Hi,
ich habe mir gestern einen VCO gebaut. Als FET kommt ein J309 zum
Einsatz.
Spule ist selber gewickelt, 8 Windungen Luftspule aus versilbertem Draht
... seht selbst das Schema im Anhang.
So, die Sache ist jetzt die. Ich habe die beiden Varaktoren vorerst noch
weg gelassen und den Oszillator mit Strom versorgt. Wenn man den
Trimmkondensator richtig einstellt, dann schwingt es auch in der Tat
sehr sauber und sinusförmig! in gewissen Grenzen lässt sich mit dem
Trimmer die Frequenz auch variieren, wobei allerdings die Amplitude mit
verändert wird (ist ja klar, der Trimmer beeinflusst die Rückkopplung).
Jetzt versuche ich, daraus einen VCO zu machen! im Tietze-Schenk werden
einfach die beiden antiparallelen Varaktoren an die Spule angeschlossen.
Das hat bei mir nicht funktioniert. Also habe ich noch einen
Koppelkondensator mit angeschlossen (der unbeschriftete Kondensator) und
da alle möglichen Werte von 12pF (hab nichts kleineres) bis 100pF
ausprobiert. Es oszilliert einfach gar nicht. Egal wie ich es beschalte,
sobald die Varaktoren mit ins Spiel kommen, dann schwingt nichts mehr.
Was mache ich falsch? gibt es etwa noch eine andere Stelle, wo ich die
Varaktoren einbauen kann?
Dieser VCO ist nur mal ein "Prototyp", damit ich mal ein Gespür dafür
bekomme, wie alles funktioniert. Später brauche ich einen VCO, der von
ca. 80 MHz bis 120 MHz einstellbar ist. Dazu habe ich aber keine
gescheiten Bauteile da, und wollte deshalb erst mal ein wenig basteln
... leider funktioniert überhaupt nichts :-) Allgemein: wie geht man bei
der Dimensionierung eins solchen Oszillators klugerweise vor? Ich habe
so gut wie gar nichts gerechnet, weil, die Frequenz stimmt sowieso nie
mit dem berechneten Wert überein, und beim JFET kann ich den
Sourcewiderstand auch nicht wirklich rechnen, keine Ahnung wie gross der
sein soll. Alles in allem bin ich recht ratlos :-) wie gesagt, ohne
Varaktoren oszilliert es (ca. 220 MHz) und mit gar nicht mehr.
Unter
http://www.edn.com/design/analog/4327634/JFETs-offer-LC-oscillators-with-few-components
gibt es diverses Formelwerk für die Bedingung, unter der das
funktioniert. So ein Sourcefolger hat nämlich eine Verstärkung von nicht
ganz eins. Google kennt auch andere Colpitts Varianten (Suche:"colpitts
oszillator fet"), die eventuell weniger kritisch sind.
Was mit gerade an deiner Schaltung auffällt, die obere Kapazitätsdiode
hat gar keinen Gleichstrompfad, kann also nicht angesteuert werden. Das
ist doch bestimmt keine Absicht. :-)
Der fehlende Gleichstrompfad der oberen Varaktordiode ist mir auch
gleich aufgefallen. Zusätzlich wird die Abstimmspannung auch noch ohne
erkennbare Entkopplung zugeführt. Hier sollte man noch einen hohen
Widerstand (z.B. 100 kOhm) mit geringem Kapazitätsbelag hinzufügen. Ein
induktiver Anteil stört aber nicht.
Den 220R an der Source würde ich mal variieren, Werte zwischen 100R bis
1K (oder sogar 10k) ausprobieren.
Möglicherweise ist die C-Güte von der Kapazitätsdiode zu gering und
dämpft die Schwingung.
Du kannst auch die Versorgungsspannung variieren, vielleicht schwingt es
bei 6V oder 9V besser.
In jedem Fall (das machen "Anfänger" oft falsch) benötigt der FET
möglichst nah am Drain-Anschluss einen Abblock-Kondensator von ca. 1nF
bis 100nF je nach Frequenz.
Wenn Du unsicher bist, schalte 1nF und 10nF parallel. 100nF-Kerkos
taugen bis etwa 20MHz, danach werden sie langsam hochohmig.
Danke euch für die vielen Tipps!
