Oscilator LC cu stabilizarea amplitudinii prin limitare cu dioda Schottky

[VAX]

Intrucat nu sunt lamurit deplin cum se dimensioneaza bucla AGC de stabilizare a amplitudinii oscilatiilor, am proiectat un oscilator cu stabilizare prin limitare cu dioda. Am cautat pe net informatie despre "AGC loop stability" si n-am gasit decat teorie (ecuatii diferentiale, calcule, grafice), fara date concrete pentru proiectare. Am retinut ca aceste bucle sunt instabile (intra in oscilatie) daca transferul pe bucla depaseste un nivel critic, si ca detectorul fiind circuit neliniar, este partea care contribuie cel mai mult la posibila intrare in oscilatie.

 

Oscilatorul proiectat de mine este derivat din schema clasica, nu este nimic extraordinar.

 

 

Tranzistorul Q1 lucreaza in conexiune cu baza la masa. Este un pnp cu Ft mare (sute de MHz) si cu capacitatea colector-baza cat mai mica (sub 2 pF). Ar merge bine BF479, BF316, BF324, BF450(451), etc, chiar si un AF106 (Ge). Oscilatia care apare pe circuitul LC din colectorul lui Q1 este limitata (pe alternanta pozitiva) de dioda D3, care poate fi Schottky cu C<2pF (ar merge si BS20107Y fabricate la IPRS). Se pot utiliza si diode de comutatie ultrarapida cu timpul de comutare inversa de cel mult 2 nS. La nevoie merge si dioda 1N4148 (timp de comutatie 4 nS). Dioda respectiva intra in conductie pe varfurile alternantelor pozitive, pentru intervale scurte de timp.

Semnalul (oscilatia) este preluat de un repetor de tensiune cu JFET bootstrapat in sursa si cu doua tranzistoare bipolare, un pnp si un npn puse in paralel (in curent alternativ). Prin utilizarea celor doua tranzistoare complementare se obtine un repetor cu distorsiuni mai mici decat la cele obisnuite (cu un singur npn). Bucla de reactie se inchide prin rezistor (cuplat prin condensator) conectat intre iesirea repetorului si emitorul lui Q1. Rezistorul (R10 inseriat cu R11) este conectat intre puncte cu impedanta redusa si curentul RF prin el este dependent de valoarea rezistentei (curentul creste cand rezistenta se micsoreaza). Prin modificare rezistentei se modifica reactia, care trebuie sa fie doar cu putin mai mare decat ar fi necesara pentru amorsarea oscilatiilor.

Circuitul cu D4 si Q5 indica intrarea in oscilatie (se aprinde LED-ul).

Se regleaza reaptia din rezistorul variabil astfel incat sa fie putin peste pragul de intrare in oscilatie.

Distorsiunile introduse de acest circuit sunt reduse (armonice de nivel scazut - sinusoida aproape pura).

Tranzistoarele Q3 si Q4 trebuie sa fie de putere medie (cu radiator pe ele), sa suporte minim 100 mA si sa aiba Ft>1GHz. Exista astfel de tranzistoare fabricare de Philips pentru etaje finale de monitoare CRT cu rezolutie mare (capsula ca la BD135). Nu-mi amintesc denumirea lor, le gasiti pe site-ul firmei. Erau in finale cu structura cascoda si se puneau la "parterul" cascodei (nu suporta tensiuni mari), la "etaj" fiind tranzistoare care suporta tensiune mare (>100V), dar cu Ft mai mica. Tranzistoare NPN sunt multe tripuri (BFW16, BFR95, etc), problema ar fi cu PNP-urile de putere medie si Ft mare. Trebuie ca cele doua tranzistoare (pnp + npn) sa aiba cam acelasi beta si aceeasi Ft.

 

 

 

Semnalul la iesire

 

Daca sunt persoane interesate sa experimenteze acest oscilator pot detalia.

 

 

[Marele Savant]

  Sincer, eu cred ca toata lumea asteapta sa vada experimentul dv. si tot de la dv. sa afle rezultatele! Cam asa e obiceiul aici, nu se poarta propunerea unei scheme realizata l;a plesneala pe simulator si darea ei celorlalti ca tema pentru acasa! Deci o realizati dv., publicati rezultatele, daca cineva le considera de interes, realizeaza si el montajul si isi expune opinia, asa suna mai corect!

 

  ca o nelamurire personala, ce rost are recomandarea unor tranzistori bengosi de inalta frecventa cind era vorba ca merg foarte bine si BC-urile de JF!??

[Vizitator]

Aceasta este o bucla de reactie cu oscilator. Schema este stufoasa si autorul nu indica ecartul de frecventa pentru care a fost proiectata. Este un alt oscilator universal ?

