Oscilador UHF Colpitts en problema de modo Clase C usando múltiplo armónico

Quiero aumentar la frecuencia del oscilador de cristal que oscila a una frecuencia de 25 MHz. Para esto, agregué un circuito de tanque LC al colector en paralelo entre sí. Experimenté para ver si la frecuencia cambiaría.

Pero, a pesar de que probé muchas veces los valores del capacitor y la bobina, la frecuencia nunca cambió. La amplitud cambió, pero la frecuencia se mantuvo en 25 MHz. ¿Por qué no cambió la frecuencia? ¿Dónde me estoy equivocando? Aquí está el circuito que diseñé.

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Reemplacé la bobina en el colector con una bobina con 3 o 5 vueltas de bobinado. Pero, aún así, la frecuencia no cambió. Jugué con los valores del capacitor y la frecuencia no cambió. Cuando saqué el condensador del circuito del tanque, volvió a oscilar a 25 MHz sin ningún cambio en la señal. La presencia o ausencia del capacitor no cambió el resultado. A continuación se muestra un artículo sobre este método.

http://www.koreascience.kr/article/JAKO201509057414006.pdf

En el artículo del enlace, el oscilador de cristal aumentó su frecuencia a 2 o 3 veces. ¿Cómo logró esto? Construí un circuito similar. Pero, no pude aumentar la frecuencia. En el circuito del artículo, usando una inductancia en el emisor, su circuito. Agregué una bobina al emisor, pero aún así el resultado no cambió.

Quizás alguien no pueda abrir el artículo. Adjunto una imagen del artículo.

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Aunque soldé el circuito en la PCB, no pude aumentar la frecuencia.

@Tony Stewart EE75 @glen_geek

He hecho prueba y error muchas veces. Cambié los valores de eelman de muchos circuitos. He estado lidiando con esto durante 1 mes. Sin resultado. Leí todo lo que encontré en Internet para ver si faltaba algo. Incluso tengo mucha información sobre la historia de la frecuencia. El hecho de que los experimentos reales no coincidan con los de los libros me cansa mucho. Es muy fácil decir "mira, este experimento dio este resultado" en simulación. Me entristece no poder configurar el circuito y obtener resultados de los experimentos.

Aquí está el circuito real que construí, el diagrama del circuito y la imagen del osciloscopio.ingrese la descripción de la imagen aquí

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edit:17/02/2022 Construí el circuito sobre una placa perforada y lo soldé. En el circuito del tanque, usé una bobina de 1uH y un capacitor de 10pF. En este caso, la frecuencia de oscilación del circuito del tanque LC es de 50Mhz. Pero la oscilación de 50 Mhz no ocurrió. La salida sigue siendo de 25 Mhz. Por lo tanto, soldar el circuito tampoco funcionó.ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Puede decirnos qué frecuencia desea alcanzar?
>No puedo aumentar la frecuencia de salida del circuito del oscilador de cristal< debería ser: "Multiplicaría la frecuencia de salida... por n=1,2,3... NB: algunos n lo hacen, otros no. Algunos transistores puede hacer, algunos no pueden hacerlo bien...
@glen_geek, quiero aumentar la frecuencia de 25 Mhz a 50 o 100 Mhz.
La frecuencia X2 (50 MHz) debería ser alcanzable. Tenga en cuenta que cualquier dispositivo de medición conectado al tanque colector cambiará seriamente su frecuencia resonante; ese tanque debe resonar a 50 MHz. Si tiene la intención de manejar otro dispositivo con este voltaje de colector de 50 MHz, se requiere algún tipo de adaptación de impedancia. 100 MHz es más difícil, ya que la corriente del colector a esa frecuencia es mucho menor que la corriente a 50 MHz.
La operación en una placa de prueba, incluso a 25 MHz, puede ser marginal. El funcionamiento a 100 Mhz es muy poco probable. Es probable que haya capacitancias de 1 a 10 pF entre tiras. Las inductancias también estarán presentes.
@OzGtZt - Hola, su "respuesta" publicada no respondió a su pregunta original. Por lo tanto, se ha agregado a la pregunta como una edición, es decir, una actualización. A menos que esté escribiendo la respuesta completa a su propia pregunta (es decir, a menos que haya resuelto completamente el problema usted mismo, sin necesidad de más ayuda), no utilice el cuadro "Su respuesta" a continuación. En su lugar, debe editar la pregunta para agregar nueva información que sea relevante para todos. Consulte el recorrido y el centro de ayuda para obtener más reglas. || También @namelas notificaciones solo funcionan en los comentarios. Vea aquí para más detalles.
+1 por mantener el esfuerzo. Este circuito simple no es tan simple con la corriente armónica compartida en Ic a Ie y Ceb retroalimentación positiva tanto en la fundamental como en los armónicos. ¿Qué es mejor para ti? 1) hacer que un circuito funcione como si fuera una simulación? (con todos los parásitos agregados) o 2) ¿cambiar el diseño a uno que sea menos sensible a los parásitos de una placa? 3) un diseño mucho mejor de un bucle bloqueado por inyección o un PLL, o 4) aprender todas las características no ideales de todas las partes que causan discrepancias de RF y los parásitos de la placa de prueba? 5) o trucos de RF más fundamentales? o 6) aprender más teoría?
Usaría una etapa "multiplicadora" de clase C (?) impulsada por este oscilador.
OK, voy a empezar desde cero y leer el enlace. Supongo que el autor escondió sus valores secretos cuando publicó esto. ¿Cuál es su nivel de experiencia?

