การสร้างคลื่น FM Carrier


10

ฉันพยายามเข้าใจว่าวงจรวิทยุ FM ต่อไปนี้ทำงานอย่างไร

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

โดยเฉพาะฉันต้องการทราบวิธีการสร้างคลื่นพาหะ ฉันเข้าใจแนวคิดของรถถัง LC และฉันคิดว่าฉันเห็นมันอยู่ที่ด้านบนขวา แต่สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจคือการเริ่มต้น / การสั่นพ้องของเสียงเริ่มต้นอย่างไร ตัวอย่างทั้งหมดที่ฉันเห็นออนไลน์แสดงการใช้เครื่องกำเนิดความถี่เพื่อสร้างรถถัง LC "ไป" เห็นได้ชัดว่าไม่มีเครื่องกำเนิดความถี่แนบกับวงจรขนาดเล็ก (ง่าย) นี้

ฉันถามเพื่อนและเขาบอกฉันว่าเขาสงสัยว่าทรานซิสเตอร์มีส่วนเกี่ยวข้องซึ่งทำให้รู้สึกได้ แต่ฉันหวังว่าจะมีใครสามารถอธิบายให้ฉันได้ในรายละเอียดมากขึ้นหรือถ้าเกี่ยวข้องกับการตอบที่นี่มาก แหล่งข้อมูลบางอย่าง (หนังสือเว็บไซต์วิดีโอ ฯลฯ ) เพื่อให้ฉันเคลื่อนไหวไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ขอบคุณ!

อัปเดต
ขอบคุณมากสำหรับข้อมูลที่ยอดเยี่ยมทั้งหมด หลังจากเรียนรู้ว่านี่เป็นออสการ์ Colpitts ฉันสามารถค้นหาแหล่งข้อมูลต่อไปนี้ที่ให้รายละเอียดมากยิ่งขึ้น ฉันกำลังโพสต์ที่นี่สำหรับการอ้างอิงในอนาคตของฉันและสำหรับผู้ที่อาจพบว่าคำถามนี้มีประโยชน์:
Wikipedia
เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
วิดีโอ YouTube
ตัวอย่างที่ใช้เขียงหั่นขนม
Falstad Circuit Simulator
เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์


สำหรับวงจรที่เรียบง่ายเช่นนี้มันมักจะทำให้รู้สึกถึงการจำลองเพื่อให้เข้าใจพวกมัน
PlasmaHH

1
คุณแนะนำให้ทำการจำลองด้วยซอฟต์แวร์หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นคุณแนะนำแพ็คเกจอะไร? เครื่องเทศ?
Matt Ruwe

ฉันมีคำถามเดียวกัน electronics.stackexchange.com/q/86100/22607
Parth Parikh

@ParthParikh คำถามของคุณคล้ายกัน แต่มุ่งเน้นไปที่การปรับความถี่ในขณะที่คำถามของฉันเกี่ยวกับการสร้างคลื่นพาหะ
Matt Ruwe

@MattRuwe: ฉันไม่แน่ใจว่าจะใช้ซอฟต์แวร์อื่นได้อีก และใช้สิ่งที่สมเหตุสมผลจริงแพคเกจเครื่องเทศส่วนใหญ่จะทำงานฉันมักใช้ ltspice
PlasmaHH

คำตอบ:


5

ไตรมาส 2 และวงจรรอบรูปแบบoscillator Colpitts สิ่งนี้ทำให้การใช้ความจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์ในการกำหนดค่าฐานทั่วไปสามารถได้รับแรงดันไฟฟ้าจากตัวส่งถึงตัวสะสม พิจารณาวงจรง่าย ๆ นี้:

เมื่อ IN ถูกทำให้ลำเอียงเพื่อให้ OUT อยู่ใกล้กับช่วงกลางของมันจากนั้นการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กใน IN ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ใน OUT อัตราขยายอยู่ในส่วนที่เป็นสัดส่วนกับ R1 ยิ่ง R1 สูงขึ้นเท่าใดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นก็จะเปลี่ยนจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย โปรดทราบว่าขั้วจะถูกเก็บรักษาไว้ เมื่อ IN ลดลงเล็กน้อย OUT จะลดลงมาก

