Генератор Клаппа.

Vilsi

супер! надеюсь, понятно, что реальный генератор на этой частоте работать не сможет. у транзистора сил не хватит, у него предельная частота усиления 250 МГц. поэтому будем относится к результатам симирования осторожно, как к иллюстрации некоторых закономерностей, происходящих в генераторе. ясно, что прямой перенос сима на физическую модель будет не совсем правильным.
небольшая справка: не пойму, осциллограммы с закрытым входом? здесь лучше смотреть выход с учетом постоянной составляющей. и, опять же, в какой точке это происходит? на контуре? имхо лучше смотреть в эмиттере. там больше информации.

а теперь еще чуть-чуть теории. продолжаем разбирать нюансы автогенератора. используем кусочки приведенной схемы для 20МГц.
теперь я цепляюсь к R1 R2. их параллельное включение даст сопротивление в 1322 Ом. сопротивление катушки - 161 Ом. тогда добротность контура Q=8. то есть, влияние только этих резисторов не позволит подняться добротности контура выше 8! это означает, что подавление даже второй гармоники составит от силы дБ 10. в данном случае оценить более точно не могу, потому что сложно, хотя и возможно. а там же еще и нагрузка...
выход: 1. необходимо уменьшать индуктивность катушки. это приходится делать еще и по другим причинам, но об этом потом. 2. отделить эту пару резисторов от других цепей дросселем. это тоже довольно часто делается. в нашем случае имеет смысл исключить их из сима, опять же, для лучшего понимания происходящих процессов.

Реклама

lcleo

Осциллограммы с закрытым входом,сигнал смотрел с выхода каскада
Вот картинка с открытого входа(картинка поднята вверх на 2 деления,иначе не лезет в окно),частота 20МГц,смотрю с эмиттера:

Для уменьшения влияния R1 и R2 Вы предлагаете включить последовательно с каждым из резисторов делителя дроссель, сопротивление которого много больше сопротивления резистора R1(R2) частоте 20МГц?

Реклама

Vilsi

lcleo писал(а):Для уменьшения влияния R1 и R2 Вы предлагаете включить последовательно с каждым из резисторов делителя дроссель, сопротивление которого много больше сопротивления резистора R1(R2) частоте 20МГц?

один дроссель из точки соединения R1 и R2 - с оставшейся схемой.
что касается осциллограммы - нужна привязка к земле и к питанию 9В. хотя бы на словах. насколько я понимаю, шкала имеет 2 В в клетку. т.е., размах порядка 8 вольт.
и еще время. 64 мкс - это снимается по истечении какого-то времени? (я в симах не силен

). а нельзя посмотреть процесс установления генерации при включении питания? от 0 до какого-то времени? чисто научный интерес.

