Поколение FM несущей


10

Я пытаюсь понять, как работает следующая схема FM-радио.

введите описание изображения здесь

В частности, я хочу знать, как генерируется несущая волна. Я понимаю концепцию резервуара LC и думаю, что вижу его в правом верхнем углу, но я не понимаю, как начинается колебание / резонанс. Все примеры, которые я вижу в Интернете, показывают использование генератора частоты, чтобы заставить танк LC работать. Очевидно, что к этой небольшой (простой) схеме не подключен генератор частоты.

Я спросил друга, и он сказал мне, что он подозревал, что транзистор (ы) были вовлечены, что имеет смысл, но я надеюсь, что кто-то может или объяснить это мне более подробно, или если это слишком сложно, чтобы ответить здесь, укажите мне на некоторые ресурсы (книги, веб-сайты, видео и т. д.), чтобы заставить меня двигаться в правильном направлении.

Спасибо!

Обновление
Большое спасибо за всю замечательную информацию. Узнав, что это Осциллятор Колпитса, я смог найти следующие ресурсы, которые дают еще больше деталей. Я публикую здесь для справки в будущем и для тех, кто может найти этот вопрос полезным:
Wikipedia
Узнайте об электронике
YouTube Видео
Пример макета
Falstad Circuit Simulator
Узнайте об электронике


Для таких простых схем часто имеет смысл имитировать это, чтобы понять их.
PlasmaHH

1
Вы предлагаете смоделировать это с помощью программного обеспечения? Если да, то какой пакет вы предлагаете? Специи?
Мэтт Рю

У меня был несколько такой же вопрос. electronics.stackexchange.com/q/86100/22607
Парф Парих

@ParthParikh Ваш вопрос похож, но сосредоточен на частотной модуляции, тогда как мой вопрос касается генерации несущей волны.
Мэтт Руве

@MattRuwe: Я не уверен, что еще можно использовать, кроме программного обеспечения. И используйте все, что разумно реалистично, большинство пакетов специй будет работать, я лично часто использую ltspice.
PlasmaHH

Ответы:


5

Q2 и цепь вокруг него образуют генератор Колпитса . Это использует тот факт, что транзистор в общей базовой конфигурации может иметь усиление напряжения от эмиттера к коллектору. Рассмотрим эту простую схему:

Когда IN смещено так, что OUT находится в середине его диапазона, тогда небольшие изменения напряжения на IN вызывают большие изменения напряжения на OUT. Усиление частично пропорционально R1. Чем выше R1, тем больше результирующее изменение напряжения от небольшого изменения тока. Обратите внимание, что полярность сохраняется. Когда IN немного падает, OUT много падает.

Генератор Колпитса использует этот коэффициент усиления, превышающий единицу, общего базового усилителя. Вместо нагрузки R1 используется параллельная резонансная схема резервуара. Параллельный резонансный резервуар имеет низкий импеданс, кроме как в резонансной точке, в которой он имеет бесконечный импеданс в теории. Поскольку усиление усилителя зависит от импеданса, связанного с коллектором, он будет иметь большое усиление на резонансной частоте, но это усиление быстро упадет ниже 1 за пределами узкой полосы вокруг этой частоты.

Пока что это объясняет Q2, C4 и L1. C5 подает немного выходного напряжения общего базового усилителя с OUT на IN. Поскольку усиление в резонансной точке больше единицы, это вызывает колебание системы. Некоторые из изменений в OUT появляются при входе IN, который затем усиливается для внесения большего изменения в OUT, который подается обратно на вход IN и т. Д.

Теперь я слышу, как вы думаете, но база Q2 не привязана к фиксированному напряжению, как в примере выше . То, что я показал выше, работает в DC, и я использовал DC, чтобы объяснить это, потому что это легче понять. В вашей цепи вы должны думать о том, что происходит при переменном токе, особенно на частоте колебаний. На этой частоте C3 является коротким. Поскольку он связан с фиксированным напряжением, база Q2 по существу удерживается на фиксированном напряжении с точки зрения частоты колебаний . Обратите внимание, что на частоте 100 МГц (в середине коммерческой FM-полосы) импеданс C2 составляет всего 160 мОм, то есть импеданс, с которым база Q2 поддерживается постоянной.

R6 и R7 для грубой сети смещения постоянного тока, чтобы держать Q2 достаточно близко к середине своего рабочего диапазона, чтобы все вышеперечисленное действовало. Это не особенно умно или надежно, но, вероятно, будет работать с правильным выбором Q2. Обратите внимание, что импедансы R6 и R7 на порядки выше, чем импеданс C3 на частоте колебаний. Они не имеют значения для колебаний вообще.

Остальная часть схемы - это обычный и не очень умный или надежный усилитель для сигнала микрофона. R1 смещает (предположительно) электретный микрофон. C1 подает сигнал с микрофона на усилитель Q1, блокируя постоянный ток. Это позволяет точкам смещения постоянного тока микрофона и Q1 быть независимыми и не мешать друг другу. Поскольку даже звук Hi-Fi снижается только до 20 Гц, мы получаем то, что хотим, с точкой постоянного тока. R2, R3 и R5 образуют грубую сеть смещения, работающую против нагрузки R4. В результате сигнал микрофона усиливается, и результат появляется на коллекторе Q1.

