Generación de onda portadora de FM

10

Estoy tratando de entender cómo funciona el siguiente esquema de radio FM.

Específicamente,quierosabercómosegeneralaondaportadora.EntiendoelconceptodeuntanqueLCycreoqueloveoallíarribaaladerecha,peroloquenoentiendoescómocomienzalaoscilación/resonancia.TodoslosejemplosqueestoyviendoenlíneamuestranelusodeungeneradordefrecuenciaparahacerqueuntanqueLC"funcione". Obviamente, no hay un generador de frecuencia conectado a este circuito pequeño (simple).

Le pregunté a un amigo y él me dijo que sospechaba que los transistores estaban involucrados, lo cual tiene sentido, pero espero que alguien me pueda explicar eso con más detalle o si está demasiado involucrado para responder aquí. señalarme algunos recursos (libros, sitios web, videos, etc.) para que me mueva en la dirección correcta.

¡Gracias!

Actualizar
Muchas gracias por toda la gran información. Luego de enterarme de que se trata de un Colpitts Oscillator, pude encontrar los siguientes recursos que brindan aún más detalles. Estoy publicando aquí para mi futura referencia y para aquellos que puedan encontrar útil esta pregunta:
Wikipedia
Obtenga información sobre electrónica
YouTube Video
Un ejemplo basado en una tabla de pruebas
Falstad Circuit Simulator
Aprende sobre electrónica

    
pregunta Matt Ruwe

4 respuestas

5

Q2 y el circuito a su alrededor forman un oscilador Colpitts . Esto hace uso del hecho de que un transistor en la configuración de base común puede tener ganancia de voltaje desde el emisor hasta el colector. Considera este simple circuito:

Cuando IN está polarizado para que OUT esté cerca de la mitad de su rango, los pequeños cambios de voltaje en IN causan grandes cambios de voltaje en OUT. La ganancia es en parte proporcional a R1. Cuanto mayor sea R1, mayor será el cambio de voltaje resultante de un pequeño cambio de corriente. Tenga en cuenta también que la polaridad se conserva. Cuando IN baja un poco, OUT baja mucho.

Un oscilador Colpitts explota esta ganancia superior a la unidad de un amplificador de base común. En lugar de que la carga sea R1, se utiliza un circuito de tanque resonante paralelo. Un tanque resonante paralelo tiene una impedancia baja, excepto en el punto de resonancia, en el que tiene una impedancia infinita en teoría. Dado que la ganancia del amplificador depende de la impedancia vinculada al colector, tendrá mucha ganancia en la frecuencia de resonancia, pero esa ganancia caerá rápidamente por debajo de 1 fuera de una banda estrecha alrededor de esa frecuencia.

Hasta ahora, eso explica Q2, C4 y L1. C5 alimenta un poco de la tensión de salida del amplificador base común de OUT a IN. Como la ganancia en el punto de resonancia es mayor que uno, esto hace que el sistema oscile. Algunos de los cambios en OUT aparecen en IN, que luego se amplifican para hacer un cambio mayor en OUT, que se retroalimenta a IN, etc.

Ahora puedo oírte pensar, pero la base de Q2 no está atada a un voltaje fijo como en el ejemplo anterior . Lo que mostré anteriormente funciona en DC, y utilicé DC para explicarlo porque es más fácil de entender. En su circuito, tiene que pensar en lo que sucede en AC, particularmente en la frecuencia de oscilación. A esa frecuencia, C3 es un corto. Dado que está vinculado a un voltaje fijo, la base de Q2 se mantiene esencialmente a un voltaje fijo desde el punto de vista de la frecuencia de oscilación . Tenga en cuenta que a 100 MHz (en la mitad de la banda de FM comercial), la impedancia de C2 es de solo 160 mΩ, que es la impedancia con la que la base de Q2 se mantiene constante.

R6 y R7 para que una red de polarización de CC bruta mantenga Q2 lo suficientemente cerca de la mitad de su rango operativo para que todo lo anterior sea válido. No es particularmente inteligente o robusto, pero probablemente funcionará con la elección correcta de Q2. Tenga en cuenta que las impedancias de R6 y R7 son órdenes de magnitud más altas que la impedancia de C3 en la frecuencia de oscilación. No les importan las oscilaciones en absoluto.

