Amplificazione lineare singolo stadio oscillatore Colpitts

[RiccardoM1983]

Salve,
sto realizzando il seguente circuito (fidocad in calce)

 

Il mio problema è che non riesco ad amplificare il segnale OSC_OUT con lo schema di destra. Ho variato l'impedenza per Rb1 per trovarmi a metà della dinamica della zona attiva diretta, ed ho anche tentato con varie combinazioni delle resistenze Re, Rc ed Rb2 (controllando di trovarmi nella zona attiva diretta, con OUT intorno a 3V).

 

La mia sensazione è che OSC_OUT abbia un impedenza in uscita che messa in serie con il circuito di destra ammazza ogni velleità di amplificazione, ma ho qualche difficoltà a determinarla con il circuito equivalente.

Potreste aiutarmi a capire ?

 

Giusto per dare qualche info di controno, OSC_OUT è un segnale di 10MHz e 100mV picco-picco.

 

Grazie in anticipo,
R

 

[FIDOCAD]
MC 50 35 3 0 080
FCJ
TY 60 25 4 3 0 0 0 *
TY 55 25 4 3 0 0 0 * 10K
MC 50 60 3 0 080
FCJ
TY 60 50 4 3 0 0 0 *
TY 55 50 4 3 0 0 0 * 10K
MC 90 60 3 0 080
FCJ
TY 100 50 4 3 0 0 0 *
TY 95 50 4 3 0 0 0 * 2K
MC 90 10 1 0 120
MC 115 30 1 0 170
FCJ
TY 110 40 4 3 0 0 0 *
TY 120 35 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 115 50 1 0 170
FCJ
TY 110 60 4 3 0 0 0 *
TY 120 50 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 25 50 1 0 170
FCJ
TY 20 60 4 3 0 0 0 *
TY 30 50 4 3 0 0 0 * 100nF
MC 25 60 0 0 040
MC 50 60 0 0 040
MC 90 60 0 0 040
MC 115 60 0 0 040
MC 75 40 0 0 300
LI 90 20 50 20 0
LI 50 20 50 25 0
LI 90 20 90 30 0
LI 50 35 50 40 0
LI 50 40 25 40 0
LI 25 40 25 50 0
LI 75 40 50 40 0
LI 50 40 50 50 0
LI 115 50 115 40 0
LI 115 30 90 30 0
LI 115 30 120 30 0
MC 120 30 0 0 000
FCJ
TY 130 25 4 3 0 0 0 * OSC_OUT
TY 130 40 4 3 0 0 0 *
MC 205 15 3 0 000
FCJ
TY 210 5 4 3 0 0 0 *
TY 210 10 4 3 0 0 0 * 5Vcc
MC 185 30 3 0 080
FCJ
TY 190 25 4 3 0 0 0 * Rb1
TY 190 20 4 3 0 0 0 *
MC 185 60 3 0 080
FCJ
TY 190 50 4 3 0 0 0 * Rb2
TY 190 55 4 3 0 0 0 * 4.7K
MC 220 60 3 0 080
FCJ
TY 225 50 4 3 0 0 0 * Re
TY 225 55 4 3 0 0 0 * 100
MC 205 40 0 0 300
MC 175 40 2 0 000
FCJ
TY 150 45 4 3 0 0 0 * OSC_OUT
TY 200 40 4 3 0 0 0 *
MC 245 50 1 0 170
FCJ
TY 240 60 4 3 0 0 0 *
TY 250 50 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 220 30 3 0 080
FCJ
TY 225 20 4 3 0 0 0 * Rc
TY 225 25 4 3 0 0 0 * 2K
MC 185 60 0 0 040
MC 220 60 0 0 040
MC 245 60 0 0 040
MC 90 10 3 0 000
FCJ
TY 95 0 4 3 0 0 0 *
TY 95 5 4 3 0 0 0 * 5Vcc
LI 220 20 185 20 0
LI 205 15 205 20 0
LI 185 30 185 50 0
LI 185 40 200 40 0
LI 200 40 205 40 0
LI 245 50 220 50 0
LI 220 30 240 30 0
MC 240 30 0 0 000
FCJ
TY 250 25 4 3 0 0 0 * OUT
TY 250 40 4 3 0 0 0 *
LI 185 40 175 40 0

 

 

 

Modificato: 12 ottobre 2019 da RiccardoM1983

[Livio Orsini]

Domande

 

1. A che frequenza dovrebbe lavorare l'osicillatore?
2. Sei sicuro che oscilli? dallo schema non vedo reazione alcuna. I 2 condensatori in serie dovrebbero costituire un partitore ed il loro punto centrale dovrebbe rientra per reazione sull'emettitore.
3. L'accoppiamento tra oscillatore ed ampli come lo fai?
4. Sarebbe meglio inserire uno stadio di emitter follower tra i 2.