Colpitts oscillator หาประโยชน์มากกว่าความเป็นเอกภาพของแอมป์ฐานทั่วไป แทนที่จะใช้โหลดเป็น R1 จะใช้วงจรถังเรโซแนนท์แบบขนาน ถังเรโซแนนท์ขนานมีความต้านทานต่ำยกเว้นที่จุดพ้องซึ่งมีอิมพีแดนซ์ไม่สิ้นสุดในทางทฤษฎี เนื่องจากการขยายของแอมพลิฟายเออร์ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ที่เชื่อมโยงกับคอลเล็กชั่นมันจะมีจำนวนมากที่ความถี่เรโซแนนซ์ แต่การได้รับนั้นจะลดลงต่ำกว่า 1 นอกวงแคบ ๆ

จนถึงตอนนี้ที่อธิบายถึง Q2, C4 และ L1 C5 ป้อนแรงดันเอาต์พุตเล็กน้อยของแอมพลิฟายเออร์เบสพื้นฐานจาก OUT ถึง IN เนื่องจากการได้รับที่จุดเรโซแนนซ์มากกว่าหนึ่งสิ่งนี้ทำให้ระบบสั่น การเปลี่ยนแปลงบางอย่างใน OUT ปรากฏขึ้นที่ IN ซึ่งจะถูกขยายเพื่อทำการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ขึ้นใน OUT ซึ่งจะถูกป้อนกลับไปที่ IN เป็นต้น

ตอนนี้ฉันสามารถได้ยินคุณคิดแต่ฐานของไตรมาสที่ 2 ที่ไม่ได้ผูกติดอยู่กับแรงดันไฟฟ้าคงที่ในตัวอย่างข้างต้น สิ่งที่ฉันแสดงให้เห็นข้างต้นทำงานที่ DC และฉันใช้ DC เพื่ออธิบายเพราะง่ายต่อการเข้าใจ ในวงจรของคุณคุณต้องคิดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นที่ AC โดยเฉพาะที่ความถี่สั่น ที่ความถี่นั้น C3 จะสั้น เพราะมันจะเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้าคงที่ฐานของไตรมาสที่ 2 จะจัดขึ้นเป็นหลักที่แรงดันไฟฟ้าคงที่จากมุมมองของความถี่ในการสั่นที่ โปรดทราบว่าที่ 100 MHz (ในช่วงกลางของย่านความถี่วิทยุเชิงพาณิชย์) ความต้านทานของ C2 มีค่าเพียง 160 mΩซึ่งเป็นค่าอิมพีแดนซ์ที่ฐานของ Q2 จะคงที่ด้วย

R6 และ R7 สำหรับเครือข่ายไบอัสซีแบบหยาบเพื่อให้ Q2 ใกล้พอที่จะอยู่ตรงกลางของช่วงการทำงานเพื่อให้ทุกอย่างถูกต้อง มันไม่ได้ฉลาดหรือแข็งแกร่ง แต่อาจจะทำงานร่วมกับตัวเลือกที่เหมาะสมของ Q2 โปรดทราบว่าอิมพีแดนซ์ของ R6 และ R7 เป็นคำสั่งที่มีขนาดสูงกว่าอิมพีแดนซ์ของ C3 ที่ความถี่สั่น พวกเขาไม่สำคัญกับความผันผวนเลย

ส่วนที่เหลือของวงจรเป็นเพียงเครื่องขยายเสียงธรรมดาและไม่เฉพาะเครื่องขยายเสียงที่ฉลาดหรือมีประสิทธิภาพสำหรับสัญญาณไมโครโฟน R1 อคติไมโครโฟนอิเล็กเตรต (น่าจะเป็น) C1 เชื่อมโยงสัญญาณไมโครโฟนเข้ากับเครื่องขยายเสียง Q1 ขณะปิดกั้น DC ที่ช่วยให้ DC bias points ของไมโครโฟนและ Q1 มีความเป็นอิสระและไม่รบกวนซึ่งกันและกัน เนื่องจากแม้แต่เสียงไฮไฟเท่านั้นที่ลดลงถึง 20 Hz เราจึงต้องทำสิ่งที่เราต้องการด้วยจุด DC R2, R3 และ R5 สร้างเครือข่ายที่มีอคติดิบทำงานกับโหลดของ R4 ผลลัพธ์คือสัญญาณไมโครโฟนถูกขยายโดยมีผลลัพธ์ปรากฏบนตัวสะสมของ Q1

