Aleksander
Burd - strona elektroniki analogowej
Generator
Colpittsa do ćwiczeń (v1.5)
Dla trochę mocniejszych początkujących :-)
16-11-2021
Generator Colpittsa - do prób, ćwiczeń itp.
Klasyczny układ na wspólnej bazie. Z zaprojektowaną
płytką, bo dla początkujących to może być problem: źle zaprojektowana
płytka może uniemożliwić uruchomienie układu, nawet jeśli układ
połączeń jest poprawny. Może np. zadecydować brak solidnej masy.
Dlatego powyższa płytka ma litą masę od spodu. Zdecydowanie odradzam
próby ururchamiania Colpittsa i innych generatorów LC na płytkach
stykowych lub zwykłych uniwersalnych. Właśnie po takich
próbach moich studentów (trochę tego było) i desperackich usiłowaniach
uruchamiania układu na płytce stykowej bądź uniwersalnej, postanowiłem
zaprojektować specjalną płytkę do takich prób. Colpitts sam z siebie
jest trudny, a jeśli dołożyć do tego problemy z przenikami,
rozpraszaniem pola itp wynikających ze słabej płytki, to uruchomienie
generatora staje się niewykonalne.
Układ najlepiej jest oswajać, jak sadzę, na
częstotliwościach rzędu kilkudziesięciu MHz. Wynika to z właściwości
cewek: cewki na te częstotliwości mogą być powietrzne, a to zapewnia
przyzwoitą wartość dobroci i przewidywalność zachowania cewki. Rdzeń
ferrytowy w cewce dodaje kolejny stopień niepewności - jaka jest dobroć
na zakładanej częstotliwości? Jak szybko rdzeń się nasyca i jak wpływa
to na indukcyjność cewki?
Wadą tego zakresu częstotliwości
jest z kolei zwiększona trudność w prowadzeniu obserwacji: nie można
bezkarnie dotykać sondą węzłów generatora. Typowa sonda oscyloskopowa
będzie tu dość silnie oddziaływać na układ (zwłaszcza na węzeł kolektorowy i trochę słabiej na emiterowy). Dlatego do badania
układu przewidziałem lokalną "sondę", czyli wtórnik emiterowy. Krótkim
przewodem (wystarczy 6..8cm) dolutowanym do wejścia wtórnika można
dotykać do węzłów generatora. Oczywiście nawet taki wtórnik też będzie miał
jakiś wpływ na badany układ, ale mniejszy (tak, tak) niż typowa sonda
oscyloskopowa (chyba że to sonda aktywna o b. małej pojemności
wejściowej).
Aha, bo zapewne ktoś wpadnie na
to, że lepiej byłoby zastosować wtórnik na tranzystorze FET. W poprzedniej wersji
tej płytki był FET, ale sprawdzał się tylko przy stosunkowo małych
częstotliwościach generacji. Dla kilkudziesięciu MHz pojemność
wejściowa FETa przeszkadza bardziej, niż nawet niezbyt duża rezystancja
wtórnika bipolarnego.
Obwody pomocnicze i
punkty kontrolne
Pk1 - potencjał bazy; zwykłe napięcie z dzielnika, można mierzyć woltomierzem (są kondensatory blokujące w.cz.).
Pk2 - sygnał na kolektorze - punkt szczególnie wrażliwy: dotykać tylko
lokalną sondą.
I najlepiej: albo obciążyć wtórnikiem ten węzeł na stałe (i nie
odłączać tego obciążenia), albo (lepiej) nie obciążać w ogóle (tylko przy
uruchamianiu).
Pk3 - sygnał na emiterze; punkt także wrażliwy, może trochę mniej.
Uwaga - w tym miejscu sygnał ma prawo nie być sinusoidalny (wręcz nie
powinien taki być, choć nieliniowość nie musi być wyraźnie widoczna).
PR1 - opcjonalny potencjometr montażowy do regulacji prądu emitera. Dla
większych częstotliwości lepiej, żeby go nie było (rozsiewa pole
E-M jak mała antenka).
R7 - zwora zamykająca dodatnie sprzężenie zwrotne. Może być zamieniona
na niewielki opornik (kilka - kilkadziesiąt omów), który pomaga w ustaleniu
wzmocnienia końcowego (można zastosować, jeśli dochodzi do nasycania).