Wie komme ich auf "gute" Werte für die beiden
Rückkopplungs-Kondensatoren? Man sieht da oft einfach so typische Werte
wie 47pF oder 22pF, aber warum die so gross sein müssen, oder so klein,
oder wie man auch immer sagen will, das leuchtet mir nicht ganz ein.
Im oberen KW-Bereich von 20MHz verwendet man für die Rückkopplung oft Cs
um die 47pF.
Deshalb ganz praktisch die Überlegung, dass der Wert für 100 MHz zu groß
sein könnte.
50pF haben laut meiner HF-Tapete bei 100MHz einen Blindwiderstand von
ca. 35 Ohm. Das kommt mir ebenfalls etwas niedrig vor.
Bei solchen Oszillatoren setzt man oft auch eine Diode vors Gate (die
sollte bei 100MHz aber schon sehr kapazitätsarm sein):
http://homepage.eircom.net/~ei9gq/vfocirc.GIFhttp://homepage.eircom.net/~ei9gq/tx_circ.html
Archibald schrieb:> Spule ist selber gewickelt, 8 Windungen Luftspule aus versilbertem Draht> ... seht selbst das Schema im Anhang.
Wie dick ist der Draht?
Die beiden Rückkoppel-C sollten gleich groß sein mit einer Impedanz
von50 Ohm.
Die Varicapdioden brauchen keinen Gleichstrompfad.
Weitere Literatur auch hier:
http://www.electronicdeveloper.de/SinusColpitts.aspx
Leider nur für 10 MHz. Für andere Frequenzen müssen die Impedanzen
angepasst werden.
Swing Boogie schrieb:> Die Varicapdioden brauchen keinen Gleichstrompfad.
Natürlich, wie sollen die sonst funktionieren, wenn keine Gleichspannung
an die Dioden gelangt?
>> Weitere Literatur auch hier:> http://www.electronicdeveloper.de/SinusColpitts.aspx
Hier in der verlinkten Schaltung haben sie auch einen Gleichstrompfad
und dazu noch eine HF-mäßige Abblockung (R7, C6). Anders geht es auch
gar nicht.
npn schrieb:> Hier in der verlinkten Schaltung haben sie auch einen Gleichstrompfad> und dazu noch eine HF-mäßige Abblockung (R7, C6). Anders geht es auch> gar nicht.
Da hab ich wohl was falsch verstanden?
Im Schaltbild vom TO ist der Adj. Eingang mit 1...9V angegeben. Das ist
äquivalent mit R7/C6 in der Verlinkten Schaltung.
Mein Einwand bezog sich auf den Beitrag von npn(Gast), der meinte, dass
das obere Ende der Varicap zusätzlich gleichstrommäßig angebunden dein
müsste.
Allerdings sehe ich einen anderen Unterschied in der Ankopplung der
Varicaps: Das C gehört vor L.
In der verlinkten Schaltung wäre das C2.
Insofern sind die Varicaps über die Resonanzspule gleichstrommäßig
definiert.
Swing Boogie schrieb:> Mein Einwand bezog sich auf den Beitrag von npn(Gast), der meinte, dass> das obere Ende der Varicap zusätzlich gleichstrommäßig angebunden dein> müsste.
Muß es ja auch. In der Originalschaltung vom ersten Post war die obere
Diode gleichstrommäßig nicht angeschlossen. Später habe ich aber im Text
gesehen, daß Archibald den unbenannten C nur versuchsweise reingemacht
hatte.
Auf jeden Fall müssen, wenn zwei Kapazitätsdioden verbaut sind, auch
beide gleichstrommäßig angeschlossen sein, weil sie ohne Gleichstrom
nicht ihre Funktion erfüllen können (sie nutzen die veränderliche
Sperrschichtkapazität).
Noch ein Nachtrag:
Parallel zur Schwingkreis-Induktivität gehört natürlich auch eine
Kapazität.
Beide sind auf die gewünschte Frequenz berechnet.
Prinzipiell reicht zwar die Kapazität der Dioden aus, da diese aber eine
sehr nichtlineare Kennlinie haben kommt es zu Rauschen und
instabilitäten.
Swing Boogie schrieb:> Noch ein Nachtrag:> Parallel zur Schwingkreis-Induktivität gehört natürlich auch eine> Kapazität.
