Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

[Solved] Generator colpittsa, budowa.

michalek002a 04 Jan 2020 18:41 2169 41
  • #1
    michalek002a
    Level 8  
    Witam. chcę zbudować generator colpittsa. Częstotliwość jest nie ważna, chcę się nauczyć budować generator do różnych celów o dowolnych parametrach. Moje pytanie to, jakie mają być proporcje między pojemnościami kondensatorów i indukcyjnością cewki, aby otrzymać najlepszy generowany sygnał(tzn. o największej amplitudzie i żeby była pewność działania generatora). Który kondensator za co odpowiada, jak można manipulować ich wartościami? Jakie są optymalne parametry rezystorów i dławika(czy można go zastąpić rezystorem?), a jaka najlepsza β tranzystora?
    W załączniku wysyłam schemat, jednak jeżeli są lepsze, bardziej sprawdzone schematy generatorów to poproszę.

    Wiem, że na internecie są wzory, ale nie wiem jak to ma w praktyce wyglądać, na co można sobie pozwolić, a na co nie, aby generator działał.
  • #2
    Koderr
    Level 37  
    Tutaj znajdziesz sporo informacji na temat tego generatora.
    Informacji w internecie jest mnóstwo (nie tylko wzory).
    Wystarczy chcieć poszukać i czytać :-)
  • #3
    michalek002a
    Level 8  
    Przeczytałem cały artykuł i zbudowałem testowy generator. Zdaje się działać ok w niskich częstotliwościach (20kHz), Urms sygnału wynosi 3V. Jednak, gdy chcę uzyskać częstotliwość 200kHz, napięcie skuteczne spada aż do 5mV. manipulując wartościami elementów, nie potrafię zwiększyć amplitudy. W przytoczonym artykule nie mogę się doszukać rozwiązania. Co może być przyczyną?
  • #4
    Wertyuud
    Level 21  
    Żeby ocenić co jest problemem, musimy znać dokładny schemat - kolega podał schemat, ale nie wiadomo jakie są wartości, użytych komponentów. Druga sprawa, to sposób montażu też nie jest znany - być może jest jakiś istotny błąd. Ostatnia rzecz to metoda pomiarowa - jeśli został użyty do pomiaru zwykły multimetr, to możliwe, że on jest tu problemem. Wiele tanich multimetrów nie zmierzy napięcia przy częstotliwościach rzędu 200kHz i trzeba sprawdzić jaki zakres częstotliwości jest podany w instrukcji obsługi.
  • #10
    User removed account
    Level 1  
  • #11
    _jta_
    Electronics specialist
    Widziałem sondę w.cz., w ktorych do prostowania użyto EAA91. ;)

    Diody Schottky powinny mieć lepszą stabilność i powtarzalność, niż ostrzowe.

    AAP153 są na Allegro - 15 gr. sztuka (jak się kupuje 25 i płaci 3,75zł). Z dostępnością diod Schottky jest tam gorzej - z detekcyjnych są tylko SMD, 8zł za 100 sztuk. Nieco tańsze w sklepie (a dużo tańsze na Allegro) są 1N4148. W sklepie Semiconductors Bank ostrzowych germanowych nie znalazłem (w Soltroniku, u Piekarza i w TME też nie), a detekcyjnych Schottky jest parę typów w cenie około 22gr za sztukę. TME ma poniżej 10gr detekcyjne Schottky SMD, najtańsza przewlekana BAT46 około 15gr.
  • #13
    User removed account
    Level 1  
  • #14
    _jta_
    Electronics specialist
    Sprawdziłem dla BAT42 - przy małym napięciu ma prąd wsteczny około 30nA, a DOG62 4uA - ponad 100 razy większy. To wpływa na napięcie przewodzenia, i przynajmniej przy małym prądzie (rzędu kilku uA) DOG62 musi mieć niższe. Przy wzroście prądu do paru mA BAT42 i AAYP37 (ta ma złote ostrze) mają charakterystyki z grubsza zgodne ze wzorem Shockleya, natomiast dla DOG62 napięcie rośnie wielokrotnie szybciej - w rezultacie dla DOG62 spadek napięcia znacząco zależy od prądu (i to fałszuje pomiar w sposób trudny do przewidzenia), dla BAT42 i AAYP37 niewiele. AAYP37 ma napięcie przewodzenia minimalnie większe od BAT42 (dane z wykresów przy prądzie 1mA: DOG62 ma napięcie przewodzenia 0,40V, AAYP37 0,30V, BAT42 0,28V; przy 0,1mA: 0,10V, 0,24V, 0,21V), prąd wsteczny przy niskim napięciu z 10x większy. Zaletą diod germanowych jest mała pojemność (kilka razy mniejsza, niż BAT42, która ma 7pF), natomiast mają dość długie czasy przełączania (BAT42 ma 5ns, a AAYP37 500ns - 100x dłuższy).
  • #15
    atom1477
    Level 43  
    Prąd wsteczny nie ma znaczenia.
    W sondzie w.cz. dioda pracuje mniej więcej na sygnale o wypełnieniu 50%, więc prąd wsteczny trwa przez tyle samo czasu co prąd przewodzenia (no prawie, bo doładowywanie trwa tylko na szczytach sinusoidy a rozładowywanie cały czas).
    W takim wypadku nie liczy się prąd wsteczny, tylko stosunek prądu wstecznego do prądu przewodzenia.
    A ten nawet dla diod ostrzowych jest co najmniej z 10 razy mniejszy. Więc ma marginalny wpływ na pomiar.