опять теория. теперь рассмотрим R3. вобще, процесс проектирования генератора должен начинаться, как ни странно, с определения того, чего мы от него хотим. для нас на данном этапе условие одно: достаточно обеспечить определенное напряжение на нагрузке. но при этом параметры нагрузки не оговариваются. а они оказывают определяющее влияние на расчет всех элементов схемы. например, для микросхемы 235ПС1 сопротивление гетеродинного входа более 1,5 кОм, а емкость - 25 пФ. с сопротивлением более менее понятно. а вот емкость при снятии сигнала непосредственно с R3 даст: 1. уход частоты, 2. нарушится баланс между С2 и С3, в результате генератор может уйти в незапланированный режим. эту ситуацию потом можно будет посмотреть.
кроме того, на R3 размах сигнала более 7В. такая амплитуда никому не нужна. для смесителей обычно хватает гораздо меньших уровней. поэтому для развязки генератора и нагрузки ставятся цепи согласования. в этом плане нет необходимости раскачивать большую мощность в генераторе (если, конечно, это не оговорено специально).
что касается нашей схемы, то требования к нагрузке не были предъявлены, поэтому в качестве оной по умолчанию принято сопротивление R3. что мы имеем? примем: амплитуда напряжения полуволны 3,5 В, амплитуда тока (меняется от нуля до удвоенного статического) 10 мА. тогда мощность переменного тока в нагрузке Р=10*3,5/2=17,5 мВт. нафига нам столько?
предложение: увеличить резистор R3. чего мы достигнем? 1. уменьшится ток через транзистор. при этом может упасть к-т усиления по мощности, что приведет к ухудшению ксловий самовозбуда. он зависит от единичной частоты усиления, которая, в свою очередь, зависит от тока коллектора. 2. уменьшится рассеиваемая мощность генератора, что обычно положительно сказывается на стабильности. 3. увеличится пересчитанное в контур сопротивление, при этом при прочих равных условиях возрастет добротность контура, что также положительно скажется на стабильности и спектральном составе.
посмотрим, насколько можно уменьшить ток. где-то в инструкции на транзистор может быть приведена зависимость максимальной частоты от тока коллектора. скорее всего максимальная частота для 3906 будет при 10 мА. при снижении тока до 5 мА уменьшение частоты будет в пределах 3...5%. а до 2 мА - от силы 10% (это характерно для большинства маломощных транзисторов). и в том и в другом случае для частоты генерации в 20 МГц такое снижение будет абсолютно незаметным. так зачем платить больше?
ну так и давайте снизим ток хотя бы до 5 мА. увеличив R3 до 1 кОм.

lcleo

Да, размах сигнала около 8В.
64 мкс это симулирование работы схемы, ноут потратил на это около 10 минут реального времени.
Вот снял картинку, на ней лучше виден размах сигнала, начало генерации:

Дроссель так подключать?:

По поводу тока генератора - я задавал статический ток 10 ма, т.е. ток в нагрузке 20 ма?Ок, понял что лучше уменьшить,взять минимально возможный при котором сохраняется генерация.
Все таки как добротность влияет на стабильность?Читал что чем меньше добротность, тем глубже ПОС должна быть для восполнения потерь в контуре. т.е. для контура с низкой добротностью для генерации нужна лишь достаточная ПОС,не говорилось про стабильность.
Чтобы уменьшить амплитуду наверное нужно уменьшить коэффициент включения усилителя в контур, т.е.уменьшить С4? Бонусом получим увеличение добротности.

Реклама

Vilsi

вот, уже хорошо.
точку соединения резисторов оторвать от схемы, дроссель включить между этой точкой и точкой, в которой она была раньше.

lcleo писал(а):По поводу тока генератора - я задавал статический ток 10 ма, т.е. ток в нагрузке 20 ма?

ток в нагрузке будет меняться от нуля до 20 мА.

lcleo писал(а):понял что лучше уменьшить,взять минимально возможный при котором сохраняется генерация.

ну, без фанатизма. генерация определяется не только током. вполне достаточно взять его 2...5 мА. лучше 5 для определенности. уменьшить его всегда можно будет.

lcleo писал(а):Все таки как добротность влияет на стабильность?Читал что чем меньше добротность, тем глубже ПОС должна быть для восполнения потерь в контуре. т.е. для контура с низкой добротностью для генерации нужна лишь достаточная ПОС,не говорилось про стабильность.

и это да, потери компенсируются повышенной ПОС. а стабильность определяется нестабильностью всех элементов схемы. это нестабильность нагрузки, транзистора, резисторов, конденсаторов, катушки. чем меньше включение элемента в контур, тем меньше влияние его отклонения на частоту. и тогда параметры генерации будут задаваться параметрами контура, т.е. катушки и контурных конденсаторов. поэтому, если мы сумеем изготовить высокодобротную катушку, да еще скомпенсируем ее уходы специально подобранными конденсаторами, да еще поместим ее в экран или термостат... а это и означает повышение добротности. если добротность малая, значит все нестабильные элементы "сильно" включены в контур и "сильно" вносят свои нестабильности.

lcleo писал(а):Чтобы уменьшить амплитуду наверное нужно уменьшить коэффициент включения усилителя в контур, т.е.уменьшить С4? Бонусом получим увеличение добротности.