Die ist doch drin.
Der Trimmer und der 47p bilden die Schwingkreiskapazität.
Hallo zusammen,
Weiter oben wurde nach dem Spulendraht gefragt. Also, meine Spule hat 8
Windungen, aus versilbertem, 0.8mm dickem Draht. Halt was so in der
Bastelkiste noch rum gammelte. Der Durchmesser ist ca. 5 mm. Ich kann
morgen ein Bild machen, wenns interessiert...
@Swing Boogie
du sagst, parallel zur Spule gehört noch ein Kondensator. Das sehe ich
anders, die beiden Kondensatoren welche die Rückkopplung bilden, werden
gleich noch als Schwingkreiskondensatoren verwendet. Und der 12pF
Kondensator vor dem FET-Gate dient dazu, den Schwingkreis möglichst lose
an das Gate zu koppeln... ausserdem habe ich mal noch folgendes gelernt:
der FET hat zwischen Gate und Source eine Diode, welche dann bei der
hohen Frequenz wie ein Gleichrichter wirkt und den Kondensator lädt. Je
höher die Amplitude wird, desto höher wird die Spannung am Kondensator,
und die Steilheit des FETs wird damit vermindert, wenn der C auf eine
höhere Spannung geladen ist. Somit kann man mit diesem Kondensator eine
Amplitudenregelung implementieren. Nicht?
Gruss
Archibald schrieb:> du sagst, parallel zur Spule gehört noch ein Kondensator. Das sehe ich> anders, die beiden Kondensatoren welche die Rückkopplung bilden, werden> gleich noch als Schwingkreiskondensatoren verwendet.
Üblicherweise kommt an L eine eigene C, parallel dazu die RK-Cs und die
Zenerdiode(n).
flo schrieb:> @ archiebald:>> wie misst du eigentlich, ob der oszillator schwingt?>> bedämpft der tastkopf möglicherweise den oszillator?
kannst du meine frage von eben noch beantworten?
Hi,
ja, also ob der Oszi schwingt, messe ich an der Source vom FET. Wenn
keine Varaktoren dran sind, kann man da ja auch sauber sehen, dass es in
der Tat schwingt. Dass der Tastkopf den Schwingkreis bedämpft, wäre
ansich möglich, glaube ich aber nicht, weil er hat 1M Ohm und 6 pF. Das
sollte also nur wenig dämpfen, denke ich.
Der Sourcewiderstand wird zwar benötigt, er stellt aber für den
Schwingkreis eine Bedämpfung dar. IMO fährt man mit 1 kOhm besser.
Der 12 pF Kondensator bildet mit der Cgs einen Spannungsteiler. Wird er
auf 22 pF erhöht, schwingts evt. ein wenig besser.
Die beiden Kapazitäten am Schwingkreis sollten so aufgeteilt werden,
dass der untere in der E-Reihe eine Nummer größer ist. Also unten z.B.
33pF, oben 27 pF ist das schwingfreudigste Verhältnis.
Hallo Bernd
danke auch noch für deine Tipps.
Frage, das mit den 33 und 27 pF, sind das Erfahrungswerte, die man
einfach weiss, oder gibt es dafür auch eine Begründung?
Allgemein würde mich schon sehr interessieren, wie man auf brauchbare
Werte kommt, ob das einfach empirisch ermittelt wird, oder ob man da
überhaupt was rechnen kann? Meist kennt man ja die Parameter des FET wie
Eingangskapazität oder Steilheit nicht exakt, weil die ja einer grossen
Streuung unterliegen.
Archibald schrieb:> Allgemein würde mich schon sehr interessieren, wie man auf brauchbare> Werte kommt, ob das einfach empirisch ermittelt wird, oder ob man da> überhaupt was rechnen kann? Meist kennt man ja die Parameter des FET wie> Eingangskapazität oder Steilheit nicht exakt, weil die ja einer grossen> Streuung unterliegen.
Mit LTSpice simulieren?
mfg Klaus
Hallo allerseits,
was mir noch einfällt: gibt es eine Möglichkeit, die Amplitude der
Schwingungen irgendwie mit vertretbarem Aufwand vorauszusagen? In der
englischen Wikipedia ist eine Faustformel für Bipolartransistoren
angegeben, aber ich habe ja einen JFET.
