Frage:
Wie funktioniert die negative Rückkopplung in diesem Oszillator?
4nt
2015-01-28 08:31:47 UTC
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BEARBEITEN: Ich glaube nicht, dass ich den Begriff "negatives Feedback" richtig verwende. Was ich damit gemeint habe ist, wie funktioniert das Feedback, das die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises gleich 1 macht?

Ich versuche, die Grundlagen von Oszillatoren zu verstehen, und bin auf diesen Artikel a gestoßen > (Wenn die Seite nicht verfügbar ist, gehen Sie hier (Seite 3)). Hier ist die Schaltung:

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Nach meinem Verständnis gibt es eine positive Rückkopplung durch C2, denn wenn beispielsweise die Spannung an L1 ansteigt, steigt die Spannung an R3 an muss fallen. Da dies die Basis-Emitter-Spannung erhöht, steigt der Kollektorstrom entsprechend an (alternativ fällt die Kollektor-Emitter-Spannung ab und die Spannung am Tank muss ansteigen).

Jetzt bin ich mir nicht so sicher negative Rückkopplung, die anscheinend (siehe Link oben) darauf zurückzuführen ist, dass der in R3 (oder C2) aufgebaute Gleichstrom den Verstärker vom Betrieb in Klasse A in Klasse C versetzt.

Zu diesem Zweck habe ich einige Simulationen durchgeführt in TINA. Zuerst habe ich einen Widerstand in Reihe mit dem Tankkondensator hinzugefügt, damit ich die Rückkopplungsreaktion deutlicher sehen kann. Dann nahm ich den Widerstand heraus, um zu bestätigen, dass die Schaltung als Oszillator arbeitete. Die verwendeten Werte stammen von der Seite, die dem oben verlinkten Artikel folgt. Hier ist die Schaltung und die Ergebnisse, EINSCHLIESSLICH des "verlustbehafteten" Widerstands (mit R4 bezeichnet):

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Wie Sie sehen können, neigen die Schwingungen in Re dazu, mit zunehmender Amplitude einen Gleichstrompegel aufzubauen. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass der Transistor im Grenzbereich arbeitet, wenn die Welle negativ wird, und während des positiven Teils wie gewohnt (wie in Klasse A) arbeitet. Mit der Zeit wird C2 aufgeladen und das im Artikel beschriebene automatische Gleiten in Richtung Klasse C ermöglicht (dies habe ich fälschlicherweise als "negatives Feedback" bezeichnet):

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würde ich wie jemand, der bestätigt, ob dies der Fall ist oder ob ich falsch liege.

Folgendes erhalten Sie, wenn Sie R4 (den hinzugefügten Widerstand) kurzschließen:

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Die Schaltung arbeitet also tatsächlich als Oszillator.

Zwei antworten:
Circuit fantasist
2015-01-28 14:23:59 UTC
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@Ant, hier einige meiner Beobachtungen zu diesem klassischen Oszillator, die helfen können.

Wirklich, R3 führt eine negative Rückkopplung (Emitterdegeneration) ein, die den Betriebspunkt stabilisiert. Es spielt aber auch eine andere wichtige Rolle - als Element (Unterschenkel) des positiven Rückkopplungsnetzwerks (Spannungsteiler C2-R3). Im übertragenen Sinne macht R3 den Emitter durch C2 durch den Kollektor "weich", "beweglich". Daher wird R3 zwischen Emitter und Masse eingefügt, um auch die positive Rückkopplung zu implementieren.

Ein weiteres interessantes Phänomen in dieser Schaltung ist, dass (ich nehme an :) die Kollektorspannung Vc (im Vergleich zu Masse) sinusförmig übersteigen sollte Vcc und fallen darunter; Daher ist es interessant zu sehen, wie es die Stromversorgung überschreitet.

Schließlich können Sie sehen, dass dies von der Seite der Rückkopplung aus gesehen eine Emitterstufe mit gemeinsamer Basis ist (da die Basisspannung durch festgelegt ist C1); Dies betrifft die AC-Änderungen. Von der Seite des DC-Eingangsschaltkreises (dem Spannungsteiler R1-R2 und dem Kondensator C1) aus gesehen, ist dies jedoch eine Stufe mit gemeinsamem Emitter und Degeneration.

Meine letzte Schlussfolgerung ist, dass die Rolle des Negativs Feedback ist hier nicht so wichtig, aber die Rolle des positiven Feedbacks ist entscheidend. Ihre Frage verwirrt mich also ein wenig.