C2 จากนั้นสัญญาณเสียงคู่นี้จะเข้าสู่ oscillator เนื่องจากความถี่เสียงต่ำกว่าความถี่สั่นมากสัญญาณเสียงที่ผ่านถึง C2 จะทำให้จุดไบอัสลดลงอย่างมีประสิทธิภาพเล็กน้อย สิ่งนี้จะเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ในการขับขี่ที่เห็นโดยรถถังเล็กน้อยซึ่งจะเปลี่ยนความถี่เรโซแนนซ์ที่ออสซิลเลเตอร์ทำงานเล็กน้อย


ฉันคิดว่าฉันจะต้องอ่านสองสามครั้งเพื่อที่จะเข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่นี่ดูเหมือนคำตอบที่ฉันต้องการ คำตอบอื่น ๆ ก็ดีเช่นกัน แต่อนิจจาฉันยอมรับได้เพียงคำเดียวเท่านั้น
Matt Ruwe

@ Matt: ถ้าคุณอธิบายสิ่งที่คุณไม่เข้าใจฉันอาจจะอธิบายอย่างละเอียดในจุดนั้น
Olin Lathrop

ทุกอย่างสมเหตุสมผลแล้วฉันแค่ต้องทำการทดลองเพื่อใช้ทุกอย่างที่คุณพูดถึง ฉันจะแจ้งให้คุณทราบหากฉันยังมีคำถามหลังจากนั้น
Matt Ruwe

4

ในสคีมา Q1 นั้นเป็นแอมป์เสียงคลาส A ที่มีอัตราขยายประมาณ 50-100 มันถูกใช้เพื่อขับเวทีออสซิลเลเตอร์ - ฉันไม่เคยจำประเภทออสซิลเลเตอร์ได้ดีนัก [ปรากฎว่า Q2 เป็น Colpitts oscillator] ด้วย C4 / L1 @ ~ 110 MHz หากหน่วยความจำของฉันทำหน้าที่ฉันถูกต้อง C5 จะเพิ่มเอฟเฟ็กต์มิลเลอร์เพื่อทำให้ Q2 ในสถานะที่ไม่เสถียร

แก้ไข : ดูการตอบสนองของKevin Whiteเกี่ยวกับการมอดูเลตทำงานในวงจรนี้


มันไม่ใช่ออสซิลเลเตอร์ของ collpits ใช่ไหม hartley คือ 2L 1C collpits คือ 2C และ 1L
บรูซ

ดังนั้นทำไมฉันไม่ดีในการรู้จักประเภท oscillator :-D

1
เคล็ดลับในการจดจำพวกเขา: colpits เริ่มต้นด้วย C (apacity) ดังนั้น 2 * C และ Hartley เริ่มด้วย H (enry) ดังนั้น 2 * L
Bruce

3

Q2 ได้รับการกำหนดค่าให้เป็นสิ่งที่รู้ว่าเป็นออสซิลเลเตอร์ Colpitts C5 ฟีดสัญญาณจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย องค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งในออสซิลเลเตอร์ของ Colpitt คือตัวเก็บประจุตัวที่สองที่ไม่มีอยู่จริงในองค์ประกอบทางกายภาพและเป็นตัวปล่อยความจุพื้นฐานของ Q2

ดังที่คุณพูดถึงถัง LC จะเกิดวงจรเรโซแนนท์ที่ความถี่ของการส่งผ่าน

เพื่อให้ออสซิลเลเตอร์ต้องการมากกว่าวงจรเรโซแนนท์มันต้องการแอมป์เพื่อชดเชยความสูญเสียอันเนื่องมาจากความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำและความจริงที่ว่าพลังงานบางส่วนถูกแผ่ออกไป

