ $ x ^ 2 \ $, \ $ x ^ 3 \ $ etc ... Ahora, este \ $ x ^ 2 \ $ es la segunda armónica de \ $ x \ $. Entonces, si ingresara \ $ x \ $ en un dispositivo no lineal, obtendría (dependiendo de cómo distorsione la señal) \ $ x ^ 2 \ $, \ $ x ^ 3 \ $ etc en la salida .

En un mezclador ingresas dos señales, RF y LO. Podrías hacer una expansión de Taylor simplemente asumiendo que los diodos solo agregan distorsión de segundo orden (para que sea simple). Luego encontrará que si ingresa \ $ x \ $ y \ $ y \ $ a ese mezclador, en la salida obtendría \ $ xy \ $ y \ $ yx \ $. ¡Y estas son las frecuencias de suma y diferencia!

La explicación más simple de un mezclador de anillo de diodo es cuando se asume una señal LO rectangular grande:

• durante el primer semiciclo LO, un par de diodos está polarizado hacia delante; el otro par tiene polarización inversa. Es decir. puede tratar un par como un corto y el otro como un circuito abierto.
• durante la segunda mitad del ciclo LO es viceversa.

Dependiendo de qué par de diodos está conduciendo, la señal de entrada se transfiere a la salida, ya sea invertida o no invertida.

En otras palabras: el mezclador crea una señal de salida que es la señal de entrada multiplicada por una señal LO + + 1 / -1 rectangular.

Si observa el espectro de frecuencias de una señal de salida de este tipo (utilizando la teoría de Laplace o de Fourier), encontrará que los términos más significativos (primer orden) son exactamente los que espera de un mezclador:

\ $ f_ {out} = f_ {in} \ pm f_ {LO} \ $.

(los términos más pequeños y de mayor orden se filtran, ya que de todos modos necesita algún tipo de filtro después del mezclador)

Con señales lo suficientemente fuertes como para encender y apagar completamente los diodos (0.2 voltios o más), luego, cuando un diodo está apagado, el nodo se cambia a otra señal, quizás la fase de 180 grados (o en mezcladores polifásicos, algunos Selección de fase 360 / N, donde se produce una cancelación útil).