Generator Colpittsa: Czemu częstotliwość jest niższa niż obliczona?

Witam,
Pojawiła mi się potrzeba zbudowania generatora Colpittsa, zakres częstotliwości, który chciałem uzyskać to ~50-100 MHz.
Zbudowałem układ jak poniżej. Problem niestety jest taki, że częstotliwość wyjściowa to 30-40 MHz (w całym zakresie przestrajania trymera).
Co nie za bardzo zgadza się z moimi obliczeniami, bo dla C2 = 8 pF częstotliwość powinna wyjść 99 MHz, a dla C2 = 30 pF ~54 MHz.
Jeżeli zmienię C4 na 20 pF, to częstotliwość wyjściowa waha się w przedziale 60-70 MHz.
Czy mógłby ktoś nakierować mnie na problem? (podejrzewam, że trywialny - aczkolwiek nie mogę sobie z nim poradzić).
Wzór wydaje się prosty, więc nie za bardzo wiem, gdzie może być błąd.

Może po prostu pojemności montażowe?

Obstawiałbym, że rzeczywista pojemność w układzie jest większa od pojemności elementów z uwagi na pojemności pasożytnicze, a cewka nie jest czystą indukcyjnością. Także błedu nie ma, ale model użyty do obliczeń jest zbyt uproszczony.

Pojemności montażowe w rozsądnie zbudowanym prototypie (mam nadzieję że to nie płytka stykowa ) są na poziomie pojedynczych pF. Pojemności tranzystora to już inna bajka, liczyłeś pojemność wejściową tego tranzystora?
Mi wychodzi Cpi 200pF a jeszcze trzeba doliczyć efekt Millera. Pojemność wyjściowa dla MMBT3904 to 9pF (PMST3904 nie ma charakterystyk w DS).
Problem z tymi pojemnościami, jest nie tylko taki że są tak duże jak twoje kondensatory obwodu rezonansowego. One są zależne od punktu pracy, więc generator będzie "płynął" przy zmianach napięcia i temperatury, a także będzie modulowany tętnieniami zasilania. Lepiej rozejrzeć się za tranzystorami w.cz. które maja mniejsze pojemności.

jarek_lnx napisał:

One są zależne od punktu pracy, więc generator będzie "płynął"

Generator Vackářa zapewniłby dużą stabilność. Ale w Wikipedii po polsku nie tłumaczą, o co tam chodzi - a chodzi o to, że dla znanych wcześniej układów transkonduktancja elementu wzmacniającego zależała od częstotliwości - dla jednego układu rosła z częstotliwością, dla innego malała - a Vackář wykombinował układ, dla którego ona prawie się nie zmienia. Warto poczytać Wikipedię np. po angielsku, albo prace Vackářa, gdzie to jest wyjaśnione.

Jak budujesz takie rzeczy, nie tylko generatory, gdzie wartości elementów są krytyczne, to każdy użyty krytyczny element trzeba dokładnie zmierzyć. Jeżeli użyłeś kondensatorów zwykłych foliowych, to one mają tolerancję pojemności od ułamka do 10%. Ceramiczne mają nawet +/- 50%, a w praktyce rozrzut nawet 200% nie jest wyjątkiem. Z indukcyjnościami jest podobnie. Rezystory tu chyba nie są krytyczne, jedynie pod punktem pracy. Przy takim rozrzucie parametrów elementów, nie ma co myśleć o pasożytniczych połączeniach, ścieżkach...
Kiedyś coś robiłem na generatorach Colpittsa i one są stabilne, jeśli się je dobrze zrobi. Nawet peerelowska Unitra robiła oscylatory w głowicach radiowych tego typu, a na małych częstotliwościach generatory podkładu/kasowania w magnetofonach.

SuMariok napisał:

Jak budujesz takie rzeczy, nie tylko generatory, gdzie wartości elementów są krytyczne, to każdy użyty krytyczny element trzeba dokładnie zmierzyć. Jeżeli użyłeś kondensatorów zwykłych foliowych, to one mają tolerancję pojemności od ułamka do 10%. Ceramiczne mają nawet +/- 50%, a w praktyce rozrzut nawet 200% nie jest wyjątkiem.

Pomierzyć warto, ale piszesz jakbyś nie odróżniał Z5U od C0G/NP0, widziałeś NP0 z tolerancją 50%?
Wbrew temu co piszesz, masowo produkuje się układy radiowe, opierając się na elementach ze sklepu, bez żadnych pomiarów, projektant określa indukcyjność/pojemność z tolerancją, fabryka kupuje wg specyfikacji, montuje i działa.

