FM 载波生成

电器工程 射频 原理图 收音机 调频
2022-02-05 03:38:00

我试图了解以下 FM 收音机原理图是如何工作的。

在此处输入图像描述

具体来说,我想知道载波是如何产生的。我了解 LC 坦克的概念,我想我在右上角看到了它,但我不明白振荡/共振是如何开始的。我在网上看到的所有示例都显示了使用频率发生器使 LC 坦克“运行”。显然,这个小(简单)电路没有连接频率发生器。

我问了一个朋友,他告诉我他怀疑涉及晶体管,这是有道理的,但我希望有人可以更详细地向我解释,或者如果它太复杂而无法在这里回答,请指出一些资源(书籍、网站、视频等)让我朝着正确的方向前进。

谢谢!

更新
非常感谢您提供的所有重要信息。在得知这是一个 Colpitts 振荡器后,我能够找到以下提供更多详细信息的资源。我在这里发帖以供将来参考以及可能会发现此问题有用的人:
Wikipedia
Learn About Electronics
YouTube Video
A breadboard based example
Falstad Circuit Simulator
Learn about electronics

4个回答

Q2 和它周围的电路形成了一个Colpitts 振荡器这利用了共基极配置中的晶体管可以具有从发射极到集电极的电压增益这一事实。考虑这个简单的电路:

当 IN 被偏置以使 OUT 接近其范围的中间时,IN 中的小电压变化会导致 OUT 中的大电压变化。增益部分与 R1 成比例。R1 越高,小电流变化产生的电压变化越大。另请注意,保留极性。当 IN 下降一点时,OUT 下降很多。

Colpitts 振荡器利用了这个大于通用基极放大器的单位增益。负载不是 R1,而是使用并联谐振回路。并联谐振回路除了在谐振点处具有低阻抗,理论上它具有无限大的阻抗。由于放大器增益取决于与集电极相连的阻抗,因此它在谐振频率下会有很多增益,但在该频率附近的窄带之外,该增益会迅速降至 1 以下。

到目前为止,这就解释了 Q2、C4 和 L1。C5 将公共基极放大器的一小部分输出电压从 OUT 馈送到 IN。由于谐振点处的增益大于 1,这会导致系统振荡。OUT中的一些变化出现在IN处,然后被放大使OUT产生较大的变化,反馈给IN等。

现在我可以听到你在想,但 Q2 的基极不像上面的例子那样与固定电压绑定我上面展示的在 DC 工作,我用 DC 来解释它,因为这更容易理解。在您的电路中,您必须考虑在 AC 下会发生什么,尤其是在振荡频率下。在该频率下,C3 短路。由于它与固定电压相关联,因此从振荡频率的角度来看, Q2 的基极基本上保持在固定电压。请注意,在 100 MHz(在商用 FM 频段的中间),C2 的阻抗仅为 160 mΩ,这是 Q2 基极保持恒定的阻抗。

R6 和 R7 用于粗略的直流偏置网络,以使 Q2 足够接近其工作范围的中间,以使上述所有内容都有效。它不是特别聪明或强大,但可能适用于 Q2 的正确选择。请注意,在振荡频率下,R6 和 R7 的阻抗比 C3 的阻抗高几个数量级。它们根本与振荡无关。

电路的其余部分只是一个普通的,不是特别聪明或强大的麦克风信号放大器。R1 偏置(可能)驻极体麦克风。C1 将麦克风信号耦合到 Q1 放大器,同时阻断 DC。这使得麦克风和 Q1 的直流偏置点是独立的,不会相互干扰。由于即使是 HiFi 音频也只能降至 20 Hz,我们可以使用 DC 点做我们想做的事情。R2、R3 和 R5 形成一个粗略的偏置网络,对抗 R4 的负载。结果是麦克风信号被放大,结果出现在Q1的集电极上。

然后 C2 将此音频信号耦合到振荡器中。由于音频频率远低于振荡频率,通过 C2 的音频信号有效地扰乱了 Q2 的偏置点。这会稍微改变槽路看到的驱动阻抗,从而稍微改变振荡器运行的谐振频率。

在该模式中,Q1 是增益约为 50-100 的 A 类音频放大器。它用于驱动振荡器级——我从来都不擅长识别具有 C4/L1 @ ~110 MHz 的振荡器类型 [原来 Q2 是 Colpitts 振荡器]。如果我没记错的话,C5 会增加米勒效应,使 Q2 处于不稳定的自振荡状态。

编辑:请参阅Kevin White关于调制如何在该电路中工作的回应。

Q2 配置为所谓的 Colpitts 振荡器。C5 将信号从集电极馈送到发射极。Colpitt 振荡器中的一个重要组件是第二个电容器,它不作为物理组件存在,它是 Q2 的发射极到基极电容。

正如您提到的,LC 谐振回路在传输频率上形成了一个谐振电路。

然而,要制造振荡器需要的不仅仅是谐振电路,它还需要一个放大器来弥补由于电感器的电阻和一些功率被辐射掉的事实造成的损失。

晶体管 Q2 通过将一些信号通过 C5 带到发射极形成放大器,放大后的信号然后出现在集电极返回到 LC 槽。然后将该信号反馈到发射器以进一步放大,依此类推。

这称为正反馈,信号将继续增加,直到受到诸如达到电源轨幅度或 Q2 中限制幅度的非线性等因素的限制。它只需要一个非常小的信号就可以开始工作,并且振荡会迅速建立。

事情是如何开始的?正如马丁所说,它可以从打开电源时引起的干扰开始,但这不是必需的。任何实际的电子电路都会产生所谓的噪声(例如音频背景中的嘶嘶声)。即使这只是几百万分之一伏,它也会像我在上一段中描述的那样积聚起来。

Q1是做什么的?

Q1 将来自麦克风的信号放大到 10 或 100 毫伏的电平,然后馈送到振荡器 Q2。虽然我说过振荡频率是由 LC 槽决定的,但它也受晶体管 Q2 特性的影响。当来自 Q1 的输入电压馈送到 Q2 时,它会稍微改变其特性,并会改变导致 FM 的振荡频率。

它还会改变振荡幅度以及引起幅度调制 (AM),但 FM 接收器会忽略这一点。

关于振荡器电路的启动,我怀疑 C3 是重要的部分。在上电的第一刻,C3 基本上短路,Q2 导通。这为初始振荡提供了动力。C5 然后提供正反馈以维持振荡。