El resto del circuito es solo un amplificador ordinario y no especialmente inteligente o robusto para la señal del micrófono. R1 polariza el micrófono (probablemente) electret. C1 acopla la señal del micrófono en el amplificador Q1 mientras bloquea el DC. Eso permite que los puntos de polarización de CC del micrófono y Q1 sean independientes y no interfieran entre sí. Ya que incluso el audio HiFi solo baja a 20 Hz, podemos hacer lo que queramos con el punto DC. R2, R3 y R5 forman una red de polarización bruta, que trabaja contra la carga de R4. El resultado es que la señal del micrófono se amplifica, y el resultado aparece en el colector de Q1.

C2 luego acopla esta señal de audio en el oscilador. Dado que las frecuencias de audio son mucho más bajas que la frecuencia de oscilación, la señal de audio que pasa a través de C2 efectivamente perturba un poco el punto de polarización de Q2. Esto cambia ligeramente la impedancia de conducción vista por el tanque, lo que cambia ligeramente la frecuencia de resonancia a la que corre el oscilador.

    
respondido por el Olin Lathrop
3

Q2 se configura como lo que se conoce como un oscilador Colpitts. C5 alimenta la señal del colector al emisor. Un componente importante en un oscilador de Colpitt es un segundo condensador que no existe como componente físico y es el emisor para la capacidad de base de Q2.

Como usted menciona, el tanque LC forma un circuito resonante a la frecuencia de transmisión.

Para hacer que un oscilador necesite algo más que un circuito resonante, necesita un amplificador para compensar las pérdidas debidas a la resistencia del inductor y al hecho de que parte de la potencia se irradia.

El transistor Q2 forma un amplificador al llevar una parte de la señal a través de C5 hasta el emisor; luego, una versión amplificada de la señal aparece en el colector y la devuelve al tanque LC. Esta señal luego se envía al emisor para que se amplifique más y así sucesivamente.

Esto se denomina retroalimentación positiva y la señal continuará aumentando hasta que esté limitada por algo como alcanzar la amplitud de la línea de potencia o la no linealidad en Q2 que limita la amplitud. Solo necesita una señal infinitesimal para que las cosas empiecen a funcionar y las oscilaciones se acumularán rápidamente.

¿Cómo empiezan las cosas? Como Martin afirma, puede comenzar con la perturbación causada cuando se enciende la alimentación, pero eso no es necesario. Cualquier circuito electrónico práctico genera lo que se conoce como ruido (el silbido en el fondo del audio, por ejemplo). Incluso si esto es solo una millonésima de voltio, se acumulará como describí en el párrafo anterior.

¿Qué hace Q1?

Q1 amplifica la señal del micrófono a un nivel de 10 o 100 de milivoltios que se envía al oscilador Q2. Aunque dije que la frecuencia de oscilación está determinada por el tanque LC, también se ve afectada por las características del transistor Q2. A medida que la tensión de entrada de Q1 se alimenta a Q2, cambia sus características ligeramente y variará la frecuencia de oscilación que causa la FM.

También variará la amplitud de oscilación y la modulación de amplitud (AM), pero un receptor de FM lo ignorará.

    
respondido por el Kevin White
3

En ese esquema, Q1 es un amplificador de audio de clase A con una ganancia de aproximadamente 50-100. Se usa para conducir la etapa del oscilador: nunca he sido muy bueno en reconocer los tipos de osciladores [resulta que Q2 es un oscilador Colpitts] con C4 / L1 @ ~ 110 MHz. Si mi memoria me sirve bien, C5 aumenta el efecto de molinero para poner a Q2 en un estado inestable y auto-oscilante.

EDIT : vea la respuesta de Kevin White sobre cómo funciona la modulación en este circuito.

    
respondido por el user59864
2

Con respecto a la puesta en marcha del circuito del oscilador, sospecho que C3 es la parte importante. En el primer momento, mientras se aplica la alimentación, C3 es básicamente un cortocircuito y enciende Q2. Esto proporciona potencia para la oscilación inicial. C5 luego proporciona retroalimentación positiva para sostener la oscilación.

    
respondido por el Martin

Lea otras preguntas en las etiquetas