Übrigens erinnerte mich Ihre Frage als kurze Regression an meine Kindheit (Ende der 60er Jahre), als ich genau solche Schaltkreise von Funksendern durchführte, um Befehle zu erteilen verschiedene Modelle (und auch um die Fernseher der Nachbarn zu stören :)


@hkBattousai Im Gegensatz zu Ihrer formalen Erklärung werde ich hier den Schaltungsbetrieb auf intuitive Weise erläutern.

Die Grundidee eines LC-Oszillators ist einfach: Die Oszillationen werden von einem LC-Tank (Sie können wie in dieser Wikibooks-Geschichte sehen) und der aktiven Elektronik erzeugt Die Schaltung (hier der Transistorverstärker) hält die Schwingungen nur durch Hinzufügen der zusätzlichen Energie aufrecht, die zum Ausgleich der Verluste im Tank erforderlich ist. Mal sehen, wie es hier implementiert wird ...

Stellen Sie sich vor, C3 wird anfänglich mit einer solchen Polarität geladen, sodass seine untere Platte (mit dem Kollektor verbunden) negativ ist. Wenn sich C3 durch die Induktivität entlädt, nimmt die Spannung am Tank ab und die Kollektorspannung Vc (in Bezug auf Masse) steigt an. Der so wichtige Kondensator C2 (wie LvW sagte) überträgt (fast unverändert) diese Spannungsbewegung auf den Emitter. Im übertragenen Sinne "zieht" der LC-Tank den Emitter durch C2 (wirkt als eine Art "Stoßdämpfer") und schneidet so den Transistor ab. In dieser Phase arbeitet der LC-Tank also unberührt vom Transistor ...

Die Spannung am LC-Tank und entsprechend die Kollektorspannung erreichen ihr Maximum über Vcc und beginnen danach abzunehmen. Jetzt beginnt der "Stoßdämpfer" C2, den Emitter "herunterzuziehen" ... und an einem niedrigeren Punkt beginnt sich der Transistor einzuschalten ... seine Vc nimmt ab ... und "hilft" dem LC-Tank, "herunterzuziehen". der Emitter ... und so weiter ...

Professioneller :) Der Transistor fügt parallel zum Induktorstrom zusätzlichen Ladestrom hinzu, um den Kondensator stärker aufzuladen (es ist interessant, den Ladestrom zu ziehen Schleifen).


Nun zur Frage des @ Ant " warum sich der DC-Pegel von C2 aufbaut ", was eigentlich bedeutet zu erklären, was passiert, wenn dieser LC-Oszillator eingeschaltet wird (der Übergang am Anfang). Zu diesem Zweck wäre es äußerst nützlich, sich daran zu erinnern, wie der gewöhnliche Schwung für Kinder (hier der LC-Tank) seine Amplitude am Anfang allmählich erhöht. Stellen Sie sich außerdem vor, Sie drücken und ziehen eine solche Schaukel durch einen Stoßdämpfer (C2).

Wenn Sie die Stromversorgung einschalten, werden die Kondensatoren C3 und C2 zunächst entladen (Spannung Null über ihnen) ... so dass der Emitter auf Vcc "gezogen" wird. Der Basis-Emitter-Übergang ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt und der Transistor ist abgeschaltet. Der LC-Tank beginnt frei zu schwingen ... und die Amplitude der Kollektorspannung steigt allmählich an. C2 (der "Stoßdämpfer" :) lädt sich allmählich durch den LC-Tank und den Emitterwiderstand R3 auf ... die Spannung VC2 über ihm steigt allmählich an ... und die Emitterspannung fällt allmählich ab, indem sie sich von der Kollektorspannung "wegbewegt" ...

Irgendwann, wenn es am Minimum ist, erreicht die schwingende Emitterspannung die konstante Basisspannung ... und fällt periodisch darunter ab ... in diesen Momenten beginnt der Transistor auf diese Weise einzuschalten Aufrechterhaltung der Schwingungen im LC-Tank ...

In unserem Kinderschwunganalog y bedeutet dies, dass der Stoßdämpfer bereits ausgefahren ist und wir uns vom Kind entfernt haben :)

