¿Cómo funciona este oscilador en el transmisor de radio?

Me cuesta entender cómo funciona el oscilador en este circuito. El oscilador usa diodos varicap V1 para cambiar la frecuencia de oscilación.

Es un oscilador Colpitts de colector común estándar de pantano: -

Pero este circuito es muy diferente de un oscilador Colpitts estándar que utiliza dos condensadores y un inductor.

No, es una configuración estándar del oscilador Colpitts de colector común. Utiliza dos capacitores y un inductor (C7, C8 y L) con V1 ajustando la capacitancia neta y produciendo modulación de frecuencia.

En un oscilador Colpitts estándar, el espacio entre los capacitores está conectado a tierra, mientras que aquí está conectado a la resistencia R8. ¿Por qué?

No, hay tres osciladores Colpitts BJT estándar y simplemente no ha encontrado la versión de colector común. Investigue un poco en Google. Un ejemplo: -

Imagen de los tres osciladores Colpitts estándar tomada de aquí .

De hecho, ni siquiera entiendo cuál es el propósito de C7 y C8 cuando el circuito del tanque ya está formado por V1 y L

El tanque no está formado completamente de esa manera. Debe investigar un poco sobre por qué se basa en C7 y C8 y el varactor V1 modifica las cosas para realizar la modulación FM.

Y un oscilador Colpitts estándar tiene un circuito de tanque conectado al colector para hacer que un transistor produzca un cambio de fase de 180 °, pero aquí está conectado al emisor, por lo que no hay cambio de fase.

No, hay tres estándares y, al parecer, solo se le ha presentado previamente uno de ellos. Los tres producen un cambio de fase de 180°.

No entiendo de dónde obtiene suficiente cambio de fase para hacerlo oscilar.

• Pruebe esto, por ejemplo, con la derivación completa de la frecuencia de oscilación
• O esta respuesta similar
• O esta explicación .

¿Cómo funciona este oscilador en el transmisor de radio?

Primero estudie la teoría detrás del oscilador Colpitts de colector común y luego reconozca que el voltaje producido por el micrófono modulará la capacitancia a través del inductor (a través de los diodos varicap) y, a partir de eso, está claro que se trata de un modulador de frecuencia.

Q2 es solo un amplificador de RF. Tenga en cuenta también que es probable que sea ilegal usarlo.

Simulación usando BC547 - con el objetivo de alrededor de 100 MHz

Está oscilando a 100,6 MHz.

Pero este circuito es muy diferente de un oscilador Colpitts estándar que utiliza dos condensadores y un inductor. En un oscilador Colpitts estándar, el espacio entre los capacitores está conectado a tierra, mientras que aquí está conectado a la resistencia R8. ¿Por qué?

Esto es muy parecido a un oscilador Colpitts estándar, simplemente no estás pensando con la suficiente flexibilidad. Para comprender todos los sabores de Colpitts, primero debe aceptar que "terreno" es solo algo arbitrario que el diseñador elige por conveniencia. El núcleo de cualquier Colpitt es esto*:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Tenga en cuenta dos cosas: primero, no se llama a tierra; segundo, no hay sesgo ni fuente de alimentación. Para convertir esto en un oscilador Colpitts concreto, primero elige uno de los pines del transistor a tierra, luego agrega polarización y potencia.

Elegir conectar a tierra un pin del transistor hace que el oscilador sea un oscilador de emisor común (que es a lo que parece estar acostumbrado), un oscilador de colector común (que es lo que llama el esquema) o un oscilador de base común.

En el caso de este oscilador, el colector está conectado a tierra para las señales de CA primero porque el riel de alimentación está conectado a tierra para RF y segundo porque C6 transporta la corriente de RF desde el colector a tierra (y si el circuito está bien diseñado físicamente, estará cerca). a Q1).

Haga que la cosa realmente funcione, R6, R7 y R8 polarizan el transistor en su rango operativo, y R8 lleva la corriente del emisor a tierra. C5 se agrega para evitar que la bobina, L, haga un cortocircuito de la base a tierra (puede encontrar que C5 tiene una capacitancia significativamente más alta que C7 y C8, pero no tiene que ser así, mucho más alto significa que el diseñador quería actuar como un cortocircuito en CA; menor significa que el diseñador eligió deliberadamente su valor para influir en la frecuencia resonante).

Si ignora V1, eso es todo: tiene un oscilador Colpitts básico de emisor común. Lo que hace V1 es agregar algo de capacitancia a través de la bobina. Esta capacitancia desplaza la frecuencia de resonancia del tanque hacia abajo, y debido a que V1 es de voltaje variable, ese cambio de frecuencia se puede ajustar electrónicamente.

Esperaría que mientras Q1's$f_T$es significativamente mayor que la frecuencia de diseño del circuito, la frecuencia real de oscilación será aproximadamente igual a la combinación en serie de C5, C7 y C8 en paralelo con la capacitancia de V1, todos resonando con la inductancia de la bobina.

* Estoy bastante seguro de que este tratamiento me llegó originalmente de la "Introducción al diseño de circuitos de RF" de Wes Hayward, ARRL 2000.