Затем C2 подает этот аудиосигнал в генератор. Поскольку звуковые частоты намного ниже, чем частота колебаний, звуковой сигнал, проходящий через C2, эффективно немного смещает точку смещения Q2. Это слегка изменяет сопротивление вождения, видимое резервуаром, что немного меняет резонансную частоту, на которой работает генератор.


Я думаю, что мне придется прочитать это несколько раз, чтобы полностью понять, но это похоже на ответ, который я хотел. Другие ответы тоже хороши, но, увы, я могу принять только один.
Мэтт Руве

@ Матт: Если вы объясните, что именно вы не понимаете, я могу уточнить этот момент.
Олин Латроп

Все это имеет смысл, мне просто нужно немного поэкспериментировать, чтобы применить все, что вы упомянули. Я дам вам знать, если у меня останутся вопросы после этого.
Мэтт Руве

4

В этой схеме Q1 - аудиоусилитель класса A с коэффициентом усиления около 50-100. Он используется для возбуждения каскада генератора - я никогда не был очень хорош в распознавании типов генератора [оказывается, Q2 - генератор Колпитса] с C4 / L1 @ ~ 110 МГц. Если память мне не изменяет, C5 увеличивает эффект Миллера, чтобы привести Q2 в нестабильное, автоколебательное состояние.

РЕДАКТИРОВАТЬ : См. Ответ Кевина Уайта о том, как модуляция работает в этой цепи.


Разве это не генератор колебаний? Хартли 2л 1С. коллпиты это 2C и 1L.
Брюс

Поэтому я не умею распознавать типы осцилляторов :-D.

1
уловка, чтобы помнить их: кольпиты начинаются с C (apacity), поэтому 2 * C и Хартли начинается с H (enry), поэтому 2 * L
Брюс

3

Q2 настроен как то, что известно как генератор Колпитса. С5 подает сигнал от коллектора на излучатель. Одним из важных компонентов в генераторе Колпитта является второй конденсатор, который не существует в качестве физического компонента и является емкостью эмиттера к базе Q2.

Как вы упоминаете, бак LC формирует резонансный контур на частоте передачи.

Однако для того, чтобы осциллятору потребовалось нечто большее, чем просто резонансный контур, ему нужен усилитель для компенсации потерь из-за сопротивления индуктора и того факта, что часть мощности излучается.

Транзистор Q2 формирует усилитель, передавая часть сигнала через C5 на эмиттер, после чего усиленный вариант сигнала появляется на коллекторе обратно в резервуар LC. Этот сигнал затем подается обратно на излучатель для дальнейшего усиления и так далее.

Это называется положительной обратной связью, и сигнал будет увеличиваться до тех пор, пока он не будет ограничен чем-то, например, достижением амплитуды шины питания или нелинейностью в Q2, которая ограничивает амплитуду. Для начала движения нужен только бесконечно малый сигнал, и колебания будут быстро накапливаться.

Как все начинается? Как утверждает Мартин, это может начаться с возмущения, вызванного включением питания, но в этом нет необходимости. Любая практическая электронная схема генерирует то, что называется шумом (например, шипение на фоне звука). Даже если это всего несколько миллионных долей вольт, оно будет расти, как я описал в предыдущем абзаце.

Что делает Q1?

Q1 усиливает сигнал от микрофона до уровня 10 или 100 милливольт, который подается на генератор Q2. Хотя я говорил, что частота колебаний определяется резервуаром LC, на него также влияют характеристики транзистора Q2. Когда входное напряжение от Q1 подается на Q2, оно слегка меняет свои характеристики и будет изменять частоту колебаний, вызывающих ЧМ.

Это также изменит амплитуду колебаний, также вызывая амплитудную модуляцию (AM), но FM-приемник будет игнорировать это.


Вы уверены, что небольшая модуляция, вызванная изменением характеристик Q2, будет ловить один из тюнеров? Из того, что я помню из своих курсов по теории сигналов (и это меня поразило в то время), учитель сказал нам, поскольку AM и узкополосные FM-спектры практически идентичны (я помню, изучая уравнения, хотя я их уже не помню, я только помню, что они были идентичны ) вы можете фактически демодулировать амплитудно-модулированный сигнал на FM-тюнере, переключенном на узкополосный режим.

Спектры AM и узкополосного FM очень похожи, но не идентичны; две боковые полосы противоположны по фазе с ЧМ. Я подозреваю, что вы могли получить AM-сигнал на FM-приемнике, потому что он не очень хорошо подавлял AM, или вам пришлось немного подстроить его.
Кевин Уайт

2

Что касается запуска схемы генератора, я подозреваю, что C3 является важной частью. В первый момент при подаче питания C3 в основном является коротким замыканием и включает Q2. Это обеспечивает мощность для начальных колебаний. Затем C5 обеспечивает положительную обратную связь для поддержания колебаний.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.