LC-Oszillator-Schaltungsanalyse

Q1 und Q2 sind tatsächlich über Kreuz gekoppelt, weil jeder Transistor seinen Kollektor mit der Basis des gegenüberliegenden Transistors verbunden hat. Dies kann als eine Art Dynatron-Oszillator angesehen werden, da sich R1 wie eine Konstantstromquelle verhält. Wo Effizienz wichtiger ist, wird für R1 eine Drossel verwendet. Wenn Sie die Schaltung auf den Kopf stellen und mit PNP-Transistoren neu zeichnen, wird Ihnen alles klar sein.

Es sollte eine Kappe über dem Induktor geben und die erwartete Frequenz ist vorhersehbar. C1 ist nur eine Bypass-Kappe und bestimmt nicht die Osc-Frequenz. Normalerweise wird der Ausgang von der Verbindung des Kollektors von Q1, der Basis von Q2 und L1 genommen. Wenn Sie die Ausgabe dort nehmen, wo sie aufgenommen wurde, erhalten Sie weniger Ausgabe und viel zweite harmonische Verzerrung. Dieser unorthodoxe Ausgangspunkt kann nützlich sein, wenn ein Frequenzverdoppler folgen soll.

Dies ist ein Versuch, die Antwort von @ Autistic oben zu bearbeiten, da dies ein großartiger Augenöffner ist, aber die Schaltpläne nicht wirklich zeigt. Ich möchte nicht auf die Antwort von @Autistic eingehen. Aber ich freue mich, wenn jemand meine Zeichnung klaut und korrigiert und einfügt.

Die Augenöffner waren für mich:

1. "Q1 und Q2 sind tatsächlich über Kreuz gekoppelt, weil jeder Transistor seinen Kollektor mit der Basis des gegenüberliegenden Transistors verbunden hat."
2. "Es sollte eine Kappe über dem Induktor geben und die erwartete Frequenz ist vorhersehbar. C1 ist nur eine Bypass-Kappe und bestimmt nicht die Oszillatorfrequenz."
3. "Normalerweise wird der Ausgang von der Verbindung von Q1-Kollektor, Q2-Basis und L1 genommen."

Also da habe ich das gezeichnet:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Was ich mit meiner Zeichnung zu erreichen versucht habe, ist, die Symmetrie zu zeigen. Aber es könnte nicht richtig sein, weil ich nicht weiß, was genau @Autistic mit der Aussage 2. in der obigen Zusammenfassungsliste gemeint hat, wo genau dieser andere Kondensator hingehört.

Wenn das CircuitLab beim Umleiten von Verbindungen leistungsfähiger wäre, während wir Komponenten verschieben, könnte ich dies eher verbessern, indem ich die gesamten Schaltpläne horizontal umdrehe, sodass die Spannungsquelle auf der linken Seite wäre.

In derselben Idee wie Gunther Schadow schlage ich die folgende Darstellung eines ähnlichen Schemas vor.

C1 ist für den Betrieb dieser Schaltung irrelevant, da es parallel zu einer Null-Ohm-Stromquelle liegt. Sie könnten C1 herausnehmen und es würde keinen Unterschied in der Schaltungsleistung machen, zumindest ist das theoretisch richtig. In der Praxis hat keine Stromversorgung jemals eine Ausgangsimpedanz von Null, daher absorbiert eine parallel geschaltete 50-nF-Kappe hochfrequente Spannungsstörungen dieser Versorgung.

C3 C4 sind die Darstellung der Eingangskapazität für Q3 Q4. (Werte sind nur Näherungswerte)
C2 repräsentiert die Ausgangskapazität für Q3 Q4. Da sowohl Basis als auch Kollektor nur an 2 Knoten angeschlossen sind, scheinen beide Ausgangskapazitäten parallel zu sein, sodass sie zu 1 Kondensator werden. Und da C3 C4 in Reihe geschaltet sind, können sie als 1 Kondensator zwischen beiden Basen angesehen werden. Also dann im Wesentlichen (C3 Serie C4) parallel zu C2 = 1 nur Kondensator. Wir haben dann nur noch 1 Kondensator parallel zu L2, wodurch ein LC-Tank entsteht. Da sowohl Q3 als auch Q4 als Multivibrator an diesen LC-Tank angebunden sind, sind alle Elemente vorhanden, um eine Schwingung einzuleiten.

