Was ist der Grund für die Beschaltung der ZF-Stufentransformatoren in diesen AM-Überlagerungsempfängern?

Ich gehe gerade R. Quans Buch „ Build your own transistor radios “ durch und versuche, einen seiner einfachen AM-Superhet-Empfänger zu bauen.

Da es viele funktionierende Schaltpläne bietet, ist das Buch aus der Sicht eines Neulings - der ich bin - des HF-Designs sehr interessant, aber viele kleine Details bleiben irgendwie unerklärt oder werden als selbstverständlich angesehen (obwohl die Buch soll für Bastler/Studenten gemacht werden): Eines der verwirrendsten Dinge für mich ist, wie der Autor Stufentransformatoren verwendet hat, um verschiedene Teile des Empfängers zu verbinden.

Während ich ihre grundlegendste Verwendung verstehe (hauptsächlich Impedanzanpassung und Herunterstufen von Signalen), kratze ich mich immer noch am Kopf darüber, wie der Autor einige Pins verbindet.

Ich habe ein paar Beispiele aus verschiedenen Arten von Schaltungen, in denen ich die Verwendung von Stufentransformatoren ziemlich verwirrend fand:

Ex. 1Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen Sie in Bezug auf dieses erste Schema den Mischer / Oszillator , der aus dem Transistor Q1 (2N3904) und dem Transformator T1 (42IF100) besteht: Warum wird das Oszillator-Rückkopplungssignal von Pin 2 (dem mittleren angezapften Pin) von T1 genommen, anstatt von Pin 1 (der "obere" Stift)?

Wenn man sich das Datenblatt von 42IF100 ansieht, scheint [1-2] 104 Windungen zu haben , während [1-3] 107 hat .

Der Autor sagt, dass Tap "den Anschluss an den niedrigen Eingangswiderstand am Emitter von Q1 ermöglicht, der typischerweise weniger als 500 Ohm beträgt, um eine Verschlechterung des Q des Parallelresonanzkreises zu vermeiden", was in Ordnung ist, aber warum dann nicht stattdessen Pin 1 anschließen von Pin 2 zum Emitter von Q1?

Wo liegt der entscheidende Vorteil, Pin 2 anstelle von Pin 1 anzuschließen?

Soll nur der Emitter von Q1 über die Wechselstromimpedanz der Spule vom LC-Resonanzkreis getrennt werden, damit die Resonanzfrequenz nicht durcheinander gebracht wird?

Beispiel 2Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen Sie in Bezug auf dieses zweite Beispiel den Transformator T2 (42IF101), der mit dem Kollektor des Transistors Q2 (2N3904) verbunden ist. Nehmen wir an, der VCC-verbundene Pin von T2 ist Pin 1 , der mittlere angezapfte Pin ist Pin 2 und der "floating" Pin ist Pin 3 . Aus dem Datenblatt von 42IF101 sehe ich, dass [1-2] 70 Windungen hat , während [2-3] 87 hat , also ist T2 irgendwie mittig angezapft .

Ich verstehe, dass T2 benötigt wird, um die Impedanz zwischen dem Kollektor von Q2 und dem niedrigen Eingangswiderstand des von Q3 gebildeten gemeinsamen Emitterverstärkers anzupassen.

Und da T2 eine interne Kappe zwischen [1-3] hat , die es auch zu einem 455-kHz-Filter macht , erhalte ich dann, dass die Verwendung eines Spulenabgriffs in T2 vermeidet, das Q des LC-Kreises mit dem Kollektor-Emitter-Widerstand von herunterzuladen Q2 (bei einem solchen Widerstand in der Größenordnung von 100 KOhm spiegelt dieser Widerstand die Knoten 1-3 von T2 als 100 K * n ^ 2 wider, wobei n das Windungsverhältnis zwischen [1-3] und [1-2] ist).

Aber hier sind die Dinge, die ich neblig finde: Da T2 als 455-kHz-ZF-Filter über die erste Spule und die interne Kappe 1-3 verwendet wird, wie kann diese Filterung funktionieren, wenn Pin 3 schwebend gelassen wird, anstatt mit Masse verbunden zu werden ?

Und wie kann die Filterung erfolgen, wenn Sie das Signal in die Mitte der Spule einspeisen und somit effektiv nur die Hälfte davon nutzen? Bringt das nicht die Resonanzfrequenz des LC-Filters durcheinander, der von der gesamten ersten Spule und der internen Kappe gebildet wird?

Und schließlich, wie vermeidet diese Konfiguration effektiv das Herunterladen des Q des Filters (wie zuvor erläutert), indem der Kollektor-Emitter-Widerstand von Q2 an den Knoten 1-3 von T2 reflektiert wird, wenn [2-3] als nicht zu betrachten ist -vorhanden wegen der schwebenden Verbindung an Pin 3?