[RiccardoM1983]

Salve,

L'induttanza è casereccia, nel circuito originale

 

https://www.wikiwand.com/en/Colpitts_oscillator

 

doveva essere da 150nH e fare risonare a 50MHz. Con la mia il circuito risuona a  10MHz.Sono sicuro che oscilla perché ho controllato con l'oscilloscopio e vedo l'oscillazione a 10.20MHz e tutte le armoniche superiori a 20.40MHz ecc..

 

Per l'accoppiamento interpongo tra i due schemi (osc e ampli) un condensatore non elettrolitico da 100pF;effettivamente è omesso in figura.

 

Il punto 4 non l'ho capito

 

grazie intanto

 

 

[gabri-z]

32 minuti fa, RiccardoM1983 scrisse:

Il punto 4 non l'ho capito

L'impedenza d'ingresso del tuo amplificatore è più bassa del valore della R_b2 , cosa che certamente ti mette in corto l'uscita del oscillatore (ammesso che continui oscillare una volta collegato l'ampli )

Per questo ti serve un ampli con impedenza d'ingresso maggiore , tipo collettore comune (ripetitore  sul emettitore - emitter follower ) se non vuoi andare con un FET .

 

[gabri-z]

Schema di principio .

[Livio Orsini]

5 ore fa, RiccardoM1983 scrisse:

L'induttanza è casereccia, nel circuito originale

 

Perbacco ma lo schema originale è un classico oscillatore di Colpitts con reazione sull'emettitore, quindi un classico amplificatore a base comune.

Nel tuo schema manca il collegamento dal centro del partitore capacitivo all'emettore!

Se lo hai realizzato in quel modo, come lo hai riportato, dubito che oscilli; quello che vedi sull'oscilloscopio sarà al più un innesco spurio.

 

Gabriz ti ha messo il circuito emitter follower e la spiegazione.

Modificato: 13 ottobre 2019 da Livio Orsini

[RiccardoM1983]

2 hours ago, Livio Orsini said:

 

Perbacco ma lo schema originale è un classico oscillatore di Colpitts con reazione sull'emettitore, quindi un classico amplificatore a base comune.

Nel tuo schema manca il collegamento dal centro del partitore capacitivo all'emettore!

Se lo hai realizzato in quel modo, come lo hai riportato, dubito che oscilli; quello che vedi sull'oscilloscopio sarà al più un innesco spurio.

 

Gabriz ti ha messo il circuito emitter follower e la spiegazione.

Mi scuso ho omesso il collegamento nello schema ma c'è sulla breadboard.

 

Sto provando il circuito di Gabriz, c'è qualche avvertenza particolare per il dimensionamento delle resistenze Re Rb1 e Rb2? Ho provato con valori elevati ma non riesco a vedere alcun guadagno

 

Grazie e scusate la svista sullo schema iniziale.

 

[gabri-z]

Il guadagno di questo stadio è appena sotto l'unità , si usa come '' separatore'' tra la fonte e l'amplificatore , mettili al uscita lo stadio che ci hai fatto vedere , dovrebbe amplificare circa 20 volte .

10 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Sarebbe meglio inserire uno stadio di emitter follower tra i 2.

 

[Livio Orsini]

Questo è un oscillatore seguito da un3 stadi di ampli.

Il circuito risale ad un mio lavoro del 1975

[gabri-z]

Adesso devi mettere anche la lista dei componenti.

[RiccardoM1983]

Spettacolo, grazie del supporto.
Mi resta qualche domanda tecnica, ma credo di aver colto l'essenza. Passo alla pratica e se la cosa va in porto poi ritorno per i dubbi che mi son rimasti.
Grazie mille intanto.

