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Generación de ondas portadoras FM

Estoy tratando de entender cómo funciona el siguiente esquema de radio FM.

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En concreto, quiero saber cómo se genera la onda portadora. Entiendo el concepto de un tanque LC y creo que lo veo allí en la parte superior derecha, pero lo que no entiendo es cómo se inicia la oscilación / resonancia. Todos los ejemplos que estoy viendo en línea muestran el uso de un generador de frecuencia para hacer un tanque LC "ir". Obviamente no hay ningún generador de frecuencia unido a este pequeño (simple) circuito.

Le pregunté a un amigo y me dijo que sospechaba que el transistor o los transistores estaban involucrados, lo cual tiene sentido, pero espero que alguien pueda explicarme eso con más detalle o, si es demasiado complicado para responder aquí, indicarme algunos recursos (libros, sitios web, videos, etc.) para ponerme en marcha en la dirección correcta.

Gracias.

Actualización
Muchas gracias por toda la información. Después de aprender que esto es un oscilador Colpitts pude encontrar los siguientes recursos que dan aún más detalles. Estoy publicando aquí para mi futura referencia y para aquellos que podrían encontrar esta pregunta útil:
Wikipedia
Aprende sobre electrónica
Vídeo de YouTube
Un ejemplo basado en una protoboard
Simulador de circuito Falstad
Aprende sobre electrónica

5voto

RelaXNow Puntos 1164

Q2 y el circuito que lo rodea forman un Oscilador Colpitts . Esto aprovecha el hecho de que un transistor en la configuración de base común puede tener ganancia de tensión desde el emisor hasta el colector. Considere este sencillo circuito:

Cuando IN está polarizado de manera que OUT está cerca de la mitad de su rango, entonces pequeños cambios de voltaje en IN causan grandes cambios de voltaje en OUT. La ganancia es en parte proporcional a R1. Cuanto mayor sea R1, mayor será el cambio de tensión resultante de un pequeño cambio de corriente. Observe también que la polaridad se mantiene. Cuando IN baja un poco, OUT baja mucho.

Un oscilador Colpitts aprovecha esta ganancia superior a la unidad de un amplificador de base común. En lugar de que la carga sea R1, se utiliza un circuito de tanque resonante paralelo. Un tanque resonante en paralelo tiene una baja impedancia excepto en el punto de resonancia, en el que tiene una impedancia infinita en teoría. Como la ganancia del amplificador depende de la impedancia ligada al colector, tendrá mucha ganancia en la frecuencia de resonancia, pero esa ganancia caerá rápidamente por debajo de 1 fuera de una banda estrecha alrededor de esa frecuencia.

Hasta ahora, eso explica Q2, C4 y L1. C5 alimenta un poco de la tensión de salida del amplificador de base común de OUT a IN. Como la ganancia en el punto de resonancia es mayor que uno, esto hace que el sistema oscile. Una parte del cambio en OUT aparece en IN, que luego se amplifica para hacer un cambio mayor en OUT, que se devuelve a IN, etc.

Ahora te oigo pensar, pero la base de Q2 no está ligada a una tensión fija como en el ejemplo anterior . Lo que he mostrado arriba funciona en CC, y he utilizado la CC para explicarlo porque es más fácil de entender. En tu circuito, tienes que pensar en lo que ocurre en CA, especialmente en la frecuencia de oscilación. A esa frecuencia, C3 es un cortocircuito. Como está ligado a una tensión fija, la base de Q2 se mantiene esencialmente a una tensión fija desde el punto de vista de la frecuencia de oscilación . Observa que a 100 MHz (en el centro de la banda comercial de FM), la impedancia de C2 es de sólo 160 mΩ, que es la impedancia con la que se mantiene constante la base de Q2.

R6 y R7 para una cruda red de polarización DC para mantener Q2 lo suficientemente cerca de la mitad de su rango de operación para que todo lo anterior sea válido. No es particularmente inteligente o robusto, pero probablemente funcionará con la elección correcta de Q2. Tenga en cuenta que las impedancias de R6 y R7 son órdenes de magnitud superiores a la impedancia de C3 en la frecuencia de oscilación. No importan para nada las oscilaciones.