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Es tut mir im Voraus leid, wenn ich etwas komplett abgeschrieben habe, aber wie gesagt, ich musste die meisten Warums für die Details in diesen Schaltungen selbst herausfinden. Ich bin nicht wirklich ein Fan des Mottos "es funktioniert, weil es funktioniert" (was unter Bastlern einfach cool zu sein scheint und es scheint auch der Ansatz des Autors in einigen Schlüsselpassagen des Buches zu sein), weil es definitiv zu Affenelektronik führt .

Vielen Dank im Voraus, wenn Sie sich die Zeit genommen haben, Erklärungen oder Vorschläge abzugeben.

Hinweis: Dies ist im Wesentlichen eine gut fokussierte Frage. Es gibt viele Details, aber die Antworten fallen in eine eng verwandte Gruppe. Ich würde hoffen, dass Leute, die es nicht verstehen, vorbeigehen und es NICHT ablehnen. (Nach der Schlafenszeit in Neuseeland oder ich würde in Betracht ziehen, zu antworten)
@RussellMcMahon danke für das Feedback und die Klarstellung; Es tut mir leid, wenn ich eine "hässliche" Frage gepostet habe, aber ich bin nicht wirklich an diese Plattform gewöhnt. Und da ich gerne eine sehr detaillierte Antwort erhalten möchte, habe ich so viele Details wie möglich gepostet.
Ich finde die Frage gut. Ich mag die detaillierten Erklärungen, die zeigen, was Sie wissen und wissen wollen. Einige würden es als zu unkonzentriert ansehen und für die Schließung stimmen. Ich bin Moderator, kann aber die Perspektiven anderer Leute nicht kontrollieren :-). In manchen Fällen können Abstimmungen zum Schließen durchaus auf Expertenmeinungen beruhen, aber in anderen Fällen können Leute, die nicht viel über das Thema wissen, es grob überfliegen und dann für das Schließen stimmen. Letzterem wollte ich vorbeugen.

Antworten (2)

Wenn Sie einen stabilen Oszillator wünschen (da sich T1 im LO befindet), möchten Sie im Wesentlichen einen abgestimmten Schaltkreis mit hohem Q. Wenn Sie in ähnlicher Weise eine scharfe Abstimmung des HF-Verstärkers für eine gute Unterdrückung nahegelegener Störsender wünschen, benötigen Sie einen abgestimmten Schaltkreis mit hohem Q.

Und um einen abgestimmten Schaltkreis mit hohem Q zu erhalten, möchten Sie ihm keine Energie entziehen, indem Sie einen niedrigen Widerstand darüber anschließen.

Wenn der Emitter eine an Pin 1 angeschlossene 500-Ohm-Last liefert, würde er den abgestimmten Schaltkreis stark dämpfen, was zu einer schlechten Abstimmung führen würde (wenn er überhaupt schwingen würde).

Nun, eine Sache, die man über einen Transformator (oder Autotransformator: der Primärtransformator ist hier ein Autotransformator) verstehen muss, ist, dass er, weil er die Spannung erhöht oder verringert, den Strom verringert oder erhöht (entgegengesetzte Richtung), wobei das Energieerhaltungsgesetz eingehalten wird.

Wenn also T1 die Spannung um 1:10 erhöht (es gibt 10 Umdrehungen von den Pins 2:3 und 90 von den Pins 1:2, insgesamt 100 Umdrehungen), wird der Strom um 10:1 heruntergesetzt.

Die Folge davon ist, dass die Impedanz um 100:1 erhöht wurde. (Dies ist die Verbindung zu "Impedanzanpassung").

Eine 500-Ohm-Last an den Pins 2:3 würde also eine 50-kOhm-Last an den Pins 1:3 bilden, was eine scharfe Abstimmung ermöglicht. (Ich lasse Sie das Äquivalent für eine Steigerung von 3:107 berechnen!)

#T2 ebenfalls ... aber denken Sie daran, dass Pin 3 NICHT wirklich offen ist! Die interne Kapazität liegt zwischen den Pins 1 und 3, also ist dies wieder ein Schwingkreis, bei dem die Ausgangsimpedanz von Q2 durch den Autotransformator verstärkt wird.

Danke für die Antwort! Korrigieren Sie mich also, wenn ich falsch liege: Sie sagen, beide Beispiele beziehen sich auf dieselbe "Strategie", die Impedanz (vom Emitter im ersten Fall / vom Kollektor im zweiten Fall) so zu erhöhen der Resonator sieht die größtmögliche Impedanz, um zu vermeiden, dass er "abgelassen" wird (weil dies seine Wirksamkeit verringern würde) [weiter...]
Das einzige ist, ich bin mir nicht sicher, ob ich mir vorstellen kann, wie es möglich ist, das Signal im zweiten Fall richtig zu filtern: Wenn die Resonanzfrequenz aus der Parallele der ersten Spule und der internen Kappe erhalten wird, sollte das Signal nicht an einem Ende der ganzen Spule "eingespritzt" werden? Oder funktioniert es vielleicht, weil die erste Spule als Spartransformator fungiert, und wenn das Signal am Mittelabgriff präsentiert wird, wird es auch an der gesamten Spule vorhanden sein (je nach Verhältnis vergrößert oder verkleinert)?
Das ist richtig ... Pin 1 ist GND (an AC, über C19) und Sie legen eine Spannung an Pins 1,2 an und sehen eine höhere Spannung an 1,3. Beachten Sie, dass der Q2-Kollektor eine ziemlich hohe Impedanz hat, sodass das Aufwärtsverhältnis nicht annähernd so hoch sein muss wie im LO.