PS: anche se molto più poverino metterò il circuito completo alla fine, se funziona, e cercando di non omettere nulla stavolta

[RiccardoM1983]

On 10/14/2019 at 9:15 AM, RiccardoM1983 said:

Spettacolo, grazie del supporto.
Mi resta qualche domanda tecnica, ma credo di aver colto l'essenza. Passo alla pratica e se la cosa va in porto poi ritorno per i dubbi che mi son rimasti.
Grazie mille intanto.

PS: anche se molto più poverino metterò il circuito completo alla fine, se funziona, e cercando di non omettere nulla stavolta

 

Salve a tutti,

ho finalmente l'occasione di tornare sul mio progetto ed avrei bisogno di qualche ulteriore chiarimento.

 

Ho messo in pratica il consiglio di aggiungere l'emitter follower per ammazzare l'impedenza in uscita, usando il secondo blocco nello schema di seguito (fidocad in calce):

Quando misuro la portante con l'emitter follower scollegato, misuro intorno ai 10MHz. Quando attacco l'emitter follower e misuro OSC_OUT2, la frequenza portante è di 70MHz.
Ho provato a modificare i 100pF in ingresso all'emitter follower ma senza particolari variazioni.
Cosa sto sbagliando? Osservo tra l'altro che il valore picco-picco di OSC_OUT2 è molto più elevato (400mV) di quello di OSC_OUT (<100mV).

 

Grazie dell'aiuto,
R

 

[FIDOCAD]
MC 50 35 3 0 080
FCJ
TY 60 25 4 3 0 0 0 * 
TY 55 25 4 3 0 0 0 * 10K
MC 50 60 3 0 080
FCJ
TY 60 50 4 3 0 0 0 * 
TY 55 50 4 3 0 0 0 * 10K
MC 90 60 3 0 080
FCJ
TY 100 50 4 3 0 0 0 * 
TY 95 50 4 3 0 0 0 * 2K
MC 90 10 1 0 120
MC 115 30 1 0 170
FCJ
TY 110 40 4 3 0 0 0 * 
TY 120 35 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 115 50 1 0 170
FCJ
TY 110 60 4 3 0 0 0 * 
TY 120 50 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 25 50 1 0 170
FCJ
TY 20 60 4 3 0 0 0 * 
TY 30 50 4 3 0 0 0 * 100nF
MC 25 60 0 0 040
MC 50 60 0 0 040
MC 90 60 0 0 040
MC 115 60 0 0 040
MC 75 40 0 0 300
LI 90 20 50 20 0
LI 50 20 50 25 0
LI 90 20 90 30 0
LI 50 35 50 40 0
LI 50 40 25 40 0
LI 25 40 25 50 0
LI 75 40 50 40 0
LI 50 40 50 50 0
LI 115 50 115 40 0
LI 115 30 90 30 0
LI 115 30 120 30 0
MC 120 30 0 0 000
FCJ
TY 115 20 4 3 0 0 0 * OSC_OUT
TY 130 40 4 3 0 0 0 * 
MC 80 160 3 0 000
FCJ
TY 85 150 4 3 0 0 0 * 
TY 85 155 4 3 0 0 0 * 5Vcc
MC 60 175 3 0 080
FCJ
TY 65 170 4 3 0 0 0 * Rb1
TY 65 165 4 3 0 0 0 * 
MC 60 205 3 0 080
FCJ
TY 65 195 4 3 0 0 0 * Rb2
TY 65 200 4 3 0 0 0 * 4.7K
MC 95 205 3 0 080
FCJ
TY 100 195 4 3 0 0 0 * Re
TY 100 200 4 3 0 0 0 * 100
MC 80 185 0 0 300
MC 50 185 2 0 000
FCJ
TY 25 190 4 3 0 0 0 * OSC_OUT2
TY 75 185 4 3 0 0 0 * 
MC 120 195 1 0 170
FCJ
TY 115 205 4 3 0 0 0 * 
TY 125 195 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 95 175 3 0 080
FCJ
TY 100 165 4 3 0 0 0 * Rc
TY 100 170 4 3 0 0 0 * 2K
MC 60 205 0 0 040
MC 95 205 0 0 040
MC 120 205 0 0 040
MC 90 10 3 0 000
FCJ
TY 95 0 4 3 0 0 0 * 
TY 95 5 4 3 0 0 0 * 5Vcc
LI 95 165 60 165 0
LI 80 160 80 165 0
LI 60 175 60 195 0
LI 60 185 75 185 0
LI 75 185 80 185 0
LI 120 195 95 195 0
LI 95 175 115 175 0
MC 115 175 0 0 000
FCJ
TY 125 170 4 3 0 0 0 * OUT
TY 125 185 4 3 0 0 0 * 
LI 60 185 50 185 0
LI 90 50 115 50 0
MC 40 105 2 0 000
FCJ
TY 25 95 4 3 0 0 0 * OSC_OUT
TY 65 105 4 3 0 0 0 * 
MC 75 100 3 0 080
FCJ
TY 85 90 4 3 0 0 0 * 
TY 80 90 4 3 0 0 0 * 10K
MC 75 135 3 0 080
FCJ
TY 85 125 4 3 0 0 0 * 
TY 80 125 4 3 0 0 0 * 10K
MC 75 135 0 0 040
LI 115 85 75 85 0
LI 75 85 75 90 0
LI 75 100 75 105 0
LI 75 105 60 105 0
LI 100 105 75 105 0
LI 75 105 75 115 0
MC 100 105 0 0 300
MC 60 105 2 0 170
FCJ
TY 0 100 4 3 0 0 0 * 
TY 50 110 4 3 0 0 0 * 100pF
LI 40 105 50 105 0
MC 115 135 3 0 080
FCJ
TY 125 125 4 3 0 0 0 * 
TY 120 125 4 3 0 0 0 * 100
MC 115 135 0 0 040
LI 115 115 115 125 0
LI 75 115 75 125 0
LI 115 85 115 95 0
LI 115 115 125 115 0
MC 135 115 2 0 170
FCJ
TY 75 110 4 3 0 0 0 * 
TY 125 105 4 3 0 0 0 * 100pF
MC 135 115 0 0 000
FCJ
TY 135 120 4 3 0 0 0 * OSC_OUT2
TY 110 115 4 3 0 0 0 * 

