Algunas personas consideran el diseño de los osciladores de RF a ser algo parecido a un "arte negro" y después de muchos años de toma de posesión en el "mal humor" osciladores no estoy muy seguro de que es todo lo que mal. Le sugiero que asegurarse de que recuerde este viejo refrán que dice:
"Amplificadores oscilan y amplifican osciladores" - desconocida

Introducción

Cuando yo era un niño, sí que puedo recordar de nuevo a finales de 1940, se recogieron todo tipo de basura. Enfriar fue algo remotamente eléctrica y, por supuesto, dinamos para bicicletas, lámparas o motores fueron incluso "cool extra".

Nosotros, como muy poco siete años concebido - todos los físicos nucleares en ciernes que se - de esta buena idea real, obviamente, nadie había pensado en esto antes.
"¿Por qué no conectar un motor a un generador, por lo que el motor acciona el generador, suministro de electricidad para el motor, que sigue siendo el motor del generador y va a seguir, y seguir, y durante cien años y que 'll ser famosa! "

Por supuesto que no tenía ningún concepto de pérdidas por fricción (creo que es la derecha) en aquel entonces. Tampoco tenía las palabras "movimiento perpetuo" pasó a nuestros oídos.

El punto de esta historia es poco para demostrar crudamente el principio de cómo funciona un oscilador. Si usted puede seguir este concepto infantilmente ingenua entonces los matan en esto.

Principios de funcionamiento del oscilador

Cada oscilador tiene al menos un dispositivo activo (Smarties no complicar las cosas para mí - que acaba de leer a) sea un transistor o incluso la válvula de edad. Este dispositivo activa y, para este tutorial vamos a pegar al transistor humilde, actúa como un amplificador. Hay flash nada de eso. Para esta primera parte de la discusión nos limitaremos a osciladores LC y voy a seguir las matemáticas a un mínimo absoluto.

A su vez, cuando el poder por primera vez, el ruido aleatorio se genera dentro de nuestro dispositivo activo y se amplifica a continuación. Este ruido se realimenta positivamente a través de circuitos de frecuencia selectiva a la entrada donde se amplifica de nuevo y así sucesivamente, un poco como mi proyecto de la infancia. En última instancia un estado de equilibrio se alcanza cuando las pérdidas en el circuito se hacen bien por consumo de energía de la red eléctrica y la frecuencia de oscilación está determinada por los componentes externos, ya sean inductores y condensadores (LC) o un cristal. La cantidad de retroalimentación positiva para mantener la oscilación es también determinado por los componentes externos.

Hartley Oscilador

Decidí llevar fuera con éste por la sencilla razón que es mi favorito. Recientemente se ha discutido que el oscilador favorito era probablemente el que mejor ha funcionado para usted, y creo que es muy cierto. Así que aquí está en su forma más simplificada.

Diseño y construcción de osciladores de radio frecuencia
Fig. 1.
Oscilador Colpitts

El oscilador Colpitts básicos mirada circuito como este y podrás ver algunas similitudes.

diseño
Fig. 2.
Si se tiene en cuenta la retroalimentación positiva se aplica para compensar las pérdidas en el circuito sintonizado, y la retroalimentación del circuito amplificador crear una resistencia negativa. Cuando Z1 y Z2 son capacitiva, la impedancia a través de los condensadores puede estimarse a partir de una fórmula que no se colocará sobre la que aquí, ya que incluye, hic beta, así como X C1 y X C2 . Basta con decir que se puede demostrar que la impedancia de entrada es una resistencia negativa en serie con C1 y C2. Y la frecuencia es de acuerdo con:

construcción
Fig. 3.

Estabilidad de frecuencia o de fase

Estabilidad de la frecuencia o fase de un oscilador que habitualmente se considera en el caso de la estabilidad a largo plazo donde los cambios de frecuencia se mide en minutos, horas, días e incluso años. De interés aquí son los efectos de los cambios de componentes, las condiciones ambientales, sobre la frecuencia de oscilación. Estos pueden ser causados por cambios en el voltaje de entrada, las variaciones en la temperatura, la humedad y el envejecimiento de nuestros componentes.

Nunca hay que subestimar los efectos de estas variaciones en la frecuencia de operación. Me he vuelto loco trabajando en diseños de precisión llamada, con componentes de precisión, donde la frecuencia vagaba al azar en varios kilohercios durante varios minutos. No hace falta decir que había "mal estado".

la estabilidad a corto plazo es también de gran interés y, de nuevo me podría sentar algunos pesados matemáticas real en ti, pero no lo haré. Yo simplemente le dicen que puede ser matemáticamente demostrado que cuanto mayor es el circuito de Q, mayor es este factor se convierte en la estabilidad. Cuanto mayor sea el circuito de Q, mayor será la capacidad del circuito sintonizado puede filtrar los armónicos no deseados y el ruido.

Reducción del ruido de fase

1. Maximizar el P. del resonador.

2. Maximizar la energía reactiva por medio de un alto voltaje de RF a través del resonador. Utilice una baja proporción de LC.

