Генерація хвиль FM-несучої


10

Я намагаюся зрозуміти, як працює наступна схема FM-радіо.

введіть тут опис зображення

Зокрема, я хочу знати, як генерується несуча хвиля. Я розумію концепцію резервуара з ЖК і думаю, що бачу його там праворуч, але я не розумію, як починається коливання / резонанс. Усі приклади, які я бачу в Інтернеті, показують використання генератора частоти, щоб змусити резервуар з ЖК «зайти». Очевидно, що до цього невеликого (простого) ланцюга немає генератора частоти.

Я запитав у товариша, і він сказав мені, що він підозрює, що транзистор (и) були залучені, що має сенс, але я сподіваюся, що хтось може мені пояснити це більш детально, або якщо він занадто причетний відповісти тут, вкажіть мені деякі ресурси (книги, веб-сайти, відеоролики тощо), щоб змусити мене рухатись у правильному напрямку.

Дякую!

Оновлення
Велике спасибі за всю чудову інформацію. Дізнавшись, що це генератор Colpitts, я зміг знайти такі ресурси, які дають ще більше деталей. Я розміщую тут для подальшої довідки та тих, хто може вважати це питання корисним:
Вікіпедія
Дізнайтеся про електроніку
YouTube Відео
Приклад на основі
дошки Falstad Circuit Simulator
Дізнайтеся про електроніку


Для таких простих схем часто є сенс моделювати його, щоб зрозуміти їх.
ПлазмаHH

1
Ви пропонуєте моделювати його за допомогою програмного забезпечення? Якщо так, то який пакет ви пропонуєте? Пряність?
Метт Руу

У мене було дещо те саме питання. electronics.stackexchange.com/q/86100/22607
Parth Parikh

@ParthParikh Ваше запитання схоже, але зосереджено на частотній модуляції, тоді як моє питання про генерацію несучої хвилі.
Метт Руу,

@MattRuwe: Я не впевнений, що ще, крім програмного забезпечення, можна використати. І використовуйте все, що є реально реалістичним, більшість пакетів спецій працюватимуть, я особисто часто використовую ltspice.
ПлазмаHH

Відповіді:


5

Q2 і схема навколо нього утворюють генератор Colpitts . Це використовує той факт, що транзистор у загальній базовій конфігурації може мати посилення напруги від випромінювача до колектора. Розглянемо цю просту схему:

Якщо ІН є упередженим, так що OUT знаходиться близько до середини його діапазону, то невеликі зміни напруги в IN викликають великі зміни напруги у OUT. Коефіцієнт посилення частково пропорційний R1. Чим вище R1, тим більший результат зміни напруги від малого зміни струму. Зауважимо також, що полярність збережена. Коли IN трохи знижується, OUT сильно падає.

Осцилятор Colpitts використовує це більше, ніж посилення одиниці загального базового підсилювача. Замість навантаження R1 використовується паралельний резонансний контур цистерни. Паралельний резонансний резервуар має низький опір, за винятком резонансної точки, де він теоретично має нескінченний опір. Оскільки коефіцієнт посилення підсилювача залежить від опору, прив'язаного до колектора, він матиме багато посилення на резонансній частоті, але це посилення швидко опуститься нижче 1 за межами вузької смуги навколо цієї частоти.

Поки що це пояснює Q2, C4 та L1. C5 подає трохи вихідної напруги загального базового підсилювача від OUT до IN. Оскільки коефіцієнт підсилення в резонансній точці більше одиниці, це призводить до коливань системи. Деяка зміна в OUT з’являється в IN, яка потім посилюється, щоб зробити більшу зміну в OUT, яка повертається в IN тощо.

Тепер я чую, як ви думаєте, але база Q2 не пов'язана з фіксованою напругою, як у наведеному вище прикладі . Те, що я показав вище, працює в DC, і я використовував DC, щоб пояснити це, тому що це простіше зрозуміти. У вашому ланцюзі ви повинні подумати про те, що відбувається на змінного струму, особливо на коливальній частоті. На цій частоті C3 є коротким. Оскільки він прив'язаний до фіксованої напруги, основа Q2 по суті утримується при фіксованій напрузі з точки зору коливальної частоти . Зауважимо, що на 100 МГц (в середині комерційного діапазону FM) імпеданс С2 становить лише 160 мОм, що є імпедансом, при якому база Q2 утримується постійною.

R6 і R7 для необмеженої мережі зміщення постійного струму, щоб тримати Q2 досить близько до середини його робочого діапазону, щоб все вищезазначене було дійсним. Це не особливо розумно або надійно, але, ймовірно, буде працювати з правильним вибором Q2. Зауважимо, що імпеданси R6 і R7 на порядок вище, ніж опір С3 на коливальній частоті. Вони взагалі не мають значення для коливань.

Решта схеми - просто звичайний і не особливо розумний або надійний підсилювач сигналу мікрофона. R1 змінює (імовірно) електронний мікрофон. C1 з'єднує сигнал мікрофона в підсилювач Q1, блокуючи постійний струм. Це дозволяє точкам зміщення постійного струму мікрофона та Q1 бути незалежними та не заважати один одному. Оскільки навіть звук HiFi лише знижується до 20 Гц, ми можемо робити все, що хочемо, з точкою постійного струму. R2, R3 і R5 утворюють грубу мережу зміщення, працюючи проти навантаження R4. Результат полягає в тому, що сигнал мікрофона посилюється, при цьому результат з’являється на колекторі Q1.

