Emissor comum não amplificado

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Estou tentando fazer um transmissor de ondas portadoras de 27 MHz a partir de um oscilador de cristal e um amplificador secundário. Thi é o circuito completo:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

A primeira parte, à esquerda de C6, é um oscilador de cristal colpitts . E no lado direito do C6 está o amplificador emissor comum . O oscilador de cristal Colpitts que eu construí pode ser encontrado aqui .

As fichas técnicas Q1 e Q2 podem ser encontradas aqui .

O problema é o seguinte. Se eu tiver o amplificador CE desconectado e medir a tensão com o osciloscópio em O1 , recebo 150 mV pico a pico. Mas assim que conecto o amplificador CE e medo a tensão em O2 , chego a 300 mV pico a pico (observe que a antena neste momento não está conectada), o que é muito menor do que eu esperava.

Os valores escolhidos para o colpitts oscillator são os mesmos do site em que eu postei um link. Para o amplificador CE, calculei os valores por conta própria, eis como o fiz:

  1. β=100
  2. IC=IE=1mA
  3. VE=1VVB=1.7V
  4. R6=1V1mA=1kΩ
  5. IB=Icβ=10uAIR5=100uAIR4=110uA
  6. R5=1.7V100uA=18kΩR4=9V1.7V110uA=66kΩ
  7. R7=9V4.5V1mA=4.7kΩ
  8. C4XC4<=110×R6C4>=60pF

C5 e C6 foram escolhidos arbitrariamente. Se alguém pudesse me dizer como calcular com precisão seus valores, eu realmente aprecio isso.

re=25mVIC Av=RCre=188

Qual poderia ser o problema? Li em algum lugar que o erro de impedância pode afetar a potência do sinal transmitido, poderia ser esse o caso aqui, já que a impedância de saída do oscilador colpitts é relativamente baixa, enquanto a impedância de entrada do amplificador CE é relativamente alta?

Qualquer ajuda é muito apreciada!

EDITAR:

Eu sei que não afirmei explicitamente, mas eu realmente aprecio isso, se alguém puder sugerir uma solução para esse problema.

EDIT2:

E se eu usasse o BS270 MOSFET no modo de porta comum em vez de 2N3904, o ganho aumentaria? Eu li em algum lugar que os MOSFETs são mais rápidos e os vi usados ​​em aplicativos HF. Porque eu os tenho em mãos e não posso comprar nenhum componente no momento.

Golaž
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Boa pergunta, (e resposta de @Chris Johnson) RE: C5 e C6. O C6 é uma tampa de acoplamento e, desde que sua impedância a 27 MHz seja baixa em comparação com o que está dirigindo, deve ser bom ... (Z (1nF) <~ 10 ohms) Não tenho tanta certeza sobre o C5. Você realmente precisa deste boné? Qual é a impedância da antena? É principalmente capacitivo? (Alguns pF?)
George Herold
Ah, obrigado pela explicação. Na verdade, não tenho antena no momento, mas estava pensando em usar apenas um fio de cobre sólido. C5 está lá para se livrar da tensão de polarização DC.
Golaz
Não tenho certeza sobre o uso de um MOSFET no modo de porta comum - acho que você precisaria de um código de cas para aumentar a impedância de entrada do amplificador. Se você está obtendo uma quantidade razoável de ganho (fator 5, por exemplo) de um 2N3904 e o C4 maior sugerido na minha resposta editada, tente adicionar um segundo estágio de amplificador NPN idêntico.
Chris Johnson
Quanto maior o C4 funcionou, adicionarei mais estágios, então, os ganhos dos estágios se multiplicam, certo? Obrigado novamente!
Golaz
Na verdade, o ganho é mais em torno 3.
Golaz

Respostas:

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Uma razão é que o ganho do transistor é degradado em altas frequências. Para escolher um exemplo específico, o semicondutor ON BC546 possui um produto de largura de banda de ganho (GBP) de 100MHz à corrente do coletor de 1mA (consulte a figura 6 na folha de dados vinculada). Isso significa que, na frequência de 27 MHz, o ganho atual (beta) é de cerca de 100 MHz / 27 MHz = 3,7, e não 100.

A 27 MHz, as capacitâncias dispersas no transistor (amplificadas pelo efeito Miller ) também podem estar desempenhando um papel na redução do ganho.

Simplesmente substituir o transistor por um mais adequado para altas frequências pode ser suficiente para corrigir o problema. Você pode escolher apenas um transistor de uso geral diferente: o 2N3904, por exemplo, é um pouco melhor com uma GBP típica de 300MHz. Uma solução melhor é provavelmente escolher um dos muitos transistores projetados para aplicações de alta frequência. Para escolher um aleatoriamente, o PN5179 da Fairchild tem uma GBP típica de 2000MHz.

Devido ao efeito Miller, o amplificador de coletor comum não é especialmente adequado para amplificação de alta frequência, e topologias como o amplificador de base comum são frequentemente usadas para sinais em várias dezenas ou centenas de MHz. No entanto, a 27 MHz, desconfio que você esteja bem com um amplificador de emissor comum.

Um fator adicional que limita o ganho é que a impedância de C4 || R6 precisa ser adicionado a r_e ao calcular a resistência do emissor nas frequências de sinal. Normalmente, C4 é escolhido para ter impedância desprezível nas frequências de sinal em comparação com o r_e do transistor, mas a 27MHz a impedância do seu R6 || C4 é de cerca de 55Ω (dominado pela impedância de 59Ω de C4). A troca de C4 para um capacitor de 1nF ou 10nF deve aumentar o ganho em mais de um fator de dois.

Chris Johnson
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Essa resposta seria melhorada sugerindo uma solução. Talvez um arranjo diferente do transistor? Mais etapas?
Phil Frost
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Eu pensei que a sugestão de usar um transistor com um produto de maior largura de banda de ganho, juntamente com o exemplo de transistor incluído, era uma excelente solução. Além disso, a sugestão de usar o arranjo de base comum - junto com o motivo - foi a cereja no topo do bolo. Na minha opinião, é claro.
EM Fields
Usando 2N3904 melhorou um pouco o ganho, tentarei suas outras sugestões também. Obrigado pela ajuda!
Golaz
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Campos EM - As soluções sugeridas foram adicionadas após o comentário de Phil Frost.
19414 Chris Johnson
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Algumas coisas em que pensar - o que os resistores de polarização DC fazem no seu sinal? Se você removesse o Q2, mas deixasse R4 / R5, qual seria o ganho em O1? Além disso, você calcula o ganho do segundo estágio como RC / re, mas negligencia o efeito de R6, que está em série com re. Com essas duas coisas em mente, volte e calcule o ganho.

kerrybp
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Sim .... a incompatibilidade de impedância pode fazer parte do problema. Lembre-se de que impedâncias iguais (dentro e fora dos estágios) permitem a máxima transferência de potência. Outra etapa extra que você pode executar é adicionar um "buffer" com alta impedância de entrada, o que evita o carregamento do primeiro estágio (o oscilador Colpitt). O estágio sugerido é um amplificador de coletor.

user233856
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