3. Evitar la saturación del dispositivo y tratar de usar paralelo contrario (de espaldas) ajuste diodos.

4. Elija el dispositivo activo con el más bajo NF.

5. Elija un dispositivo con el ruido parpadeo baja, esto puede ser reducida por la realimentación de RF. Un transistor bipolar con una resistencia de emisor unby-pasó de 10 a 30 ohmios puede mejorar destellos hasta en 40 dB.

6. Los circuitos de salida deben ser aislados del circuito oscilador y tomar como poca energía como sea posible.

Efectos de los cambios ambientales sobre la estabilidad

Un cambio de frecuencia de unas pocas decenas de hercios de ida y vuelta en un par de minutos no significaría nada para un receptor de entretenimiento diseñado para la banda de radio FM. Esta deriva en un receptor de concurso de otra manera el grado diseñado para recibir CW (código morse) sería intolerable. Es una cuestión de la relatividad.

Reducción al mínimo de frecuencia de deriva

Estas son al azar y no en un orden particular.


1. Aislar el oscilador de tener éxito las etapas con una etapa tampón bien diseñado seguido por una etapa de amplificación. A menudo las grandes señales pueden entonces reducirse en un 3 o 6 dB de atenuación, que también tiene la ventaja de presentar una impedancia de carga bien definido para el amplificador. Si el escenario es la alimentación de un mezclador, como es el caso más frecuente, a continuación, otro beneficio es la mesa de mezclas (que está utilizando dos mezcladores equilibrados?), También ve una impedancia de 50 ohmios.

2. Garantizar la estabilidad mecánica de su oscilador es tal que las vibraciones mecánicas pueden tener ningún efecto sobre los componentes, especialmente los componentes de la frecuencia determinante.

3. Suministro del oscilador con una fuente limpia y regulada. Si usa ajuste del varactor, doblemente garantizar la puesta a punto de voltaje DC es lo más limpio posible, unos pocos cientos de micro voltios de ruido puede ser impuesta a la señal del oscilador. Utilice espalda con espalda diodos para el elemento variable. variables de aire son difíciles de conseguir, aunque ofrecen cifras muy superiores Q. ajuste DC tiende a ser más versátil.

4. Minimizar los cambios de circuito de las variaciones del ambiente por los condensadores NPO utilizando, poliestireno son más queridos, pero la mica excelente, plateada, en mi opinión no son lo que muchos creen y son altamente valorados de nuevo.

5. El inductor de aire debe ser una herida en forma de rollo con una configuración para maximizar Qu. Si tiene que usar un toroide, siempre que sea posible tratar de utilizar el tipo 6, ya que ofrece lo mejor de P. A veces, por otras razones, puede que tenga que utilizar un formulario ajustado babosa.

6. En paralelo una serie de pequeños condensadores valor ONG en lugar de utilizar uno grande en la determinación de componentes de frecuencia. Para las podadoras de tratar de utilizar una variable de aire. Mantenga un ojo de escaso valor N750, N1500 condensadores, <15 pF, cuando estén disponibles y se encuentran para ser muy barata. Estos a veces son útiles para domesticar la deriva en un oscilador.

7. Bipolar o FETS para el dispositivo activo parece ser una cuestión de preferencia personal y he visto algunos de los argumentos más feroces que uno. El consenso parece reducirse a favor de FETS. Yo, que soy un hombre bipolar porque FETS me odian pura y simple.
Así que hay algunas de las cosas a tener en cuenta. Esperemos que en este punto en el que han descubierto la idea general de un oscilador, que he descrito en términos generales dos tipos Hartley y Colpitts. He hablado sobre la estabilidad de frecuencia y las formas que figuran la lucha contra el ruido de fase y para reducir la deriva de frecuencia. Ahora vamos a proceder a la principal del curso.

Diseño de un oscilador Hartley

Aquí voy a presentar el esquema de mi viejo favorito, junto con una fase de amortiguación y una etapa del amplificador que debe entregar cerca de 5 V / P P en una carga de 50 ohmios. Hablaremos de cada etapa relevante y producir algo de información de diseño regla-de-pulgar. Debido a que el consenso se reduce a favor de FETS y estoy suficientemente grande como para dejar a un lado mis prejuicios en la noble causa de la educación superior vamos a utilizar un oscilador FET. Nada que ver con algunos amigos que podrían cinturón me up!

Radio Frecuencia
Fig. 4.
Para este diseño que voy a decir que será la construcción de un VFO de propósito general para operar en el 5000 - 5100 Khz ninguna razón en particular, escoja lo que quiera.

Ahora elegí un FET 2N4416A, sólo porque me compré una bolsa grande de ellos hace años y tienen a la mano. Se puede utilizar cualquier propósito general JFET que puede obtener fácilmente. Tenga en cuenta el 2N4416A es un metal que puede y el caso es tierra.

La frecuencia de la determinación de los componentes son L1, Ct (un condensador de ajuste nominal de 10 pf), C1a, C1b, C2, C3, C4 y Cv.