C2 потім з'єднує цей звуковий сигнал у генератор. Оскільки частоти звуку значно нижчі, ніж коливальна частота, аудіосигнал, що проходить через С2, ефективно порушує точку зсуву Q2. Це дещо змінює імпеданс руху, який бачить танк, що трохи змінює резонансну частоту, на якій працює генератор.


Я думаю, що мені доведеться прочитати це кілька разів, щоб повністю зрозуміти, але це виглядає як відповідь, яку я хотів. Інші відповіді також хороші, але на жаль, я можу прийняти лише одну.
Метт Рууве

@Matt: Якщо ви точно поясните те, чого не розумієте, я, можливо, можу детальніше розібратися з цим питанням.
Олін Латроп

Це все має сенс, мені просто потрібно зробити кілька експериментів, щоб застосувати все, що ви згадали. Я дам вам знати, якщо у мене ще залишаються питання після цього.
Метт Руу

4

У цій схемі Q1 є підсилювач звуку класу A з коефіцієнтом посилення близько 50-100. Він використовується для керування ступенем генератора - я ніколи не дуже добре розпізнавав типи осциляторів (виявляється, Q2 - це генератор Colpitts] з C4 / L1 @ ~ 110 МГц. Якщо моя пам'ять служить мені правильно, C5 збільшує ефект фрезера, щоб привести Q2 у нестабільний стан, що коливається.

EDIT : Дивіться відповідь Кевіна Уайта про те, як працює модуляція в цій схемі.


Хіба це не генератор кольпітів? Хартлі - 2 л 1С. колліпси - 2С і 1л.
Брюс

Тому я не вмію розпізнавати типи генераторів :-D.

1
хитрість запам’ятати їх: колпіт починається з C (пропускна здатність), тому 2 * C і Хартлі починається з H (enry), так 2 * L
Брюс

3

Q2 налаштований як те, що відомо як генератор Colpitts. C5 подає сигнал від колектора до випромінювача. Один важливий компонент генератора Колпітта - це другий конденсатор, який не існує як фізичний компонент і є випромінювачем базової ємності Q2.

Як ви вже згадуєте, резервуар LC утворює резонансну ланцюг на частоті передачі.

Для створення осцилятора потрібно більше, ніж просто резонансний контур, йому потрібен підсилювач, щоб компенсувати втрати через опір індуктора і той факт, що частина потужності випромінюється далеко.

Транзистор Q2 формує підсилювач, приймаючи частину сигналу через С5 до випромінювача, а посилений варіант сигналу потім з'являється у колекторі назад в LC бак. Потім цей сигнал подається назад до випромінювача для подальшого посилення тощо.

Це називається позитивним зворотним зв'язком, і сигнал буде продовжувати зростати, поки він не буде обмежений чимось таким, як досягнення амплітуди силової шини або нелінійність у Q2, що обмежує амплітуду. Потрібен лише нескінченно малий сигнал, щоб почати щось робити, і коливання швидко наростатимуть.

Як все починається? За словами Мартіна, це може починатися з порушення, викликаного при включенні живлення, але це не потрібно. Будь-яка практична електронна схема генерує те, що називається шумом (наприклад, шипіння на фоні аудіо). Навіть якщо це лише кілька мільйонів вольт, він накопичиться так, як я описав у попередньому пункті.

Що робить Q1?

Q1 підсилює сигнал від мікрофона до рівня 10-х або 100-ти мілівольт, який подається на генератор Q2. Хоча я заявив, що частота коливань визначається LC-баком, це також впливає на характеристики транзистора Q2. Коли вхідна напруга від Q1 подається на Q2, вона незначно змінює свої характеристики і буде змінювати частоту коливань, що викликають FM.

Він також буде змінювати амплітуду коливань, а також спричиняючи амплітудну модуляцію (AM), але FM-приймач це ігнорує.


Ви впевнені, що невелика модуляція, викликана різними характеристиками Q2, - це один тюнер, який зловить? З того, що я згадую про мої курси теорії сигналів (і мене це вразило в той час), вчитель розповів нам, оскільки АМ та вузькосмугові FM-спектри практично однакові (я пам’ятаю вивчення рівнянь, хоча я більше не пам’ятаю їх, я пам'ятаю лише, що вони були однаковими ) ви можете фактично демодулювати сигнал, модульований амплітудою, на FM-тюнері, переключеному на вузькосмуговий.

Спектри AM та вузькосмугового FM дуже схожі, але не однакові; дві бічні смуги протилежні фазі з ЧМ. Я підозрюю, що ви могли отримати сигнал AM на FM-приймачі, тому що він не мав дуже гарного відхилення AM, або вам довелося злегка його відключити.
Кевін Уайт

2

Щодо запуску ланцюга генератора, я підозрюю, що C3 є важливою частиною. У перший момент, коли подається живлення, C3 - це в основному коротке замикання і включається Q2. Це забезпечує потужність для початкових коливань. Потім C5 забезпечує позитивний зворотний зв'язок для підтримки коливань.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.