Respuestas (5)

¿Por qué no cambió la frecuencia? ¿Dónde me estoy equivocando?

El circuito sintonizado añadido en el colector es resonante a 27,7 MHz. Esto es debido a: -

F = 1 2 π L C

Y, la frecuencia básica de funcionamiento del oscilador de cristal es de 25 MHz. La idea general es que su circuito sintonizado en el colector está destinado a captar los armónicos de la frecuencia básica del cristal, pero 27,7 MHz no es un armónico de 25 MHz.

Si observa el circuito en el artículo vinculado, están sintonizando 4 veces la frecuencia del cristal: -

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En otras palabras, están sintonizando el cuarto armónico de la frecuencia básica del cristal y, como dije antes, 27,7 MHz no es un armónico de 25 MHz.

Escribí en el comentario de arriba. Cambié el valor del inductor y el valor del capacitor muchas veces para observar si hay un cambio en la frecuencia. Pero la frecuencia no cambió.
Sospecho que no probaste la combinación correcta.
@OzGtZt, ¿tiene una respuesta a esta pregunta que pueda aceptar formalmente o todavía tiene algunas cosas sin explicar?
Aunque soldé el circuito a la placa, no pude obtener múltiplos de frecuencia de 25mhz. Como resultado, no pude tener éxito.
@OzGtZt si hemos terminado aquí, debe elegir una respuesta y aceptarla formalmente; esto es lo que se espera de usted en este sitio.

Hay 2 parámetros críticos en los resonadores sintonizados armónicamente.

  • Q o Zo y n*fo.

  • El impacto en la selección de opciones es la tolerancia de los componentes pasivos y el contenido armónico de ganancia y atenuación en el oscilador fundamental en el armónico deseado.

  • Si Q es demasiado alto desde R/X(f)=Qp para el circuito resonante en paralelo, entonces el valor de LC es crítico. con un rango típico de 1% a 20%, debe agregar o restar capacitancia con un varicap o un límite de ajuste para ajustarlo. Esta sensibilidad se puede reducir derivando el sumidero de corriente del colector con una R paralela. Pero esto también afecta la atenuación de la distorsión de más armónicos. Por lo tanto, 100 es un límite razonable para el ajuste Q de LC, a menos que se use una selección o ajuste extremo con compensación de temperatura.

  • También es fundamental tener cables cortos cuando se llega a < 0,1 uH, ya que el cable es de ~10 nH/cm y colocar un límite de desacoplamiento de RF en el suministro cerca del oscilador.