Warum ist es so schwierig, die Amplitude vorauszusagen?
Archibald schrieb:> Warum ist es so schwierig, die Amplitude vorauszusagen?
Weil viele Parameter unbekannt sind und das ganze nichtlineare Bauteile
enthaelt.
Archibald schrieb:> Später brauche ich einen VCO, der von> ca. 80 MHz bis 120 MHz einstellbar ist.
Es kann sein das du mit der Kapazitaetsvariation der Dioden dabei nicht
hinkommst. Du hast ja schon eine kapazitive Last durch die beiden
Teilerkondensatoren von 47pF. Besser ist es du nimmst statt Colpits
einen Hartleyoszillator. Da wird die Teilung durch die beiden
Induktivitaeten gemacht und die Cap-Diode macht alleine die
Schwingkreiskapazitaet. Und die Amplitude der Schwingung klein halten
damit die Dioden nicht so hoch ausgesteuert schon werden. Auch sollte
die Guete der Schwingkreisbauteile hoch sein damit das Phasenrauschen
klein bleibt. Genauso ist eine saubere Filterung der Versorgungsspannung
wichtig und das nicht nur bei den hohen Frequenzen sondern auch NF
maessig.
Hallo Helmut
> Und die Amplitude der Schwingung klein halten
genau auf das wollte ich heraus, denn: wie kann ich meinen Oszi so
dimensionieren, dass die Amplitude klein ist, wenn ich sie nicht im
Voraus weiss? macht man das in der Tat durch Try & Error ?
Ist das Kapazitätsverhältnis des Teilers verantwortlich für die
Schwingungsamplitude? und jetzt angenommen, meine Varaktoren arbeiten
mit einer Spannung zwischen 1V und 9V. Wie gross sollte die
Schwingungsamplitude denn maximal sein? 10x kleiner wäre sicher gut, das
wären dann aber trotzdem wieder nur 100 mV. :-/
Archibald schrieb:> Hallo Helmut>>> Und die Amplitude der Schwingung klein halten>> genau auf das wollte ich heraus, denn: wie kann ich meinen Oszi so> dimensionieren, dass die Amplitude klein ist, wenn ich sie nicht im> Voraus weiss? macht man das in der Tat durch Try & Error ?>> Ist das Kapazitätsverhältnis des Teilers verantwortlich für die> Schwingungsamplitude? und jetzt angenommen, meine Varaktoren arbeiten> mit einer Spannung zwischen 1V und 9V. Wie gross sollte die> Schwingungsamplitude denn maximal sein? 10x kleiner wäre sicher gut, das> wären dann aber trotzdem wieder nur 100 mV. :-/
Die Amplitude eines Oszillators wird entweder durch eine Regelung oder
durch den Einsatz eines Begrenzerelements bestimmt.
Meist nimmt man die Amplitude so groß wie möglich, bestimmt durch die
Begrenzung mit dem Arbeitspunkt des Transistors (z.B. sein UCE).
Sanftere Begrenzung bekommt man z.B durch Dioden (Si-PN oder Schottky im
Rückkopplungszweig).
wenn man bei den Varaktoren nah an 1V DC der Steuerspannung kommt, bei
der Doppel-Dioden-Schaltung geht das, sollte man auf 1V Ampltude
begrenzen. Mehr ist allerdings meist besser, dann schwingt der Oszi mit
weniger Jitter.
Archibald schrieb:> genau auf das wollte ich heraus, denn: wie kann ich meinen Oszi so> dimensionieren, dass die Amplitude klein ist, wenn ich sie nicht im> Voraus weiss? macht man das in der Tat durch Try & Error ?>
Ist schon ein bisschen Try & Error. Simulationen mit LTSpice helfen da
fast nicht weiter.
> Ist das Kapazitätsverhältnis des Teilers verantwortlich für die> Schwingungsamplitude?
Die beiden Cs machen ja im Prinzip eine Aufwaertstransformation der
Spannung vom Source zum Gate.
>und jetzt angenommen, meine Varaktoren arbeiten> mit einer Spannung zwischen 1V und 9V. Wie gross sollte die> Schwingungsamplitude denn maximal sein? 10x kleiner wäre sicher gut, das> wären dann aber trotzdem wieder nur 100 mV. :-/
So klein wuerde ich die jetzt auch nicht machen, so in etwa 1 .. 2Vss
waeren schon OK, sonst nimmst du zuviel von der Aussteuerung der
Cap-Dioden weg.