Danke, aber können Sie näher erläutern, warum sich der DC-Pegel von C2 (dem C2 des ersten Bildes) ändert?liegt es daran, dass der Transistor abgeschaltet wird, wenn die Amplitude hoch genug ist (aber nicht hoch genug, um zu sättigen)?
C2 ändert seine Ladung geringfügig (entlädt sich etwas, wenn Vc abnimmt, und lädt sich etwas auf, wenn Vc zunimmt), da etwas Strom durch es fließt.Je größer die C2-Kapazität (je höher die Frequenz) ist, desto geringer ändert sich die Spannung an ihr.Stellen Sie sich das als eine Art "Stoßdämpfer" vor, der die "Bewegung" des Kollektors auf den Emitter überträgt :)
Hmm ... wirklich C2 ändert langsam und sinusförmig (mit einer niedrigen Frequenz) seinen Gleichstrompegel ... Vielleicht ist dies der superregenerative Effekt des Armstrong?Ich weiß es nicht...
Vielen Dank.Haben Sie den Artikel gelesen, insbesondere den Teil, in dem C2 erwähnt wird?es heißt, dass sich der DC-Pegel mit zunehmender Amplitude aufbaut, so dass der Verstärker nicht unendlich verstärkt, aber es wird nicht erwähnt, warum sich der DC-Pegel aufbaut, das ist mein Zweifel.
@Ant, Ich habe es nicht gelesen ... aber ich habe keine große Lust, es zu lesen, weil ich denke, was dort geschrieben steht.Stattdessen werde ich versuchen, auf völlig intuitive (menschliche :) Weise zu erklären, wie dieser LC-Oszillator beim Einschalten startet ... und selbst was ist die superregenerative Idee, die Armstrong vor einem Jahrhundert vorgeschlagen hat ... Übrigens ist hier viel mehrInteressanter als in Wikipedia, Wikibooks und ResearchGate, wo ich auch mitgewirkt habe ...
hkBattousai
2015-01-28 17:21:54 UTC
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R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler zur Gleichstromvorspannung des BJT. Wahrscheinlich ist R1 = R2, so dass der Oszillator um den Mittelpunkt des Vcc arbeitet und auf beiden Seiten die maximale Schwingfähigkeit aufweist.

C1 dient dazu, diese geteilte Spannung konstanter zu halten. Wenn die Basis des BJT Strom verbraucht, fällt diese Spannung ab. Um die Vorspannung der Vorspannung fest zu halten, wird ein relativ großer C1-Filterkondensator benötigt.

Diese Art von BJT-Verstärkern hat eine Spannungsverstärkung von

$$ \ text {Gain} \ overset \ sim = \ dfrac {\ text {Kollektorimpedanz}} {\ text {Emitterimpedanz}}. $$

Parallel geschaltete L-C-Elemente erzeugen eine unendliche Impedanz bei einer bestimmten Frequenz von \ $ \ dfrac {1} {\ sqrt {LC}} \ $. Mit anderen Worten, bei einer bestimmten Frequenz wird die Kollektorimpedanz maximal. Somit wird der Gewinn unendlich. Diese Frequenz ist die Frequenz des Oszillators.

Wir möchten jedoch nicht, dass das L-C-Filter eine unendliche Impedanz hat, da dies eine unendliche Ausgangsimpedanz bedeutet. Wir können keine Ausgabe lesen. Vielleicht soll der C2 dies verhindern. Ich weiß es nicht.

C4 ist der Ausgangs-Bypass-Kondensator. Dies dient nur dazu, den Ausgang mit Wechselstrom zu versorgen.

C5 dient dazu, den Vcc auf einem festen Pegel zu halten. Wenn die Frequenz des Oszillators zu hoch ist und der Weg zur Quelle von Vcc weit entfernt ist, erzeugt die Spurinduktivität Welligkeiten auf Vcc in der Nähe des Oszillators. C5 dient zum Herausfiltern dieser Wellen.

Einige Kommentare: C1 hält die Basis auf Signalmasse - daher arbeitet die gesamte Schaltung in einer Konfiguration mit gemeinsamer Basis.Und der Kondensator "verhindert" etwas nicht - im Gegenteil, er ist der wichtigste Teil, weil er eine positive Rückkopplung herstellt (notwendig für jeden Oszillator).Die Rückkopplung ist positiv, da bei gemeinsamen Basisstufen keine Phasenverschiebung zwischen Emitter und Kollektor auftritt.
@LvW Vielen Dank.Können Sie mir bitte auch die Funktion von C2 erklären?
@hkBattousai, Ich denke, dass LvW über den Kondensator C2 spricht, nicht über C1, wenn er sagt: "Und der Kondensator" verhindert "etwas nicht - im Gegenteil, es ist der wichtigste Teil, weil er eine positive Rückkopplung erzeugt (notwendig für jeden Oszillator)."Übrigens ist Ihre Erklärung sehr formal und veranlasst mich, die Funktionsweise der Schaltung auf intuitive Weise zu erklären ...
Vielen Dank für die Klarstellung.Und - natürlich - während ich über Feedback sprach, bezog ich mich auf C2.Wie erwähnt, stellt C1 die gemeinsame Basisfunktion her und C2 gibt einen Teil der Ausgangsspannung an den Emitter zurück.Für gemeinsame Basisstufen hat die Verstärkung vom Emitterknoten zum Kollektor keine Phaseninversion und daher liefert C2 eine POSITIVE Rückkopplung.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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