    Za to możliwość przewodzenia praktycznie od 0mV to duża zaleta. Mało znana zaleta.
    Kiedyś prostowanie w takiej diodzie tłumaczono "efektem ostrzowym". Potem określono to jako tworzenie się kontaktu M-S (czyli jak w diodzie Shottky'ego). Albo tworzeniem się złącza PN za pomocą zdomieszkowania półprzewodnika materiałem ostrza.
    Te dwa ostatnie zjawiska nie wyjaśniają jednak przewodzenia od praktycznie 0mV.
    Ciekaw jestem jaka jest oficjalna współczesna teoria o działaniu takich diod.

    Praktycznie nie są one już stosowane, ale jedno zastosowanie się znalazło. Widziałem taką w kalkulatorze z panelem PV.
  • #16
    _jta_
    Electronics specialist
    atom1477 wrote:
    Ciekaw jestem jaka jest oficjalna współczesna teoria o działaniu takich diod.

    Wzór Shockleya jest znany od dawna. Mam wrażenie, że dioda opisana tym wzorem działa znacznie lepiej od ostrzowej. Z grubsza, prąd przewodzenia przy napięciu około 20mV powinien być równy prądowi wstecznemu w zakresie 'flateau', przy około 40mV 3x większy. Ale tego nie odczyta się z wykresu zamieszczonego w #13 - jest za mało dokładny przy tak małych prądach. Prąd diody ostrzowej rośnie powoli, więc na tamtym wykresie sprawia wrażenie przewodzenia od 0. Weźmy diodę AAP162 - żeby przewodzić 1mA w temperaturze 25°C, potrzebuje 0,60V; przy 0,30V przewodzi 0,3mA, przy 0,20V - 0,2mA, przy 0,15V - 0,15mA; wygląda to na zależność liniową, tylko jest kwestia, z jaką dokładnością to narysowano, na ile dokładnie można odczytać. Taka "rozmyta" zależność powoduje, że napięcie znacząco zależy od prądu, jaki płynie w impulsie.

    Do detekcji małych sygnałów lepiej nadaje się dioda odwrócona, która ma przebicie od 0V - i jej charakterystyka przebicia jest znacznie ostrzejsza od diody Schockleya - w diodzie odwróconej występuje ten sam efekt kwantowy, co w tunelowej, tylko nieco słabiej. Ale przy większych sygnałach przepuszcza prąd w obie strony...
  • #17
    michalek002a
    Level 8  
    Kupiłem oscyloskop i podłączyłem generator. Działa jak trzeba. Jeżeli ktoś jeszcze śledzi ten temat, mam pytanie. Chcę na bazie generatora zbudować wykrywacz metali. Generator nastroiłem na 540 kHz i zmieniałem indukcyjność cewki (199 uH - 201 uH, średnica 17 cm, średnica przewodu 0,4 mm) przykładając do niej dłoń lub coś metalowego. Częstotliwość zmieniała się zaledwie o 1 kHz. Nie wiem tylko jak zamienić zmianę tej częstotliwości na zmianę częstotliwości w paśmie słyszalnym. Myślałem o zmieszaniu z drugą częstotliwością 540kHz, aby powstało dudnienie w częstotliwości słyszalnej, ale miałem problem ze zbudowaniem demodulatora. Zauważyłem tylko coś ciekawego, gdy zestroiłem radio na tę częstotliwość. Przykładając coś do cewki, słychać jest zmianę częstotliwości piszczenia. Nie wiem tylko z czego to wynika i w jaki sposób to w praktyce mogę wykorzystać. Daję tutaj link do pomiarów oscyloskopem (z dźwiękiem) podczas przykładania czegoś do cewki.
    https://drive.google.com/open?id=1bZxUiEGECYnOXxkSEGnJBTBPaTR-hkEd Generator colpittsa, budowa.
  • Helpful post
    #18
    Koderr
    Level 37  
    540 kHz to stanowczo za wiele :-)
    Poczytaj trochę o wykrywaczach metali, a dowiesz się, że pracują na dużo niższych częstotliwościach, a przede wszystkim, dowiesz się dlaczego.
  • #19
    atom1477
    Level 43  
    No i taki wykrywacz nie będzie działał tak jak się można spodziewać.
    Zbliżanie przedmiotu z litej stali nie zmniejsza, a zwiększa częstotliwość (mimo że rdzeń ferromagnetyczny zwiększa indukcyjność cewki).
    A to dlatego że powstają prądy wirowe czyli wzrastają straty (choć dlaczego to miało by wpływać na częstotliwość to nie wiem).
  • #20
    _jta_
    Electronics specialist
    michalek002a wrote:
    Nie wiem tylko jak zamienić zmianę tej częstotliwości na zmianę częstotliwości w paśmie słyszalnym.