 

Modificato: 1 novembre 2019 da RiccardoM1983

[gabri-z]

Per prima , porta la RE del ripetitore da 100 ai 2k-5k .

Secondo me anche il condensatore andrebbe portato verso 1nF o più .

[gabri-z]

Ma il collettore è collegato al positvo dei 5 V ?

 

P.S. Prova mettere un punto nel incrocio di due linee che sono collegate elettricamente , altrimenti vanno considerate indipendenti , isolate .

[Livio Orsini]

13 ore fa, RiccardoM1983 ha scritto:

Quando misuro la portante con l'emitter follower scollegato, misuro intorno ai 10MHz. Quando attacco l'emitter follower e misuro OSC_OUT2, la frequenza portante è di 70MHz.

 

Possono esserci 2 cause,oppure la somma di queste 2, che spiegano qusta discrepanza.

1. Lo strumento con cui misuri la frequenza ha un discreta capacità d'ingresso, quasta fa risuonare il circuito a freqeunza molto più bassa.
2. L'adozione dello stadio separatore carica l'oscillatore con impedenza molto più alta, pertanto l'ampiezza dell'oscillazione è tale da far distorcere notevolmente il segnale; questo fatto porta a misurare non la fondamentale ma una sua armonica.
3. Se unisci gli effetti dei 2 fatti sopra descritti ti trovi a misurare una freqeunza 7 volte maggiore.

L'osillatore di Colpits si basa sul partitore capacitivo che riporta parte del segnale di uscita in ingresso. Nel tuo circuito, che è un amplificatore a base comune, il rapporto tra le 2 capacità è identico per cui riporti metà della tensione di uscita all'ingresso, quasi certamente è un rapporto troppo elevato.

Dovresti ridurre la capacità di collettore ed aumentare quella verso massa. La tua caqpacità totale attuale è pari a 50 pF ed è questo valore che determina la frequenza di oscillazione assieme al valore di L (oltre alle cpacità parassite). Dovresti mantenere questo valore, ma campiare il rapporto di partizione.

 

Nota che nel mio circuito (la cui frequneza è nell'intorno di 1.4MHz) c'è un resistore in parallelo all'induttanza; questo resistore serve per abbasarne il Q, così da ridurre l'ampiezza della tensione alla risonanza.