Nota: Se me ha pedido varias veces la función de C4 en este circuito. Condensador C4 es reducir la carga sobre los componentes del circuito sintonizado. Puede ser tan pequeño como sea posible, con la posibilidad de dar impulso suficiente a la fase de amortiguación del amplificador éxito. A menudo, el constructor de casa a menudo se hacen C4 un condensador de ajuste.

Los otros componentes son estándar pantano. Las dos resistencias, diodos de silicio, y el diodo Zener nunca necesitamos un cambio, condensador C5 es la adecuada por esta frecuencia. C6 pueden ser seleccionados para dar salida superior / inferior al amplificador de búfer. Los valores más bajos C6 dar una menor producción y los valores más altos por el contrario dar mayor salida.
El diodo de silicio que explicaré más adelante, el diodo zener es dar una regulación 6.2 voltios

Ahora no hay nada sagrado en mi frecuencia para determinar la combinación de condensadores bien? Demasiada gente visita este tipo de circuitos y creo que debe duplicar todo literalmente, no es así. Esto es sólo una representación típica. C1 a C3, más Cv y Ct son sólo una combinación de condensadores en paralelo y algunas series de todos ellos diseñados para darnos un poco de flexibilidad con el margen de sintonía. Cv podría ser fácilmente reemplazado por dos de vuelta a la afinación de nuevo diodos.

Lo que hay que hacer para conseguir que el circuito funcione es tener una reactancia inductiva para L1 de alrededor de unos 180 ohmios. A los 5 Mhz esto funciona en alrededor de 5,7 uH y, si no sé cómo llegué a esa cifra recomiendo seriamente que pasar algún tiempo en mis otros tutoriales en mi nuevo sitio, tales como Fundamentos y filtros LC .

El aspecto importante es que el punto de comentarios de la fuente del JFET se conecta a un 25% de las bobinas de la L1 desde el extremo de tierra. Ahora que he representado un núcleo de aire inductor. Podría ser, como un ejemplo entre un gran número, 18 a 19 vueltas de cable calibre # 20 a 25,4 mm (1 " de diámetro forma uniformemente a lo largo de una longitud de alrededor de 25,4 mm (1". El grifo sería en alrededor de 4 1 / 2 vueltas. Compruebe que con la fórmula que te enseñé en otro lugar.

Por otra parte, con un rendimiento degradado, puede utilizar un toroide T50-6 y el viento decir 37 vueltas de alambre # 24 (5.48 uH) tocando a las 9 vueltas. A L factor de T50-6 es de 40. Una vez más hacer los tutoriales, si fuera necesario, yo no voy a repetir el trabajo de edad y que va a ser aún más difícil de aquí en adelante. Yo voy a explicar a fondo los nuevos conceptos, no el viejo.

Así que si queremos tener nuestro oscilador de trabajo en alrededor de 5 Mhz, sabemos que el LC es de 1013 y si L es decir 5.7 uH entonces C total de resonancia (como filtros LC eh!) Es de unos 177 pF. Queremos ser capaces de sintonizar 5000 a 5100 Khz una relación de ajuste de 1,02 lo que significa una relación de capacitancia de 1.04 (mínimo al máximo.).

violín Vamos con algunos números! Tengo una variable Jackson Bros. condensador de aire (muy Rolls-Royce) que oscila entre 10,5 pF a 105 pF, una típica relación de 10:1 en las variables de aire. Esto lo va a utilizar para Cv.

Si el giro total es de 1,04 (en realidad 1.0404:1) y Cmax 177 pF se sigue Cmín es de 170 pF. Una variación de sólo el 7 pF (aproximadamente). Ahora estamos pisando un terreno peligroso aquí con un condensador variable de gran tamaño. Se podría:

Un placas) extraer de ella para reducir la capacitancia (ni siquiera pensar en ello)
B) hasta llegar a los diodos varactor con un swing pequeños. Eso está bien, pero el rendimiento se degrada.
C) se obtiene una variable de aire más pequeños con la Cmax de digamos 25 pF.

Sólo para demostrar que soy un masoquista, y si usted todavía está aquí, así que son ustedes, vamos a por el mero ejercicio matemático, perseverar en la variable de 105 pF. ¿Qué pasa si eliminamos C3 y C2 que = 15 pF NPO entonces la combinación de la serie de C2 y Cv swing 6.176 pF a 13.125 pF, una variación de más de 6,9 pF - ¿Estás perdido? Volver a los tutoriales otros.

Si nuestro Cmax fue de 177 pF a continuación, desde 177 hasta 13.125 = 163.875 y los 177 pF fue aproximadamente de todos modos. Haría Ct un trimmer de 10 pF del aire (si está disponible, si no, una cerámica o cualquiera que sea el proveedor, pero ofrece un máximo de 10 pF.). Eso deja alrededor de 154 pF para compensar. ¿Qué tal hacer C1a y C1b en 3 condensadores NPO de decir 2 X 47 pF y 1 X 56 pF todos los tipos de ONG. En total que llega a menos de 177 pF máximo. pero no olvides que hay capacidades parásitas en el circuito. En la final de lavado hasta que usted podría simplemente utilizar 3 X 47 pF.

Siguiente osciladores controlados por voltaje.