    Można przy użyciu układów cyfrowych: komparator (żeby z sygnału generatora zrobić sygnał 0/1), przerzutnik D (na wejście D) i stabilny generator zegara do tego przerzutnika (ze 3-5 kHz). Do wyjścia przerzutnika podłączasz słuchawki (tylko niezbyt czułe, ewentualnie szeregowo opornik 1 k) i zawsze coś usłyszysz. Podobny wynik da układ Sample and Hold (też potrzebny będzie generator zegara ze 3-5 kHz).

    Można (ale to wymaga dostrojenia) zrobić układ analogowy - drugi generator i mieszacz - częstotliwość tego drugiego generatora trzeba dobrać tak, by różnica była w paśmie akustycznym. Problem w tym, że dopóki nie trafisz, to nic nie słyszysz - ale z oscyloskopem nie sztuka pomierzyć częstotliwości i zestroić tak, by były zbliżone.
  • #21
    michalek002a
    Level 8  
    _jta_ wrote:
    Można przy użyciu układów cyfrowych: komparator (żeby z sygnału generatora zrobić sygnał 0/1), przerzutnik D (na wejście D), i stabilny generator zegara do tego przerzutnika (ze 3-5kHz). Do wyjścia przerzutnika podłączasz słuchawki (tylko niezbyt czułe, ewentualnie szeregowo opornik 1k) i zawsze coś usłyszysz. Podobny wynik da układ Sample and Hold (też potrzebny będzie generator zegara ze 3-5kHz).


    A to nie będzie zmieniać tylko współczynnika wypełnienia? Bo tak mi wychodzi na symulacji.

    _jta_ wrote:
    Można (ale to wymaga dostrojenia) zrobić układ analogowy - drugi generator i mieszacz. Częstotliwość tego drugiego generatora trzeba dobrać tak, by różnica była w paśmie akustycznym. Problem w tym, że dopóki nie trafisz, to nic nie słyszysz, ale z oscyloskopem nie sztuka pomierzyć częstotliwości i zestroić tak, by były zbliżone.

    Właśnie tak robiłem, ale miałem problem z wyciągnięciem częstotliwości dudnienia, bo na wyjściu miałem częstotliwość generatora zmodulowaną (AM) przez częstotliwość akustyczną. Częstotliwości mieszałem przez dwa połączone szeregowo rezystory. Mam teorię, że przy częstotliwości 540 kHz (już wiem, że powinna być niższa) wszystko psuła pojemność diody (30 pF) w demodulatorze. Równolegle kondensator i rezystor podłączone do masy i do diody, a dioda do wyjścia mieszacza. Jeśli można prosiłbym o schematy ideowe lub rady, co mogę jeszcze zrobić.
    Generator colpittsa, budowa.

    Dodano po 4 [minuty]:

    atom1477 wrote:
    No i taki wykrywacz nie będzie działał tak jak się można spodziewać.
    Zbliżanie przedmiotu z litej stali nie zmniejsza, a zwiększa częstotliwość (mimo że rdzeń ferromagnetyczny zwiększa indukcyjność cewki).
    A to dlatego że powstają prądy wirowe czyli wzrastają straty (choć dlaczego to miało by wpływać na częstotliwość to nie wiem).


    Z czego wynikają te prądy wirowe?
  • #22
    clubber84
    Level 30  
    michalek002a wrote:

    Z czego wynikają te prądy wirowe?

