Extraño comportamiento de un Colpitts Oscillator

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

He construido este esquema a partir de este link (paralelo tuned colpitts VCO) y lo cambié Un poco para mis frecuencias / componentes a mano. Reemplacé temporalmente el varactor con una tapa de recorte para fines de ajuste y para comprobar si el esquema funciona realmente. Tuve que aumentar el valor de C3 dramáticamente, ya que de lo contrario las oscilaciones no se iniciarían en absoluto.

Los valores del circuito del tanque en este momento son tales que deberían producir frecuencias en algún lugar alrededor de 30 MHz. (Si un trimmer está a 20pF, la capacitancia combinada es 22 pf, y la frecuencia es 33.9 MHz, según esta calculadora ). Sin embargo, cuando se sondea con el osciloscopio, la frecuencia de salida es siempre cercana a 12 MHz (de 11.5 a 13 MHz). Digo siempre porque la frecuencia no cambia mucho ni cuando cambio la capacitancia del recortador, ni cuando sueldo por completo condensadores de diferente valor, lo que hice varias veces.

No estoy muy familiarizado con los circuitos de alta frecuencia y me parece que algo en el circuito actúa como una capacitancia en un circuito de tanque que no puedo cambiar. Cambiar el valor de C3 no cambia la frecuencia. Al cambiar C1, C2 no lo hace, sin embargo, en algún punto, las oscilaciones simplemente se detienen. ¿Podría la capacitancia interna del transistor causar este comportamiento?

Por cierto, la onda sinusoidal en sí tampoco está muy limpia, está un poco inclinada hacia la derecha y parece que la parte inferior está cortada al final.

¿Puede alguien explicarme qué podría causar este extraño comportamiento y qué puedo hacer para resolver el problema?

    

2 respuestas

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Los valores del circuito del tanque en este momento son tales que debe producir   Frecuencias en algún lugar alrededor de 30 MHz

No con los valores mostrados, con los valores mostrados (y un BJT perfecto) es más como 20 MHz.

El oscilador de colpitos "básico" produce una frecuencia que es \ $ \ dfrac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} \ $ donde C es la combinación neta de C1 y C2. Esto significaría que C = 50 pF, por lo tanto, la frecuencia de oscilación será de 22.5 MHz.

La combinación de C4, C6 y C8 reducirá esta frecuencia, posiblemente, por debajo de 20 MHz.

El siguiente es el BJT: tiene una frecuencia de transición de solo 250 MHz y podría agregar fácilmente un retardo de 2 o 3 ns a la señal del emisor. Este tipo de circuito es básicamente un oscilador de cambio de fase; rara vez la frecuencia de oscilación se acerca mucho a la frecuencia de pico definida por L2 y C1 (no C2). Por lo tanto, dado que es un oscilador de cambio de fase, los 2 o 3 ns que se agregan alrededor del bucle equivalen directamente a un "complemento" de ángulo de fase de aproximadamente 18 grados y el oscilador será forzado a funcionar significativamente más lento que 20 MHz.

Una estimación rápida es \ $ \ dfrac {1} {1/250 + 1/20} \ $ = aproximadamente 18 MHz.

Agregue unas pocas tolerancias del diez por ciento (condensadores e inductor) y el efecto de carga del o-scope y es posible que se reduzca a 12 MHz. Sí, la carga del alcance en el emisor reduce la frecuencia de operación.

EDITAR: las matemáticas para mostrar cuál es la frecuencia de resonancia: -

    
respondido por el Andy aka
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Tienes un Colpitts con 9 componentes reactivos de LC.

Esta configuración. puede ser subóptimo para que la salida cumpla con sus requisitos de linealidad y 2Vpp 27MHz a 50 ohms. Utiliza un estrangulador de emisor para elevar la Q y la impedancia de la fuente en la retroalimentación del filtro "pi", pero puede ser algo espúreo con cargas reactivas.

Lo cambié a un emisor común con R agregadas para linealizar la impedancia base y regular la ganancia con relaciones R para obtener una salida sinusoidal algo balanceada para la carga y V + utilizados.

Aquí está mi simulación interactiva. Le falta mucha energía, ya que esta clase es de baja eficiencia. e indicado por mapeo de color en rojo.

La carga del colector acoplado de CA debe ser siempre ligeramente mayor que el valor Rc a V + para evitar que la corriente del colector se quede sin combustible.

C1 o C2 se pueden ajustar con una varicap con varias configuraciones, como el divisor L o T es un tema diferente.

En teoría, descuidando la capacitancia de Miller, \ $ LC = \ dfrac {1} {\ omega ^ 2} \ $ así que 27MHz, 1uH, Ceff = 34.7pF y en esta simulación 70 // 72pF = 35.5pF muestra un buen acuerdo .

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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