С4 можно уменьшить, и это используется очень часто именно с этой целью. только это как раз и получится генератор Клаппа. мы же сейчас работаем над исходной схемой. а здесь ПОС уменьшается увеличением С3. можно попробовать увеличить его до 1000 пФ с шагом например 100. посмотрим, что получится.

Реклама

lcleo

Вот так включаем дроссель:

В дальнейшем эксперименте с ПОС я его убрал,т.к. его влияние заметно.
Увеличение С3 до 1000пик снижает искажения:

АС вход, размах 8 Вольт.

Про ток понял.сейчас ток покоя выставил ~5 ма. Про влияние добротности на стабильность тоже ясно стало,спасибо! C4 оставил как есть -10мкф.

генерация сохраняется до С3=8300пФ,амплитуда при этом 0.5 Вольт.При С3=8400пФ сигнал затухает.

Реклама

Jemchug

Сейчас сидел, читал книжку Реда и натолкнулся на это.
Возможно будет интересно посмотреть профессиональный подход к подобному генератору.

Vilsi

2 Jemchug сенк!
Ред - гуру. в свое время кроме него и еще, пожалуй, Манассевича книжек-то достойных не было. то, что выпускала наша наука, можно было использовать разве что для получения ученой степени. приходилось самостоятельно доходить до того, что у них лежало в открытом доступе.
тока мы сейчас разрабатываем не профессиональную аппаратуру, а пытаемся понять зависимости в простеньком устройстве. и до половины фишек, которые присутствуют на картинке от Реда, просто не дошли.
2 lcleo ну чего, в принципе, что изначально хотел, получил. дальше схему ковыряем?

lcleo

Что за Ред, можно полное наименование?
2 Vilsi сейчас у меня сомнения в СИМЕ.ПОС(минимальная) получилась 1.012 => К=0.98. У меня конечно опыта нет, но мне кажется, что у реального транзистора с граничной частотой 250МГЦ усиление даже на 20 МГц будет ниже.
На днях попробую протестировать в железе.
Дальнейшие ковыряния я вижу такие:
1) Попробовать пересчитать контур - уменьшить L,увеличить C, получим большую добротность нагруженного контура?(хотя читал что при изготовлении контура лучше выбирать L>>C;здесь на форуме писали C из расчета 2пф на 1метр волны, и третья версия характеристоческое сопротивление не менее 500 Ом) И наверное высокая добротность контура(узкая полоса пропускания) в данной схеме тоже не есть хорошо?Ведь из-за емкости транзистора присутсвует сдвиг фазы, т.е. генерация происходит не на резонансной частоте.
2) уменьшить C4, получим генератор Клаппа, отличие которого только в коэффициенте включения контура что дает большую добротность.

Ну и сравнение генератора Колпитца в схеме с ОК с остальными включениями:
- На ВЧ лучше ОБ
- в схеме с ОЭ получим максимальную мощность
Есть ли еще другие отличия? Какую из этих трех схем использовать для построения гетеродина приемников (до 144Мгц), для задающего генератора передатчика?

svic

lcleo писал(а):Что за Ред

https://sunduk.radiokot.ru/search/index ... .&x=6&y=13

Vilsi

lcleo писал(а):сейчас у меня сомнения в СИМЕ

у меня тоже

в данном случае такая фича происходит из-за того, что модель заточена под импульсный режим. при накачке генератора СИМ разгоняет транзистор до режима насыщения, при этом использует параметры транзистора в этом режиме. напряжение насыщения база-эмиттер относительно статического порядка 0,06 В, амплитуда в эмиттере 4 В. вот отсюда получается отношение конденсаторов.

lcleo писал(а):1) Попробовать пересчитать контур - уменьшить L,увеличить C, получим большую добротность нагруженного контура?(хотя читал что при изготовлении контура лучше выбирать L>>C;здесь на форуме писали C из расчета 2пф на 1метр волны, и третья версия характеристоческое сопротивление не менее 500 Ом) И наверное высокая добротность контура(узкая полоса пропускания) в данной схеме тоже не есть хорошо?Ведь из-за емкости транзистора присутсвует сдвиг фазы, т.е. генерация происходит не на резонансной частоте.
2) уменьшить C4, получим генератор Клаппа, отличие которого только в коэффициенте включения контура что дает большую добротность.