Nu inteleg de ce se face limitarea amplitudinii de oscilatie cu dioda, oricum limitarea se realizeaza prin neliniaritatea caracteristicii si fara acest artificiu.

Ce rol are Rp si cum se alege valoarea ei?

Care este defazajul pe bucla de reactie si ce se intampla daca circuitul oscilant are un factor de calitate foarte mare? Il amortizam? De ce nu este cuplat slab in colector, pentru simplificarea polarizarii sau in scop didactic?

Utilizarea configuratiei boostrap este un fortaj prea mare, un simplu JFET isi faca foarte bine treaba ca separator. Dar daca e musai sa avem o bucla de reactie smechera...

As fi preferat ca autorul sa ofere si indicatii privind constructia mecanica, este lucrul cel mai putin abordat, dar esential pentru un bun oscilator.

Am construit zeci de VFO-uri, unele cu alunecare de frecventa de 10-20 Hz pe ora, si pot spune ca realizarea mecanica este cheia succesului, nu buclele de reactie dupa patent NASA.

 

P.S. merge si BF173

[VAX]

Este tot un oscilator universal, dar fara AGC, bun pentru laborator (sursa de semnal). Limitarea cu dioda Schottky nu este chiar o prostie, pentru ca m-am inspirat de la o schema de oscilator LC cu zgomot de faza redus, data intr-o nota de aplicatii de la HP. Limitarea prin intrarea in saturatie a tranzistorului duce la instabilitate a frecventei mai mare (timpul de stocare a sarcinii depinde si de temperatura, de punctul static de functionare, etc).

Schema nu este stufoasa, daca se tine seama de faptul ca inglobeaza si etajul final. In plus este doar circuitul simplu de la indicatorul de intrare in oscilatie necesar pentru reglarea reactiei cu putin peste pragul de intrare in oscilatie. Mentinand reactia la nivelul minim necesar sinusoida nu este deformata (ciuntit varful alternantei pozitive) brutal si semnalul are putine armonice. Stabilitatea frecventei de oscilatie se degradeaza la nivel mare de deformare a sinusoidei.

Rp este introdusa in schema pentru simularea pierderilor cu Circuit Maker, care nu are bobine cu pierderi in libraria de componente. In schema reala nu se pune rezistor de amortizare, trebuie ca Q-ul bobinei sa fie cat mai mare.

Prin bootstraparea JFET-ului se reduce capacitarea de la intrare a acestuia la cel mult 2-3 pF (ramane de luat in calcul doar capacitatea drena-poarta). Schema se complica doar cu un rezistor si un condensator in plus. Capacitatea mai mica la intrare usureaza functionarea la frecventa mare.  JFET-ul lucreaza mai liniar cu boostrapare si astfel grupul repetor de semnal introduce putine armonice, pastreaza intacta sinusoida.

Spre deosebire de oscilatorul universal prezentat anterior (cel cu AGC), care furnizeaza oscilatie de nivel mic (500 mV) pe circuitul LC si trebuie amplificare ulterioara in tensiune (cu JFET, care are caracteristica de transfer parabolica si distorsioneaza sinusoida), la acest montaj (prezentat de mine) oscilatia pe LC este de nivel mare (peste 2,5 V - depinde de pragul de limitare ales) si sinusoida nu mai este distorsionata suplimentar deoarece repetorul de tensiune lucreaza ultraliniar. Repetorul de tensiune amplifica mult in putere, chiar daca nu amplifica in tensiune.

Pe blucla de intoarcere a semnalului la emitorul lui Q1 se afla grupul R10, R11, C6. Condensatoarul C6 este pentru compensarea defazajului dat de capacitatile parazite (introduce un usor avans de faza ). C6 este din doua fire (cablu telefonic) izolate si rasucite putin. Valoarea capacitatii lui C6 se determina experimental si trebuie sa fie sub cea la care se pot amorsa oscilatiile si in absenta rezistoarelor. Mai buna ar fi reglarea reactiei cu un condensator variabil de capacitate mica (unul de tip fluture, cu rotorul flotant, ar fi ideal), dar astfel de condensatoare se gasesc greu.

La iesirea acestui circuit se pune un atenuator (cu reglaj in trepte, dar si continuu), un indicator de nivel (milivoltmetru RF) si chiar in filtru LC acordabil cu condensator variabil cu doua sau trei sectiuni, ecranat cum trebuie (fiecare celula compartimentata in cutie metalica), in caz ca este becesara sinusopida ultrapura (fara armonice). Filtrul respectiv este separat de oscilator si se poate utiliza si ca preselector.

Partile mecanice (suruburi metric 3, sarma CuEm, etc) sunt treaba celor care vor sa costruiasca montajul. aici discutam despre principii de functionare, lamurim unele aspecta teoretice, gandim, analizam.