Wo liegt der entscheidende Vorteil, Pin 2 anstelle von Pin 1 anzuschließen?

Soll nur der Emitter von Q1 über die Wechselstromimpedanz der Spule vom LC-Resonanzkreis getrennt werden, damit die Resonanzfrequenz nicht durcheinander gebracht wird?

Ja, ein niedriger Abgriffspunkt hält den Q des Oszillatorresonators hoch, aber es gibt noch einen weiteren Grund für einen sehr niedrigen Abgriffspunkt. In diesem Transformator gibt es 3 von 107 Windungen zwischen Emitter und Erde. Diese 3 Windungen stellen für den Emitter eine niedrige Impedanz dar, wie der Autor betont hat. Warum ist das notwendig? ....

Denken Sie daran, dass dies ein Mischpult mit zwei Signaleingängen ist (eigentlich drei):

  • HF-Antennensignal (1 MHz in Basis)
  • Lokaloszillatorsignal (1,455 MHz in Emitter)
  • Audio (in die Basis, mit RF fahrend)

Vergessen Sie für den Moment das Audio - es kann als von den beiden (viel) höherfrequenten HF-Signalen getrennt betrachtet werden und erschwert nur den Betrieb der HF-Schaltung.
Da es nur zwei aktive Stufen mit Verstärkung gibt, wurden alle Anstrengungen unternommen, um die Schaltungsimpedanzen so zu optimieren, dass die Verstärkung groß ist.
Q1 ist ein Mischer mit Verstärkung, der Q1 nicht nur bei 1,455 MHz oszillieren lässt, sondern auch kleine 1-MHz-Signale verstärkt, die an seiner Basis ankommen. Sie können die Funktionen von Q1 separat als Oszillator oder als HF-Verstärker betrachten. Beachten Sie jedoch, dass es nichtlinear arbeiten muss, damit der interessierende Ausgang der Stufe bei 0,455 MHz und nicht bei 1 MHz liegt ... die resultierende Mischerverstärkung ist ein Bruchteil dessen, was sie wärewenn es ein reiner Verstärker wäre (1MHz in, 1MHz out). Wir können die Mischerverstärkung maximieren, indem wir die HF-Verstärkung maximieren.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Betrachten Sie Q1 als HF-Verstärker und vergessen Sie für einen Moment, dass er ebenfalls mit 1,455 MHz schwingt. Für eine hohe Verstärkung würde das 1-MHz-Eingangssignal an seiner Basis eine sehr niedrige Impedanz vom Emitter zur Masse erfahren. Idealerweise wäre der Emitter AC-geerdet, vielleicht mit Kondensator C2 (4,7 nf), wenn es kein Mischer wäre.
Stattdessen wird der Emitter durch C2 geerdet, in Reihe mit 3 Windungen von T1. Die Impedanz dieser drei Windungen ist notwendigerweise klein, so dass die Impedanz vom Emitter zur Erde klein ist, soweit das HF-Eingangssignal bei 1 MHz betroffen ist. Ein kleiner Basiseingangsstrom wird in Q1 zu einem größeren Kollektor-Emitter-Strom verstärkt, wenn die Impedanz am Emitter niedrig ist.

Diese Funkschaltung ist scheinbar einfach (nur 2 Transistoren), aber schlecht zu studieren, da mehrere Signalfrequenzen durchfließen. Die Verfolgung der Komponentenfunktion wird bei mehreren Signalfrequenzen kompliziert (der Mischerbetrieb ist schwer genug, um mit nur zwei Signalen in derselben Stufe zu studieren). Reflex-Funkgeräte, die HF und Audio wie dieses kombinieren, fügen zu viel Komplexität für das Studium der Grundlagen hinzu.
Danke schön! Es ergibt Sinn. Also, wenn ich Ihre Antwort richtig verstanden habe, gibt es 2 Gründe für die Verwendung der angezapften Spule im ersten Beispiel: 1) um eine Verschlechterung des Q des Resonators durch AC-Entkopplung des Emitters von der Parallele von L und C zu vermeiden. 2) um im Grunde sowohl die Emitter-AC-Erdung des Verstärkers für das 455-kHz-ZF-Signal vom Mischer (da der Emitterwiderstand die Verstärkung verringert) als auch den für die Oszillation erforderlichen Rückkopplungspfad auf einmal zu erhalten.
Was ist der Grund für die Beschaltung der ZF-Stufentransformatoren in diesen AM-Überlagerungsempfängern?
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