El resto del circuito es un amplificador ordinario y no particularmente inteligente o robusto para la señal del micrófono. R1 polariza el micrófono (presumiblemente) electret. C1 acopla la señal del micrófono al amplificador Q1 mientras bloquea la CC. Esto permite que los puntos de polarización de CC del micrófono y del Q1 sean independientes y no interfieran entre sí. Como incluso el audio HiFi sólo baja hasta 20 Hz, podemos hacer lo que queramos con el punto de CC. R2, R3 y R5 forman una cruda red de polarización, trabajando contra la carga de R4. El resultado es que la señal del micrófono se amplifica, apareciendo el resultado en el colector de Q1.

C2 acopla entonces esta señal de audio al oscilador. Como las frecuencias de audio son mucho más bajas que la frecuencia de oscilación, la señal de audio que pasa a través de C2 perturba efectivamente el punto de polarización de Q2 un poco. Esto cambia la impedancia de conducción visto por el tanque ligeramente, que cambia ligeramente la frecuencia de resonancia el oscilador funciona en.

4voto

Se mostró en

Browder, William. Fibras de esferas y $H$ -que son esferas de homología racional. Bull. Amer. Math. Soc. $\bf 68$ 1962 202-203.

que para cualquier fibrado $F \to S^n \to B$ , donde $B$ es un poliedro no trivial y $F$ está conectado, $F$ debe tener el tipo de homotopía de $S^1,S^3$ o $S^7$ . Esto se basa en el trabajo previo de Spanier-Whitehead y Borel.

3voto

Kevin White Puntos 5504

Q2 está configurado como lo que se conoce como un oscilador Colpitts. C5 alimenta la señal del colector al emisor. Un componente importante en un oscilador de Colpitt es un segundo condensador que no existe como componente físico y es la capacitancia de emisor a base de Q2.

Como mencionas el tanque LC forma un circuito resonante a la frecuencia de transmisión.

Sin embargo, para hacer un oscilador se necesita algo más que un circuito resonante, ya que se necesita un amplificador para compensar las pérdidas debidas a la resistencia del inductor y al hecho de que parte de la potencia se irradia.

El transistor Q2 forma un amplificador llevando parte de la señal a través de C5 al emisor, una versión amplificada de la señal aparece entonces en el colector de vuelta al tanque LC. Esta señal vuelve al emisor para ser amplificada aún más y así sucesivamente.

Esto se denomina retroalimentación positiva y la señal seguirá aumentando hasta que se vea limitada por algo como alcanzar la amplitud de la barra de alimentación o la no linealidad en Q2 que limita la amplitud. Sólo necesita una señal infinitesimal para que las cosas empiecen a funcionar y las oscilaciones se acumularán rápidamente.

¿Cómo empiezan las cosas? Como dice Martin, puede empezar por la perturbación que se produce al conectar la alimentación, pero no es necesario. Cualquier circuito electrónico práctico genera lo que se denomina ruido (el silbido de fondo del audio, por ejemplo). Incluso si esto es sólo una millonésima parte de un voltio, se acumulará como he descrito en el párrafo anterior.

¿Qué hace la Q1?

Q1 amplifica la señal del micrófono a un nivel de 10 o 100 milivoltios que se alimenta al oscilador Q2. Aunque he dicho que la frecuencia de oscilación está determinada por el tanque LC, también se ve afectada por las características del transistor Q2. A medida que el voltaje de entrada de Q1 se alimenta a Q2 cambia sus características ligeramente y variará la frecuencia de oscilación causando FM.

También variará la amplitud de la oscilación provocando una modulación de amplitud (AM), pero un receptor de FM lo ignorará.

2voto

Martin Puntos 511

En cuanto a la puesta en marcha del circuito oscilador, sospecho que C3 es la parte importante. En el primer momento mientras se aplica la energía, C3 es básicamente un cortocircuito y enciende Q2. Esto proporciona energía para la oscilación inicial. C5 entonces proporciona retroalimentación positiva para mantener la oscilación.

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