  • Aquí lo simulo con una fuente de voltaje y una serie R, donde se pueden ver los efectos con la rueda del mouse afinando R sobre su valor.

Para una afinación simple, tome su 3.3 uH y /4 [uH] para 2f o /9 [uH] para 3f o /16 [uH] para 4f y luego use una construcción muy ajustada y cables cortos. Pero cada vez que aumenta nxf, el Zo se reduce y debe desviar el colector con un R adecuado para Q <= 100 o el inverso de su error de tolerancia para la sintonización.

  • la elección del transistor también tiene un efecto con GBW o con el producto hFE-BW de ganancia de corriente, pero su elección de SS9018 es excelente. En el peor de los casos, la ganancia de bucle> 1 es su objetivo.

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Conclusión

Las tolerancias y Q (ajustado por su R2) son compensaciones críticas, así como mejoras en el diseño.

  • Posiblemente todo lo que tuvo que hacer fue cambiar su carga de 10k a 1K o menos para pasar la señal a través del filtro armónico.

Supongo que conoces todas las ecuaciones para Q, f y X(f). Referencias: https://www.cs.ccu.edu.tw/~cwlin/courses/electronics/notes/CH13.pdf https://www.wikiwand.com/en/RLC_circuit

Otra información

  • La saturación y el corte pueden evitar las ondas cuadradas al limitar la ganancia y la falsa oscilación en el tercer armónico, pero el filtro LC lo impide.
  • La mayoría de Xtals comprados >> 20 MHz son en realidad frecuencias armónicas o un cristal armónico , garantizado por filtrado.
"Posiblemente todo lo que tenías que hacer era cambiar tu carga de 10k a 1K o menos para pasar la señal a través del filtro de armónicos". Probé este método. No conecté ninguna resistencia a la salida. El resultado no cambió. Luego probé los valores de resistencia de 1k, 100ohm, 333ohm, respectivamente. Una vez más, el resultado no cambió. Había una señal oscilando a 25 Mhz en la pantalla del osciloscopio.
¿Qué valores de LC usaste? 50 MHz serían 1,1 uH y luego 470 uH // 10 pF para 75 MHz, etc. Simularlo y darse cuenta de eso. y si falla, entonces su suposición sobre el valor es incorrecta. Mídelo,
incluso doblar el cable de la bobina puede ajustarlo cuando < 1uH, por lo que debe ser más resistente y la tapa debe ser NP0 o P120 para la compensación de temperatura
Como en el artículo, cuando conecto una bobina (3.3uH) al emisor, se genera una frecuencia de unos 37mhz. O cuando cortocircuito el emisor con el jumper se forma una frecuencia de 45 Mhz. Me di cuenta de que estas frecuencias no tienen nada que ver con el oscilador de cristal. Porque cuando apago el cristal sigue oscilando a 45Mhz o 37Mhz. Además, quitar y agregar el capacitor en el circuito del tanque en el colector no crea un cambio en la frecuencia. Permítanme mencionar también que el circuito está construido en una placa de prueba.

esquemático

No está claro qué está tratando de lograr con los diversos esquemas que publicó. ¿Está tratando de extraer la frecuencia del cristal o usar un armónico de la frecuencia del cristal? Solo puedes sacar un cristal una pequeña cantidad. Normalmente, eliges un armónico de la frecuencia del cristal.

En el esquema superior, la frecuencia central del circuito RLC es 1 2 π L C = 27.7 METRO H z . Con la capacitancia adicional y las inductancias de cableado, la frecuencia de resonancia probablemente esté más cerca de los 16 MHz.
El esquema inferior está en los 100 de MHz.

Algunas cosas a tener en cuenta. En el cuadro rojo, hay dos capacitancias a tener en cuenta. Uno es la placa de prueba y la capacitancia del cableado. En una placa de prueba, la capacitancia entre filas puede ser significativa. También tiene una inductancia de plomo que es significativa cuando usa inductancias por debajo de 1uH.