La oscilación ocurre a la frecuencia donde el cambio de fase total del amplificador y el circuito de retroalimentación es exactamente 360 ​​grados o su múltiplo, incluyendo cero grados. En este caso, el amplificador no invierte la fase, pero una gran carga capacitiva provoca retrasos de fase, decenas de grados. Pero el cambio de fase del circuito LC lo cancela y eso ocurre cerca de la frecuencia resonante del circuito LC porque el cambio de fase allí depende mucho de la frecuencia. La resonancia aumenta el voltaje, por lo que existe todo lo que se necesita para la oscilación. Se puede explorar simulando:

Supuse que la impedancia de salida del seguidor del emisor es de 100 ohmios y la resistencia de carga total del circuito LC es de 3 kOhm. El simulador no alcanzó solo el punto de cambio de fase de 0 grados, sino bastante cerca. Tenemos una buena razón para creer que hay un aumento de voltaje en la frecuencia de cambio de fase total de 0 grados.

Por cierto, si una serie de L y C está conectada a una fuente de señal que emite cerca de la señal de frecuencia resonante, los voltajes sobre el inductor y sobre el capacitor son más altos que la salida de la fuente de señal, suponiendo que no haya demasiadas pérdidas ni carga resistiva . Uno puede probar esto fácilmente con el cálculo fasorial complejo común.

Es posible una simulación más exacta cambiando el circuito amplificador del seguidor del emisor en lugar de mi resistencia de 100 ohmios. El transistor correcto y la polarización de CC correcta son importantes, porque las propiedades de RF de los transistores deben tenerse en cuenta en frecuencias tan bajas como 100MHz.

Si uno simula en modo de análisis transitorio el circuito con bucle de retroalimentación cerrado, puede ver la frecuencia oscilante. Es tan preciso como los modelos de piezas en la simulación. Lo intentamos ahora:

Oscila, pero la forma de onda no es tan limpia sinusoidal. Eso es porque la amplitud de la oscilación crece lo más alto posible hasta que el amplificador comienza a distorsionarse mucho. Un mejor seno necesita una estabilización de amplitud más inteligente que la distorsión.

La frecuencia es de unos 91 MHz. Son 3 MHz menos de lo previsto en la estimación de cambio de fase idealizada. Es causado por la capacitancia del transistor y probablemente por la suposición no tan perfecta de la impedancia de salida del amplificador. Además, la distorsión en el amplificador hace que todas las cosas basadas en la linealidad (por ejemplo, el concepto de impedancia de salida) sean más o menos falsas.

La frecuencia de oscilación podría calcularse aproximadamente. Como se dijo, está cerca de la frecuencia de resonancia del circuito LC.

Los aficionados tienen un problema especialmente molesto que en la práctica reduce radicalmente la utilidad de los cálculos exactos del circuito LC de radiofrecuencia: no tienen ningún medio práctico para medir inductores sub-uH ni hacer uno con una inductancia conocida de antemano. En teoría, se podría medir la frecuencia resonante con un capacitor conocido, pero eso requiere un equipo de medición de alto costo. Un multímetro no es suficiente.

Una posibilidad práctica es hacer que la bobina se pueda estirar y apretar y encontrar la señal del transmisor con un receptor de radio. El rango de sintonización de frecuencia del transmisor puede caer fácilmente fuera del rango de frecuencia de un receptor de radio fácil de conseguir, pero hacer que la bobina sea mecánicamente ajustable estirando y apretando ayuda. Si apunta a la banda de 88-105MHz, use primero una bobina que tenga 4...6 vueltas como una hélice con 1/3 de pulgada de diámetro y 1/10 de pulgada de espacio entre las vueltas. El cable debe ser sin aislamiento y tan grueso que la bobina mantenga su forma sin ningún soporte.

¿Cómo puede funcionar eso? ¿Cómo puede funcionar un oscilador si su inductancia está apagada? Respuesta: Los osciladores pueden funcionar incluso si no están diseñados utilizando principios óptimos. Los diseños óptimos eran imprescindibles en los viejos tiempos, cuando los componentes amplificadores eran mucho menos capaces que en la actualidad, digamos hace 100 años, cuando solo había disponibles transistores o válvulas de triodo de baja ganancia en la década de 1950. Hoy en día, los transistores tienen tanta ganancia que uno puede hacer que su oscilador funcione a 100 MHz incluso sin cálculos, solo recordando aproximadamente cuán grandes inductores y capacitores se han visto en los circuitos en funcionamiento (más 100%, menos 50% con precisión). Tener una frecuencia 10 veces más alta, digamos 1 GHz. Nada funciona sin el debido diseño basado en la teoría.

C9 debe estar desconectado siempre que no esté seguro de si oscila. Si oscila, debería ser bien detectable sin antena a corta distancia. No rf amp = una posible fuente de errores menos.

No preguntado: hay una etapa de amplificador de RF después del oscilador. En teoría, debería ser inofensivo (ver NOTA 1), solo evita que la antena cause problemas de sintonía como suelen ocurrir si están conectadas directamente al oscilador. Pero sin un diseño de estructura cuidadoso, es muy posible que tenga un oscilador de 2 etapas que se comporte de una manera inesperada. Para una operación adecuada, no se permite la retroalimentación del lado de la antena al circuito resonante. Es posible que deba tener una carcasa de metal para el oscilador para evitar la retroalimentación de la salida.

No asuma que esto funcionaría si está construido en una placa de prueba. El circuito no soporta las capacitancias de la protoboard. Todos los cables en el circuito de rf deben mantenerse lo más cortos posible, digamos que media pulgada es el máximo.

NOTA 1: con él se puede insertar (a través del circuito adecuado) una antena que puede hacer que su transmisor sea audible a distancias tan largas que llegue la policía. No ayuda en absoluto que los transmisores simples generen fácilmente armónicos fuertes =>> ha interferido o utilizado para sus transmisiones un montón de frecuencias que se venden a otros.