    Kolega sobie przypomni budowę transformatora i sprawdzi, co się w takich urządzeniach robi, żeby te prądy ograniczać?
    A potem sprawdzi konstrukcję wykrywacza metali, doda do tego wyrażenie "lity kawałek stali" i wszystko się wyjaśni. :wink:
  • #23
    michalek002a
    Level 8  
    Zgadza się, ale np. kawałek stali w ziemi nie składa się z izolowanych blaszek, a wykrywaczowi metali to nie przeszkadza. Więc co jest nie tak w przypadku mojego wykrywacza? Zbyt wysoka częstotliwość miała na to taki duży wpływ?
  • #24
    clubber84
    Level 30  
    Wykrywaczowi to nie przeszkadza, bo jego układ jest odpowiednio zestrojony częstotliwościowo.
    Zmniejszysz częstotliwość, poprawi się układ detekcji.
  • #26
    michalek002a
    Level 8  
    Połączyłem wyjście generatora przez mieszacz ze stałym generatorem. Na wyjściu mieszacza, wzmacniaczem operacyjnym odjąłem górną wstęgę od dolnej(dla wzmocnienia sygnału) i dałem to na głośnik. Słychać piszczenie i zmianę tonu po przyłożeniu metalu do cewki(częstotliwość jest niestabilna, ponieważ generator montowałem na płytce stykowej). Na jaką częstotliwość słyszalną najlepiej nastroić wyjście, na jak najniższą? A na jakiej częstotliwości generatora najlepiej będzie działał wykrywacz? W internecie w jednym źródle piszą, że do 40kHz, a w innym, że nie więcej niż 18kHz więc już nie wiem sam. Zależy mi na czułości na małe przedmioty.
    https://drive.google.com/open?id=1nlZxWn0XaUcDLzEv5AvrkZ2HT9UySJ1o
  • #29
    atom1477
    Level 43  
    10kHz i 100Hz jest ok.
    Żeby zestroić generatory trzeba stroić drugi generator. I najlepiej żeby ten drugi był typu RC (nie będzie wrażliwy na parametry swojej cewki bo jej nie będzie miał, i będzie się dawał łatwo stroić potencjometrem (zamiast trymerem czy zmienną cewką)).
  • Helpful post
    #30
    jarek_lnx
    Level 43  
    michalek002a wrote:
    Częstotliwości mieszałem przez dwa połączone szeregowo rezystory. Mam teorię, że przy częstotliwości 540 kHz (już wiem, że powinna być niższa) wszystko psuła pojemność diody (30 pF) w demodulatorze. Równolegle kondensator i rezystor podłączone do masy i do diody, a dioda do wyjścia mieszacza. Jeśli można prosiłbym o schematy ideowe lub rady, co mogę jeszcze zrobić.
    Aby układ był mieszaczem, musi być nieliniowy, mieszanie to nie jest sumowanie, mieszanie "na rezystorach" nie brzmi jak coś sensownego. Teoria mówi o tym że jak pomnożymy dwa sinusy dostaniemy sinus sumy i sinus różnicy, mieszacz może być układem mnożącym, lub nieliniowym, musi być dostosowany do poziomów sygnałów, impedancji źródeł itp. Pokaż co zrobiłeś.
    Generatory, pomiędzy którymi przenika część sygnału, mogą wzajemnie przeciągać częstotliwość lub się synchronizować (injection locking), połączenie dwóch niebuforowanych generatorów przez rezystory nie brzmi jak dobry pomysł. Jak generatory się zsynchronizują niewielkie zmiany indukcyjności które chcesz wykrywać nie będą miały wpływu na działanie układu.


    michalek002a wrote:
    A to nie będzie zmieniać tylko współczynnika wypełnienia? Bo tak mi wychodzi na symulacji.
    Z mieszaczy "cyfrowych" wychodzi PWM, który trzeba odfiltrować.

    Zależnie od tego czy przeważy wpływ prądów wirowych czy ferromagnetyzmu generator zareaguje zwiększeniem lub zmniejszeniem częstotliwości, czyli jakoś zareaguje, wybór częstotliwości ma wpływ na to jakie prądy wirowe będą płynęły, wybór częstotliwości ma też znaczenie jeśli wykrywacz ma wykrywać w ziemi, a nie tylko w powietrzu :)

    michalek002a wrote:
    Zgadza się, ale np. kawałek stali w ziemi nie składa się z izolowanych blaszek, a wykrywaczowi metali to nie przeszkadza.
    W ziemi są nie tylko kawałki stali, pozostałości po czymś co było stalą, nie przewodzą już tak dobrze, a właściwości ferromagnetyczne nadal mają. Właściwości gruntu są dużą przeszkodą w budowaniu wykrywaczy o dużym zasięgu. W mojej okolicy blachy transformatorowe w lesie, czy kawałki ferrytu na ziemi nie są czymś niespotykanym, "łowcy skarbów" pozostawiają śmieci po rozwalanych transformatorach w rożnych przypadkowych miejscach.