ทรานซิสเตอร์ Q2 สร้างแอมพลิฟายเออร์โดยนำสัญญาณบางส่วนผ่าน C5 ไปยังตัวปล่อยสัญญาณที่ขยายแล้วจะปรากฏขึ้นที่ตัวสะสมกลับเข้าสู่ถัง LC สัญญาณนี้จะถูกป้อนกลับไปยังตัวปล่อยเพื่อขยายเพิ่มเติมและอื่น ๆ

สิ่งนี้เรียกว่าการตอบรับเชิงบวกและสัญญาณจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกว่าจะถูก จำกัด โดยบางสิ่งบางอย่างเช่นการเข้าถึงแอมพลิจูดของรางไฟหรือการไม่เป็นเชิงเส้นใน Q2 ที่ จำกัด แอมพลิจูด มันต้องการเพียงสัญญาณไร้สาระเพื่อเริ่มต้นสิ่งต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นและความผันผวนจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว

สิ่งต่าง ๆ เริ่มต้นอย่างไร มาร์ตินกล่าวว่ามันสามารถเริ่มต้นจากการรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดไฟ แต่ไม่จำเป็น วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานจริงใด ๆ จะสร้างสิ่งที่เรียกว่าเสียงรบกวน (เช่นเสียงฟู่ในพื้นหลังของเสียงเป็นต้น) แม้ว่านี่จะเป็นเพียงไม่กี่ล้านโวลต์มันจะสร้างขึ้นตามที่ฉันอธิบายไว้ในย่อหน้าก่อนหน้า

Q1 ทำอะไรได้บ้าง

Q1 ขยายสัญญาณจากไมโครโฟนไปที่ระดับ 10 หรือ 100 มิลลิโวลต์ที่ป้อนไปยังออสซิลเลเตอร์ Q2 แม้ว่าฉันจะระบุความถี่ของการแกว่งถูกกำหนดโดยถัง LC แต่ก็ยังได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์ Q2 เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจาก Q1 ถูกป้อนไปยัง Q2 มันจะเปลี่ยนลักษณะเล็กน้อยและจะเปลี่ยนแปลงความถี่ของการสั่นที่ทำให้เกิด FM

นอกจากนี้ยังจะทำให้แอมพลิจูดของการสั่นเปลี่ยนแปลงเช่นกันซึ่งทำให้เกิดการปรับแอมพลิจูด (AM) แต่ตัวรับ FM จะไม่สนใจสิ่งนั้น


คุณแน่ใจหรือไม่ว่าการมอดูเลตขนาดเล็กที่เกิดจากคุณสมบัติ Q2 ที่แตกต่างกันคือจูนเนอร์ตัวหนึ่งจะจับได้หรือไม่ จากสิ่งที่ฉันจำได้จากหลักสูตรทฤษฎีสัญญาณของฉัน (และมันทำให้ฉันหลงทางในเวลานั้น) ครูบอกกับเราว่า AM และสเปกตรัมย่านความถี่แคบนั้นเหมือนกันจริง (ฉันจำได้ว่าเรียนสมการแม้ว่าฉันจะไม่จำได้อีก ) คุณสามารถ demodulate สัญญาณมอดูเลตแอมพลิจูดบนเครื่องรับ FM ที่เปลี่ยนเป็นแคบ

สเปกตรัมของ AM และ FM narrowband นั้นคล้ายกันมาก แต่ไม่เหมือนกัน ทั้งสองฝั่งจะอยู่ในสถานะตรงกันข้ามกับ FM ฉันสงสัยว่าคุณสามารถรับสัญญาณ AM บนเครื่องรับ FM ได้เพราะมันไม่ได้มีการปฏิเสธ AM ที่ดีมากหรือคุณต้องเข้าใจผิดเล็กน้อย
เควินไวท์

2

เกี่ยวกับการเริ่มต้นของวงจรออสซิลเลเตอร์ฉันสงสัยว่า C3 เป็นส่วนสำคัญ ในช่วงแรกขณะที่มีการใช้พลังงาน C3 จะเป็นไฟฟ้าลัดวงจรและเปิด Q2 สิ่งนี้ให้พลังงานสำหรับการแกว่งครั้งแรก C5 จากนั้นให้ข้อเสนอแนะในเชิงบวกเพื่อรักษาความผันผวน

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.