Как работает этот осциллятор в радиопередатчике?

Мне трудно понять, как работает осциллятор в этой схеме. В генераторе используются варикапы V1 для изменения частоты колебаний.

Это стандартный генератор Колпитца с общим коллектором:

Но эта схема сильно отличается от стандартного генератора Колпитца, в котором используются два конденсатора и катушка индуктивности.

Нет, это стандартная конфигурация генератора Колпитца с общим коллектором. Он использует два конденсатора и катушку индуктивности (C7, C8 и L), а V1 регулирует общую емкость и производит частотную модуляцию.

В стандартном генераторе Колпитца промежуток между конденсаторами заземлен, а здесь он подключен к резистору R8. Почему?

Нет, есть три стандартных генератора Colpitts BJT , и вы просто не встречали версию с общим коллектором. Проведите небольшое исследование в Google. Пример: -

Изображение трех стандартных генераторов Колпитца взято отсюда .

Я вообще-то даже не понимаю, какое назначение С7 и С8, когда контур бака уже сформирован V1 и L

Танк устроен не совсем так. Вам нужно провести некоторое исследование, чтобы выяснить, почему он полагается на C7 и C8, а варактор V1 модифицирует вещи для выполнения FM-модуляции.

И в стандартном генераторе Колпитца накопительная цепь соединена с коллектором, чтобы заставить транзистор производить фазовый сдвиг на 180 °, но здесь он подключен к эмиттеру, поэтому фазового сдвига нет.

Нет, есть три стандарта и, кажется, вы были ранее ознакомлены только с одним из них. Все три производят фазовый сдвиг на 180°.

Я не понимаю, где у него достаточно фазового сдвига, чтобы заставить его колебаться.

• Попробуйте это, например, с полным выводом частоты колебаний
• Или этот аналогичный ответ
• Или это объяснение .

Как работает этот осциллятор в радиопередатчике?

Сначала изучите теорию генератора Колпитца с общим коллектором, затем признайте, что напряжение, создаваемое микрофоном, будет модулировать емкость на катушке индуктивности (через варикапные диоды), и из этого ясно, что это частотный модулятор.

Q2 - это просто ВЧ-усилитель. Также обратите внимание, что его использование может быть незаконным.

Моделирование с использованием BC547 - около 100 МГц

Он колеблется на частоте 100,6 МГц.

Но эта схема сильно отличается от стандартного генератора Колпитца, в котором используются два конденсатора и катушка индуктивности. В стандартном генераторе Колпитца промежуток между конденсаторами заземлен, а здесь он подключен к резистору R8. Почему?

Это очень похоже на стандартный осциллятор Колпитца, вы просто недостаточно гибко мыслите. Чтобы понять все разновидности Colpitts, вам нужно сначала принять тот факт, что «земля» — это просто произвольная вещь, которую дизайнер выбирает для удобства. В основе любого Colpitts лежит следующее*:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Обратите внимание на две вещи: во-первых, земля не вызывается; во-вторых, нет смещения или источника питания. Чтобы превратить это в конкретный генератор Колпитца, вы сначала подключаете один из выводов транзистора к земле, затем добавляете смещение и мощность.

Выбор заземления одного вывода транзистора делает генератор генератором с общим эмиттером (это то, к чему вы, кажется, привыкли), генератором с общим коллектором (это то, что вызывает схема) или генератором с общей базой.

В случае этого генератора коллектор заземлен для сигналов переменного тока, во-первых, потому что шина питания заземлена для ВЧ, а во-вторых, потому что C6 переносит ВЧ-ток от коллектора к земле (и, если схема хорошо организована физически, будет близко). к Q1).

Чтобы все действительно работало, R6, R7 и R8 смещают транзистор в его рабочий диапазон, а R8 проводит ток эмиттера на землю. C5 добавлен, чтобы предотвратить короткое замыкание катушки L на землю (вы можете обнаружить, что C5 имеет значительно более высокую емкость, чем C7 и C8, но это не обязательно - намного выше означает, что разработчик хотел это должно действовать как короткое замыкание на переменном токе; меньшее значение означает, что разработчик намеренно выбрал его значение, чтобы повлиять на резонансную частоту).

Если вы проигнорируете V1, вот и все — у вас есть базовый генератор Колпитца с общим эмиттером. Что делает V1, так это добавляет некоторую емкость на катушку. Эта емкость сдвигает резонансную частоту резервуара вниз, и, поскольку V1 зависит от напряжения, этот сдвиг частоты можно регулировать электронным способом.

Я ожидаю, что пока Q1$f_T$значительно выше, чем расчетная частота схемы, фактическая частота колебаний будет примерно равна последовательной комбинации C5, C7 и C8 параллельно с емкостью V1, все они резонируют с индуктивностью катушки.

* Я почти уверен, что эта трактовка изначально пришла ко мне из книги Уэса Хейворда «Введение в проектирование радиочастотных цепей», ARRL 2000.