вот все-таки приятно работать с думающими людьми.
1) согласен. чем меньше индуктивность, тем больше добротность. и она здесь абсолютно не мешает, наоборот. но катушку можно уменьшать до определенного момента. как будем изготавливать? теперь мы уже можем опираться на Реда, у него по поводу реактивностей конкретно написано: Хс=50 Ом.
что касается емкостей транзистора, так они просто включаются в контур, сдвигая частоту вниз. и все. на фазовые соотношения они оказывают влияние как соответствующие контурные.
2) это следующий шаг. пока рано.

lcleo писал(а):Ну и сравнение генератора Колпитца в схеме с ОК с остальными включениями:
- На ВЧ лучше ОБ
- в схеме с ОЭ получим максимальную мощность
Есть ли еще другие отличия? Какую из этих трех схем использовать для построения гетеродина приемников (до 144Мгц), для задающего генератора передатчика?

что касается Колпитца, схемы по параметрам абсолютно идентичны. отличаются только конструктивными особенностями и удобством снятия мощности. например, транзисторы с двумя выводами базы я бы использовал в ОБ, или если применяется двуполярное питание базу я бы тоже заземлил. а чаще применяется именно ОК, она удобнее.

lcleo

Попробовал поставить транзистор BC107BP, он вроде обычный. все равно генерация сохраняеться при очень слабой ПОС ~1.01(C3=8000пФ С2=100пФ).
и этот транзистор с Ft=150МГц генерирует в данной схеме на частоте 300МГц... Видимо опять ошибки в модели, либо что то нужно настраивать в Мультисиме..
А какое реальное значение коэффициента ПОС, при котором еще сохраняется генерация? Ну так, на глаз,плюс минус,для транзистора КТ361, ток 5ма.?(Пока деталек нет, смогу собрать только в конце недели)

svic

Помимо fгр у транзюков есть ещё параметр "максимальная частота генерации" - fmax, на которой коэффициент передачи по мощности равен единице. На этой частоте ПОС должна быть 100%, ниже её (частоты) глубина ПОС выбирается из соображений минимально возможной, обеспечивающей устойчивую генерацию, но оказывающую минимум воздействия на контур дабы не снижать его добротности для получения максимальной стабильности частоты. Проще говоря глубина ПОС должна быть такой, чтобы только компенсировать потери в контуре и не пихать в него лишнюю энергию. Потери целиком зависят от добротности.

lcleo

Да, но вроде в схеме с ОК усиление по мощности равно ~|h21|? т.е. fmax=fгр

svic

Ну, вообще-то да. fгр, IMHO, параметр не совсем однозначный

Частота, равная произведению модуля коэффициента передачи тока на частоту измерения, которая находится в диапазоне частот, где справедлив закон изменения модуля коэффициента передачи тока 6 дБ на октаву

хотя чаще всего fmax=fгр, однако бывают и отклонения.
По-поводу СИМа у меня тоже много забавного - частенько схемы, работающие в СИМе не работают в железе, и наоборот - схемы, ломовым образом работающие в железе, в упор не пашут в СИМе!

Наверное действительно надо делать что-то с настройками и выбором компонентов, но там туча специфических непонятных параметров.....
На практике при выборе транзюков для ВЧ цепей обычно смотрю мощу и параметр "тау" (RбCк) - чем меньше, тем лучше и по-барабану h21 и иже с ними.