En las frecuencias en las que está operando, deshágase de la placa de prueba y haga un prototipo de esto en una placa de rendimiento o estilo de error muerto (no se usa ninguna placa). Recorte las longitudes de los cables para minimizar la inductancia de los cables.

Agregue un búfer de seguidor de emisor en la salida para minimizar la capacitancia de la sonda de alcance en la frecuencia central del tanque.

R0 : Resistencia de salida. La resistencia de salida será igual a la inductancia de la bobina. R0=2pifL=2pi.25.10^6.3,3.10^(-6)=518 ohmios. La capacitancia de salida es aproximadamente igual a la suma de la sonda del osciloscopio y la capacitancia de la placa de prueba. Deje que la capacitancia de la placa sea 30pF Entonces, Ceq=13pF+30pF=43pF. Deje que el punto de corte de alta frecuencia sea "fh". fh=1/(2pi*518*43.10^(-12)=7,1 Mhz. La señal se debilita después de 7.1Mhz. Para neutralizar la capacitancia de la sonda y la placa en la salida, ¿por qué no conectamos un (por ejemplo 1pF) pequeño condensador en serie con estos dos condensadores.
Por lo tanto, aumentamos la frecuencia de corte alta. Nos deshacemos de hacer un circuito seguidor de emisor. ¿No tiene sentido?
Supongo que lo que dije no tiene mucho sentido. Si conectamos en serie un condensador de 1pf, la amplitud de la señal será muy pequeña.

Aquí hay un ejemplo de lo que busca, pero tenga en cuenta que los multiplicadores VHF son "difíciles" de "funcionar".
Estos se encuentran en los viejos "esquemas" de radioaficionados.
Ver la parte inferior de este esquema (x3 usado). Y esto _
Utilizo un transistor "viejo" en este esquema ...
Y una "placa de prueba" no es una opción.
La simulación puede ser "larga", muy "larga"... y no "representativa" del éxito.
Por algunas razones, los factores de multiplicación son generalmente números impares (1,3,5...).

Aquí hay un amplificador (primera etapa) a 25 MHz, la segunda etapa es un multiplicador 4x a 100MHz.

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Un análisis de vista de espectro más completo muestra la forma de onda en la salida y una vista del contenido del espectro. :-) --> filtrado necesario.

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Y análisis de CA

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El transistor 2N3866 puede ser "antiguo", pero sigue siendo muy bueno para las tareas previstas :-).
Hice un circuito similar a este, pero no funcionó correctamente. Porque la señal se debilitó por el efecto Miller. Además, ¿cuál es el nombre de este programa que está utilizando? LTSpice es insuficiente para simular señales de RF.
Usé este transistor 2N3866 para un pequeño transmisor en 144 MHz (es necesario adaptar las impedancias de entrada/salida, pero también es una tarea difícil). El programa ahora es gratuito microcap12 espectro-soft.com/download/download.shtm
Vea también estos ejemplos usando multiplicadores en la banda de 144 MHz y uno basado en el oscilador de 96.7 MHz -> 773 MHz. - (baliza de 13 cm). Ver los varactores utilizados.
¿Qué programa es más ventajoso para el análisis de señales de RF? ltspice vs microcap12
no sé Solo he usado microcap durante 40 años. Solo uso LTspice para dispositivos ex "Tecnología lineal" y ahora "Analógico". Vea una imagen agregada para el multiplicador que he simulado. Observe la "forma de onda" y el "espectro" asociado... Hay muchos armónicos que deben filtrarse :-)

Q1 está muy en el modo de clase A debido a R4. La clase A es conocida por su baja distorsión, lo que significa bajos armónicos en comparación con la fundamental. Coloque una resistencia experimental desde la base de Q1 hasta la negación de batería para privar a Q1 de empujarlo hacia una mayor no linealidad, lo que significa más armónicos que deberían ser más fáciles de encontrar. Si Q1 inicia la clase AB y ejecuta la clase C, sería mejor.

Oscilador UHF Colpitts en problema de modo Clase C usando múltiplo armónico
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