Генерация происходит на частоте, при которой суммарный фазовый сдвиг усилителя и цепи обратной связи составляет ровно 360 градусов или его кратное число, включая ноль градусов. Усилитель в этом случае не инвертирует фазу, но большая емкостная нагрузка вызывает отставание по фазе - десятки градусов. Но фазовый сдвиг LC-контура компенсирует его, и это происходит вблизи резонансной частоты LC-контура, потому что там фазовый сдвиг сильно зависит от частоты. Резонанс повышает напряжение, так что все, что нужно для генерации, существует. Его можно исследовать, моделируя:

Я предположил, что выходное сопротивление эмиттерного повторителя составляет 100 Ом, а общее нагрузочное сопротивление LC-цепи — 3 кОм. Симулятор достиг не только точки фазового сдвига 0 градусов, но довольно близко. У нас есть веские основания полагать, что при частоте полного фазового сдвига 0 градусов наблюдается некоторое повышение напряжения.

Кстати, если ряд L и C подключен к источнику сигнала, который выдает сигнал близкой к резонансной частоте, напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе выше, чем на выходе источника сигнала, предполагая, что нет слишком много потерь или резистивной нагрузки. . Это легко доказать с помощью обычного исчисления комплексных векторов.

Более точное моделирование возможно путем изменения схемы усилителя эмиттерного повторителя вместо моего резистора на 100 Ом. Правильный транзистор и его правильное смещение по постоянному току важны, потому что радиочастотные свойства транзисторов должны учитываться на частотах до 100 МГц.

Если смоделировать в режиме анализа переходных процессов схему с замкнутой обратной связью, то можно увидеть частоту колебаний. Это так же точно, как модели деталей в симуляции. Пробуем сейчас:

Он колеблется, но форма сигнала не такая чистая синусоидальная. Это потому, что амплитуда колебаний растет настолько, насколько это возможно, пока усилитель не начинает сильно искажать. Для лучшего синуса требуется более умная стабилизация амплитуды, чем для искажения.

Частота около 91 МГц. Это на 3 МГц меньше, чем предсказывает идеализированная оценка фазового сдвига. Это вызвано емкостью транзистора и, возможно, не совсем точным определением выходного импеданса усилителя. Кроме того, искажения в усилителе делают все, что основано на линейности (например, концепцию выходного импеданса), более или менее ложными.

Частоту колебаний можно было приблизительно рассчитать. Как уже говорилось, она близка к резонансной частоте LC-контура.

У любителей есть одна особенно досадная проблема, которая на практике радикально снижает полезность точных расчетов высокочастотной LC-цепи: у них нет никаких практических средств для измерения катушек индуктивности меньше мкГн или для изготовления катушек с заранее известной индуктивностью. Теоретически можно измерить резонансную частоту с помощью известного конденсатора, но для этого требуется дорогостоящее измерительное оборудование. Мультиметра недостаточно.

Одна практическая возможность состоит в том, чтобы сделать катушку растяжимой-сжимаемой и найти сигнал передатчика с помощью радиоприемника. Диапазон настройки частоты передатчика может легко выйти за пределы диапазона частот легкодоступного радиоприемника, но механическая регулировка катушки путем растяжения и сжатия помогает. Если вы стремитесь к диапазону 88-105 МГц, используйте сначала катушку, которая имеет 4...6 витков в виде спирали диаметром 1/3 дюйма и расстоянием между витками 1/10 дюйма. Провод должен быть неизолированным и настолько толстым, чтобы катушка сохраняла свою форму без какой-либо поддержки.

Как это может работать? Как может работать генератор, если его индуктивность выключена? Ответ: Осцилляторы могут работать, даже если они не разработаны с использованием оптимальных принципов. Оптимальные конструкции были необходимостью в старые времена, когда усилительные компоненты были гораздо менее мощными, чем сегодня, скажем, 100 лет назад, когда в 1950-х годах были доступны только триодные лампы с низким коэффициентом усиления или транзисторы. Сегодня транзисторы имеют такой большой коэффициент усиления, что его генератор может работать на частоте 100 МГц даже без вычислений, только если в общих чертах вспомнить, какие большие катушки индуктивности и конденсаторы вы видели в рабочих схемах (плюс 100%, минус 50% точно). Иметь в 10 раз более высокую частоту, скажем, 1 ГГц. Ничто не работает без надлежащего теоретического проектирования.

C9 должен быть отключен до тех пор, пока вы не уверены, что он колеблется. Если он колеблется, его должно быть хорошо видно без антенны на близком расстоянии. Нет радиочастотного усилителя = на один возможный источник ошибок меньше.

Не задано: после генератора есть каскад ВЧ-усилителя. Теоретически это должно быть безвредно (см. ПРИМЕЧАНИЕ 1), это только предотвращает проблемы с настройкой антенны, которые обычно возникают, если они подключены непосредственно к генератору. Но без тщательного проектирования структуры вполне возможно, что у вас есть двухкаскадный осциллятор, который ведет себя неожиданным образом. Для правильной работы не допускается обратная связь со стороны антенны к резонансному контуру. Возможно, у вас должен быть какой-то металлический корпус для генератора, чтобы избежать обратной связи с выхода.

Не думайте, что это сработает, если оно построено на макетной плате. Схема не выдерживает емкости макетной платы. Все провода в ВЧ-цепи должны быть как можно короче, максимум полдюйма.

ПРИМЕЧАНИЕ 1: с ним можно вставить (через правую согласующую цепь) антенну, которая может сделать его передатчик слышимым на таком расстоянии, что прибудет полиция. Совсем не помогает то, что простые передатчики легко генерируют сильные гармоники =>> вы заглушили или использовали для своих передач кучу частот, которые продаются другим.