Wie Peter schon sagte stellt man die Amplitude durch Regelung oder
Begrenzung ein. Durch das C vor dem Gate oder durch ein R im
Sourcekreis.
Archibald schrieb:> meine Varaktoren arbeiten> mit einer Spannung zwischen 1V und 9V. Wie gross sollte die> Schwingungsamplitude denn maximal sein? 10x kleiner wäre sicher gut, das
Dazu gilt: bei Spannung unterhalb 1 V wird die Kapazität extrem
nichtlinear und die requenz-Störmodulation durch Rauschen und
Störmodulation wächst stark an.
-im unteren Scheitelwert der Spannung HF+ Steuerspannung an den
Kapdioden sollte 0,5V nicht unterschritten werden, sonst wird die
Frequenz instabil.
Mischer brauchen einige 100mV effektiv ( ab 200mV aufwärts), je nach
Mischertyp, die sollte man erreichen.
Nur eine Mischerschaltung mit Gilbert-Zelle (also in IC-Technik) dürfte
mit HF-Spannung um 100mV auskommen.
Helmut Lenzen schrieb:> Es kann sein das du mit der Kapazitaetsvariation der Dioden dabei nicht> hinkommst. Du hast ja schon eine kapazitive Last durch die beiden> Teilerkondensatoren von 47pF. Besser ist es du nimmst statt Colpits> einen Hartleyoszillator.
Wenn du Hartley statt Colpitts nimmst, wird der Oszi etwas
handempfindlicher durch Streukapazitäten.Das muss aber kein Problem
darstellen, wenn der Oszi gut "verpackt" und gepuffert wird.
Archibald schrieb:
>Frage, das mit den 33 und 27 pF, sind das Erfahrungswerte, die man>einfach weiss, oder gibt es dafür auch eine Begründung?
Der Resonanzwiderstand des Schwingkreises soll nicht größer als
der Innenwiderstand des Verstärkers sein. Das sollte man
bei allen arten von Oszillatoren beachten. Wenn das aber doch
der Fall ist, muß man transformieren. Also bei deinem Beispiel
je kleiner der Innenwiderstand deiner Transistorstufe ist um so
größer muß der untere Schwingkreiskondensator sein. Den oberen
Kondensator würde ich nicht variabel machen, der Spannungsabfall
an ihm ist ja die Rückkopplungsspannung. Wenn die Frequenz
variabel sein soll, dann den Drehko parallel zur Spule schalten.
Moinsen,
also die Schwingungsamplitude soll ca. 1Vss betragen. Das klingt
vernünftig. Aber meine Varaktoren werden ja mit einer Steuerspannung im
selben Grössenbereich angesteuert? ich dachte die Schwingungsamplitude
soll kleiner sein als die Varaktorspannung, oder?
Gruss
Archibald schrieb:> also die Schwingungsamplitude soll ca. 1Vss betragen. Das klingt> vernünftig. Aber meine Varaktoren werden ja mit einer Steuerspannung im> selben Grössenbereich angesteuert?
Die Spannung fuer die Cap-Dioden liegt doch zwischen 1 .. 9V also fast
10x groesser.
>ich dachte die Schwingungsamplitude> soll kleiner sein als die Varaktorspannung, oder?
Ist wie immer ein Kompromiss zwischen Aussteuerbarkeit der Dioden und
Signal/Rauschabstand des Signales.
Archibald schrieb:> naja, 1Vss ist ja nicht wirklich 10x kleiner als 1V DC für die> Varaktoren oder? ;-)
1V DC nicht, aber 9V DC am anderen Ende. Die 1Vss am Kreis schraenken
die Aussteuerbarkeit der Dioden nicht gross ein. Haette man da jetzt
schon 5Vss am Kreis waere der Einstellbereich von fmin zu fmax schon
wesentlich kleiner.
Wenn man das ganze jetzt noch in einer PLL betreiben moechte sollte man
ein grosses VCO Gain anstreben auch wenn man den Bereich eventuell gar
nicht braucht. Man kann dann das Schleifenfilter wesentlich guenstiger
auslegen als bei kleinem VCO Gain.
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