FM载波产生


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我试图了解以下FM收音机原理图的工作原理。

在此处输入图片说明

具体来说,我想知道载波是如何产生的。我了解LC储罐的概念,我想在右上角看到它,但是我不了解振荡/共振是如何开始的。我在网上看到的所有示例都显示了使用频率发生器使LC储能罐“运行”。显然,这个小型(简单)电路没有连接频率发生器。

我问了一个朋友,他告诉我他怀疑晶体管参与其中,这是有道理的,但我希望有人可以向我详细解释一下,或者如果它涉及的内容太深而无法在此处回答,请指向一些资源(书籍,网站,视频等)使我朝正确的方向前进。

谢谢!

更新
非常感谢您提供的所有重要信息。在得知这是一个Colpitts振荡器之后,我找到了以下资源,它们提供了更多详细信息。我将在此处发布内容,以供将来参考,以及对可能发现此问题有用的人员:
Wikipedia
了解电子产品
YouTube视频
基于面包板的示例
Falstad Circuit Simulator
了解电子产品


对于这样的简单电路,通常需要对其进行仿真以理解它们。
PlasmaHH 2015年

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您是否建议使用软件对其进行仿真?如果是这样,您建议什么套餐?香料?
马特·鲁


@ParthParikh您的问题类似,但侧重于频率调制,而我的问题与载波的产生有关。
马特·鲁

@MattRuwe:我不确定除了软件还能使用什么。并使用合理可行的方法,大多数spice软件包都可以使用,我个人经常使用ltspice。
PlasmaHH 2015年

Answers:


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Q2及其周围的电路形成一个Colpitts振荡器。这利用了这样的事实,即公共基极配置中的晶体管可以具有从发射极到集电极的电压增益。考虑以下简单电路:

当IN偏置时,OUT处于其范围的中间位置,则IN中的小电压变化会导致OUT中的大电压变化。增益与R1部分成比例。R1越高,电流变化越小,电压变化越大。另请注意,极性已保留。当IN稍微下降时,OUT下降很多。

Colpitts振荡器利用的增益大于普通基放大器的单位增益。代替负载为R1,使用并联谐振储能电路。并联谐振电路的谐振点除外,在谐振点具有低阻抗,在谐振点理论上它具有无限的阻抗。由于放大器的增益取决于与集电极相连的阻抗,因此它在谐振频率上会有很多增益,但是在该频率附近的窄带之外,该增益将迅速降至1以下。

到目前为止,这解释了Q2,C4和L1。C5从OUT到IN馈送少许公共基极放大器的输出电压。由于谐振点的增益大于1,因此导致系统振荡。OUT中的某些变化出现在IN处,然后放大以使OUT中的变化更大,然后反馈给IN等。

现在我可以听到您的想法,但是Q2的基极并不像上面的示例中那样固定在固定电压上。上面显示的内容在DC上有效,我使用DC对其进行了解释,因为这更容易理解。在电路中,您必须考虑交流电会发生什么,尤其是在振荡频率下。在该频率下,C3很短。由于它与固定电压相连,因此从振荡频率的观点来看, Q2的基极基本上保持在固定电压上。请注意,在100 MHz处(在商用FM频段的中间),C2的阻抗仅为160mΩ,这是Q2的基数保持恒定的阻抗。

R6和R7用于粗略的直流偏置网络,以使Q2足够接近其工作范围的中间值,上述所有条件均有效。它不是特别聪明或强大,但可能会与第二季度的正确选择一起使用。注意,在振荡频率下,R6和R7的阻抗比C3的阻抗高几个数量级。它们与振荡无关紧要。

电路的其余部分只是用于麦克风信号的普通且不是特别聪明或坚固的放大器。R1使(可能是)驻极体麦克风偏置。C1将麦克风信号耦合到Q1放大器,同时阻止DC。这样可以使麦克风和Q1的DC偏置点相互独立,而不会互相干扰。由于即使是HiFi音频也只能下降到20 Hz,因此我们可以对DC点进行所需的操作。R2,R3和R5形成粗偏置网络,以抵抗R4的负载。结果是麦克风信号被放大,结果出现在Q1的集电极上。