R8, C9 i Pk6 - warto zamontować, nie psują układu, nawet przy w.cz. W
punkcie Pk6 można mierzyć napięcie UEdc woltomierzem, a jest ono dość
istotne: przy poprawnej generacji
układu powinno się podnosić w
stosunku do napięcia mierzonego przy braku generacji.
Sprawdzenie:
wyłączamy generację wylutowując R7. Mierzymy
i notujemy wartość
UEdc (powinno być ok. 1.4V). Nastęnie z powrotem wlutowujemy opornik/zworę R7.
Jeśli układ generuje, a amplituda jest
sensowna,
UEdc
powinno wzrosnąć. Jeśli jednak układ generuje, a UEdc praktycznie się
nie zmienia, to generator może być np. bardzo wrażliwy na temperaturę.
L2, R3, Sp1 - opcjonalny obwód wyjściowy z transformatorem.
Pod pewnymi względami wyjście przez transformator jest najlepszym
rozwiązaniem, o ile ten transformator jest poprawnie zrobiony.
Transformator ten powinien mało obciążać obwód rezonansowy, co
oznacza, że uzwojenie wyjściowe (L2) powinno mieć mało zwojów w
stosunku do L1 (niestety oznacza to utratę amplitudy sygnału).
Przekładnia powinna być w miarę możliwości rzędu 10. Jeśli jednak cewka
L1 ma np. tylko 4 zwoje, to L2 powinno być jednym zwojem. Jeśli L1 jest
cewką w powietrzną, to transformator L1-L2 robimy w
taki sposób, że L1 owijamy na przykład grubym papierem (i ten papier sklejamy), a na tej izolacji nawijamy L2.
C8 i punkty SP2, SP3, SP4 - opcjonalny trymer do stojenia, który może
służyć do dwóch rzeczy.
1) Strojenie częstotliwości rezonansowej - w takim przypadku należy
zewrzeć SP3 i SP4. Uwaga: strojenie częstotliwości tak czy siak będzie
wpływać na stopień podziału, ale trymer będzie bardziej odpowiedzialny
za częstotliwość.
2) Regulacja stopnia podziału dzielnika pojemnościowego - wtedy
zwieramy SP3 i SP2. Uwaga: regulacja podziału tak czy siak będzie
wpływać na częstotliwość rezonansową, ale tym razem trymer będzie
bardziej odpowiedzialny za stopień podziału. W tym wypadku trzeba też
zauważyć, że suma pojemności trymera z pojemnością C2 (Ctrim + C2) musi
być wyraźnie większa od C1, jeśli dzielnik ma mieć sensowny podział.
R15 (Rrq) - opcjonalny pogarszacz dobroci
W pewnych przypadkach, kiedy zastosowana cewka ma bardzo dużą dobroć
(kilka zwojów grubej srebrzanki może wykazać np. Q > 200), może być
konieczne zepsucie dobroci (!) dodatkowym opornikiem. Należy to
zastosować, jeśli żaden stopień podziału C2/C1 nie jest w
stanie zapewnić poprawnej pracy detektora emiterowego (nie podnosi się
potencjał UEdc).
Płytka PCB
Spodnia strona płytki to lita masa (poza wycięciami na pady przelotowe - w przypadku wykonania w firmie płytkowej).
Dzięki temu można tę płytkę łatwo zrobić domowym sposobem.
Termotransferem trzeba przenieść tylko górną stronę, dolnej strony nie
trawimy. Płytkę wiercimy. Tam, gdzie są przelotki do masy (kwadratowe),
wlutowujemy druty łączące lokalną masę górną z masą spodnią. Z kolei
pady, które nie są połączeniem z masą, tylko np. nogą cewki,
elektrolita albo złącza, "izolujemy" od masy spodniej robiąc fazkę
wiertłem o średnicy ok. 2.5mm.
Zastosowany rozmiar oporników i kondensatorów SMD to 806 (poza R7 - rozm. 1206) do ręcznego lutowania.
Miłej zabawy i cierpliwości!
Aleksander Burd
POBIERZ: najnowszy projekt (1v6) schemat, PCB i Gerbery (Kicad 5)
POBIERZ: SCHEMAT 1v5 (bitmapa)
POBIERZ: OBRAZ PCB 1v5 (bitmapa)
POBIERZ: PROJEKT 1v5 (Kicad, oraz pliki Gerber)
POBIERZ: ARTYKUŁ nt. Colpittsa
Colpitts for practice by Aleksander Burd
is licensed under a Creative
Commons 4.0 License.