R1 wird durch R1 R2 ersetzt. Nur um besser zu visualisieren, dass diese Schaltung trotz der Stromversorgungsbindungen frei oszillieren kann. DC-mäßig speist der Versorgungsstrom sowohl Kollektoren als auch Basen gleichermaßen ein, da L2 für DC-Strom null Ohm ist. DC-weise ist es, als hätten wir beide Transistoren vollständig parallel Base1 mit Base2 verbunden, dasselbe für Emitter und Kollektoren. Außerdem sind sowohl Basen als auch Kollektoren miteinander verbunden. Das bedeutet, dass der Gleichstrom gleichmäßig durch beide Transistoren fließt (theoretisch).

Da die Ausgangskapazität der Transistoren einer nichtlinearen Impedanz (transistoreigener Diodeneffekt von der Basis zum Emitter) unterliegt, wird der LC-Schwingkreis durch die erzeugte nichtlineare Stromspannungskurve gestört. Mehr Spannungsversorgung erzeugt mehr Basisstrom, daher werden parasitäre Kapazitäten schneller geladen und entladen, wodurch eine Änderung der Schwingungsfrequenz entsteht. Je aktueller, desto höher die Frequenz, was mit dem Laborergebnis übereinstimmt (zumindest sehe ich das so, aber vielleicht ist dies eine etwas unwissenschaftliche Erklärung).

Zunächst einmal hilft es, wenn Sie einen Link zur Quelle einfügen . Demnach wirkt Q1 als Verstärker in Basisschaltung und Q2 als Verstärker in Kollektorschaltung.

In dieser Schaltung ist C1 direkt mit der 5-V-DC-Quelle verbunden, was bedeutet, dass es immer auf 5 V liegt. Es hat eigentlich keinerlei Einfluss auf die Schaltung. Im wirklichen Leben ist es wahrscheinlich ein Bypass-Kondensator. In der Simulation können Sie es ohne Verhaltensänderung entfernen.

Ich habe versucht, es in PartSim zu simulieren, aber das Verhalten ist ziemlich seltsam. Beim Start schaltet Q1 ein und Q2 bleibt aus. Der Induktorstrom (und damit der Kollektorstrom von Q1) ist Null. Der Basis-Emitter-Übergang von Q1 wirkt wie eine Diode und lässt Strom von V1 zum Widerstand fließen. VCE ist fast Null, sodass die Induktorspannung gleich dem BE-Diodenabfall ist.

Der Induktorstrom steigt mit einer konstanten Rate an. Gleichzeitig sinkt der Basisstrom, da Q1 beginnt, sich weniger wie eine Diode und mehr wie ein Emitterfolger zu verhalten. Ihre Summe (der Widerstandsstrom) ist konstant. Etwa nach einem Viertel des Zyklus wird der Basisstrom negativ. (!!)

Nach einer Weile schaltet sich Q1 aus. Die Polarität der Induktorspannung dreht sich um und erhöht die Spannung des mittleren Knotens über V1. Die Übergänge BC und BE in Q2 sind beide in Vorwärtsrichtung vorgespannt, wobei BE den Strom von R1 erzeugt und BC den Rest des Induktorstroms führt. Bei einer konstanten Spannung darüber (dem BC-Diodenabfall) fällt der Induktorstrom mit einer konstanten Rate ab und wird schließlich negativ. (!!) Schließlich schaltet sich Q2 aus und Q1 ein, wodurch der Zyklus neu gestartet wird. Der Ausgang ist eine geklemmte Rechteckwelle mit einer Amplitude von etwa 600 mV.

Die Stromwellenformen für die beiden Transistoren sehen ziemlich ähnlich aus, daher bin ich skeptisch gegenüber der Beschreibung der Quelle. Die Erklärung des kreuzgekoppelten Oszillators von Autistic klingt viel näher, aber Ihrer Schaltung fehlen die Kondensatoren, sie hat nur eine Induktivität und der Kollektor von Q2 ist AC-geerdet. Vergleichen Sie z. B.:

Ich verstehe nicht, warum der Induktorstrom durch den CB-Übergang von Q1 zu fließen beginnt oder warum die BC- / Induktorspannung von Q2 auch nach Umkehrung des Induktorstroms konstant bleibt. Vielleicht spielt die Übergangskapazität irgendwie eine Rolle? Unabhängig davon scheint es zu schwingen. Vielleicht kann das noch jemand nachvollziehen. Hier ist meine transiente Simulation, die den Start und einen vollständigen Zyklus zeigt.

Hellblau = Kollektorspannung Q1

Schwarz = Ausgangsspannung

Hellgrün = Kollektorstrom Q1

Orange = Kollektorstrom Q2

Lila = Basisstrom Q1

Rot = Basisstrom Q2

Gelb = Strom R1

Dunkelgrün = Induktorstrom (in oberen Pin)