然后,C2将此音频信号耦合到振荡器。由于音频频率远低于振荡频率,因此通过C2的音频信号会有效地扰动Q2的偏置点。这会稍微改变振荡电路的驱动阻抗,从而稍微改变振荡器运行的谐振频率。


我想我需要阅读几次才能完全理解,但这看起来就像我想要的答案。其他答案也不错,但是,我只能接受一个。
马特·鲁

@Matt:如果您确切解释了您不了解的内容,那么我可能会详细说明。
Olin Lathrop

一切都说得通,我只需要做一些试验就可以应用您提到的所有内容。之后,如果您还有其他问题,我会通知您。
马特·鲁

4

在该模式中,Q1是增益约为50-100的A类音频放大器。它用于驱动振荡器级-我从来都不擅长识别C4 / L1 @〜110 MHz的振荡器类型[结果Q2是Colpitts振荡器]。如果我没记错的话,C5可以提高米勒效应,使Q2处于不稳定的自振荡状态。

编辑:请参见Kevin White关于调制在此电路中如何工作的响应。


它不是串音振荡器吗?哈特利是2L 1C。collpits是2C和1L。
布鲁斯

因此,为什么我不擅长识别振荡器类型:-D。

1
记住它们的窍门:炉胆以C(能力)开头,所以2 * C,Hartley以H(enry)开头,所以2 * L
Bruce

3

Q2被配置为所谓的Colpitts振荡器。C5将信号从收集器馈送到发射器。Colpitt振荡器中的一个重要组件是第二个电容器,它不作为物理组件存在,而是Q2的发射极-基极电容。

正如您提到的,LC储能箱在传输频率处形成谐振电路。

为了使振荡器不仅需要谐振电路,还需要放大器来弥补由于电感器的电阻以及一些功率散发而造成的损耗。

晶体管Q2通过将一些信号通过C5送到发射极来形成放大器,放大后的信号然后出现在集电极处并回到LC储罐中。然后,该信号被反馈到发射器以进一步放大,依此类推。

这称为正反馈,信号将继续增加,直到受到诸如达到电源轨的幅度或Q2中限制幅度的非线性之类的限制为止。它只需要一个无穷小的信号就可以开始运行,并且振荡会迅速建立。

事情如何开始?正如马丁所言,这可以从打开电源时引起的干扰开始,但这不是必须的。任何实用的电子电路都会产生所谓的噪声(例如,音频背景中的嘶嘶声)。即使这只是几分之一伏,它也会像我在上一段中所述的那样积累。

Q1做什么?

Q1将来自麦克风的信号放大到10或100毫伏的电平,并馈送到振荡器Q2。尽管我说过振荡频率是由LC储能电路决定的,但它也受晶体管Q2特性的影响。当Q1的输入电压馈入Q2时,它的特性会稍有变化,并且会改变引起FM的振荡频率。

它还将改变振荡的幅度,并引起幅度调制(AM),但是FM接收器将忽略它。


您确定调谐器会捕获由Q2特性变化引起的小调制吗?我从我的信号理论课程(当时给我留下深刻的印象)的回忆中告诉老师,因为AM和窄带FM频谱实际上是相同的(我记得研究这些方程式,虽然我不再记得它们了,但我只记得它们是相同的) ),您实际上可以在切换到窄带的FM调谐器上解调调幅信号。

AM和窄带FM的光谱非常相似,但不完全相同。两个边带与FM相位相反。我怀疑您可能会在FM接收器上收到AM信号,因为它没有很好的AM抑制能力,或者您不得不对其进行微调。
凯文·怀特

2

关于振荡器电路的启动,我怀疑C3是重要的部分。在通电的第一刻,C3基本上是短路并导通Q2。这为初始振荡提供了动力。然后,C5提供正反馈以维持振荡。

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