Vilsi

по поводу предельной частоты генерации могу отправить к еще одному товарищу - Степаненко. он вывел формулу для нее. я попробовал просчитать для КТ315. получилось около 180 МГц.

lcleo

Vilsi писал(а):по поводу предельной частоты генерации могу отправить к еще одному товарищу - Степаненко. он вывел формулу для нее. я попробовал просчитать для КТ315. получилось около 180 МГц.

Спасибо, пригодиться!
Ну как итог:
1) В общем случае, увеличивая С3 увеличивается коэффициент включения R3, снижается добротность контура=>уменьшается напряжение ПОС
2) Общая емкость контура выбирается из условия Xc=50 Ом.
3)Для повышения стабильности нужно пднимать добротность(лучше наверное включением дросселя в точку соединения R1 и R2, чем увеличение путем уменьшения индуктивности - в этом случае нарушиться условие Хс=50 Ом)
4) Индуктивность заменить кварцем, только не понятно как выбирать емкость в этом случае

Vilsi

не будем торопиться. на самом деле мы еще только в середине процесса обсасывания этого генератора. кварц - хорошо, но это уже после. а пока, если интерес еще не угас, продолжаю.
займемся R3. принимаю его равным 1 кОм. к-т включения его в контур считаю =0,9. тогда Rк=1/0,9/0,9=1,2кОм. при индуктивности катушки 1,3 мкГ на частоте 20М добротность составит Q=7,4. уже понятно, что такая же низкая, как и в случае влияния R1 R2. также понятно, что выход - стандартный: дроссель. и мы его видим на схеме от таки Реда. чего мы достигнем? мы уберем активное сопротивление из общей нагрузки генератора. сама полезная нагрузка обычно не требует большой мощности по входу, поэтому включается через согласующие цепи. а это означает, что сопротивление нагрузки, пересчитанное в контур, составит гораздо больше, чем 1 кОм. если даже оно будет 3 кОм, то добротность возрастет до 20, а если еще и катушку уменьшить в 2 раза, то будет и все 40. уже и хорошо.
теперь советы по выбору транзистора. имхо, если есть возможность. частоту, на которой мы предположительно не будем иметь никаких проблем, можно посчитать как f=Ft/"бэта". для КТ361 при предельной частоте в 300М и "бэта"=50 эта частота будет = 6М. понятно, что он будет генерить и на 20М, и на 50М и выше. но в этом случае, т.е. начиная с частоты f, начинаются фазовые задержки между напряжением возбуждения база-эмиттер и током коллектора. до какой-то частоты они компенсируются контуром, потом для обеспечения устойчивой генерации требуются специальные схемы компенсации. раньше это модно было, сейчас просто применяют более ВЧ транзистор. ну и еще при работе выше f растут фазовые шумы. транзистор находится в области наклона усилительной характеристики, поэтому любое паразитное воздействие вызывает повышенную реакцию.

lcleo

Нет, интерес не угас, спасибо что все так подробно разжевываете!
Про "увеличение" R3 добавлением дросселя понятна суть. По Реду реактивное сопротивление >=2кОм. Интересно,чем обусловлен такой выбор?
Если мы уменьшим катушку, то придется изменить емкость, т.е. нарушим условие Хс=50 Ом? Чем это грозит?

Vilsi

lcleo писал(а):Про "увеличение" R3 добавлением дросселя понятна суть. По Реду реактивное сопротивление >=2кОм. Интересно,чем обусловлен такой выбор?

отвечаю несколько неопределенно. он должен быть во много раз больше последовательного с ним сопротивления. в радиотехнике "во много раз" - это не меньше 10. ограничение сверху - габариты. а положительная реакция может быть и при 5 раз.

lcleo писал(а):Если мы уменьшим катушку, то придется изменить емкость, т.е. нарушим условие Хс=50 Ом? Чем это грозит?

да в общем, ничем. а сейчас оно выполняется?