SuMariok napisał:

Ceramiczne mają nawet +/- 50%, a w praktyce rozrzut nawet 200% nie jest wyjątkiem.

Są dwa zasadnicze typy ceramicznych. Duże odchylenia od nominalnej pojemności mają typu II - ferroelektryczne (o pojemnościach 1nF i więcej) przy napięciu dużo niższym od nominalnego (ich pojemność zależy od napięcia). Ceramiczne typu I (one z reguły mają pojemności poniżej 1nF) są stabilne i precyzyjne - stosuje się w nich różne dielektryki, o różnych współczynnikach temperaturowych po to, by stosując połączenie dwóch kondensatorów skompensować wpływ zależności od temperatury parametrów innych elementów.

Dziękuje wszystkim za odpowiedżi,
@jarek_lnx faktycznie nie wziąlem pod uwagę pojemności wejsciowej, i jeżeli wychodzi ona 200pf to faktycznie jest problem dla tego układu.
Mógłbyś nakierować mnie jak ją policzyłeś? Znalazłem taki Link
Ale nie za bardzo potrafie znaleźć potrzebne dane w datashecie.
Jak rozumiem wzór na pojmeność wejściową to : Cibo = Ceb + (Cce x Ccb) / (Cce + Ccb) ?

Byciek94 napisał:

Jak rozumiem wzór na pojmeność wejściową to : Cibo = Ceb + (Cce x Ccb) / (Cce + Ccb) ?

To by miało sens, gdyby tranzystor był elementem pasywnym. Ale on raczej działa w obszarze aktywnym.

Książka Wideband Amplifiers. By. Peter Staric and Erik Margan do znalezienia w sieci, opisują to dosyć szczegółowo, ja po prostu policzyłem jeden parametr który dowodzi że ten tranzystor nie jest dobry, do układu o tak wysokiej częstotliwości. Nie jest to książka o projektowaniu generatorów a wzmacniaczy.
wzór 3.1.4 strona 3.13

jarek_lnx napisał:

Pomierzyć warto, ale piszesz jakbyś nie odróżniał Z5U od C0G/NP0, widziałeś NP0 z tolerancją 50%?
Wbrew temu, co piszesz, masowo produkuje się układy radiowe, opierając się na elementach ze sklepu, bez żadnych pomiarów, projektant określa indukcyjność/pojemność z tolerancją, fabryka kupuje wg specyfikacji, montuje i działa.

Ehh, przejrzałeś mnie.... i co ja teraz zrobię.... weź może jeszcze uświadom inżynierów i dyrektorów fabryk, żeby nie tracili czasu i zasobów na coś tak bezsensownego jak proces strojenia/uruchamiania. Czyli już nie pojemności montażowe?

_jta_ napisał:

Są dwa zasadnicze typy ceramicznych. Duże odchylenia od nominalnej pojemności mają typu II - ferroelektryczne

Szczerze powiem, że byłem ciekaw, czy ktoś wpadnie na pomysł użycia (omyłkowego) ceramicznych ferrytowych w tak wrażliwym układzie jak generator.

jarek_lnx napisał:

Nie jest to książka o projektowaniu generatorów a wzmacniaczy.

- bo pewnie nie chodzi o to, że wzmacniacze mają taki parametr jak pasmo przenoszenia i ta pojemność jest wtedy istotna... ale co za różnica, wzmacniacz czy generator jednego tonu. W obrębie tego samego typu tranzystora jest spory rozrzut parametrów, gdyby tranzystor powodował aż tak duże odchyłki częstotliwości, to by się do tego raczej nie nadawał, a tak nie jest i nawet nie ma nic lepszego do budowy prostego generatora niż tranzystor.

Napiszę jeszcze raz, żeby na pewno wybrzmiało, takie generatory wymagają dokładności budowy i każdy element musi być dokładnie taki, jaki ma być.
Robiłem ten generator i mi stabilnie działał, a też korzystałem z jakichś wzorów z książek. Problem z nim miałem innym razem w zupełnie innym układzie, do którego się nie nadawał, a mianowicie w wykrywaczu metali, gdzie temperatury i wilgotność się mocno zmieniają, ale to było bardzo dawno temu i prostota takiego wykrywacza mnie skusiła. Dzisiaj już chyba każdy wie, żeby nie robić takich wykrywaczy, bo się nie sprawdzają w terenie.

SuMariok napisał:

Ehh, przejrzałeś mnie.... i co ja teraz zrobię.... weź może jeszcze uświadom inżynierów i dyrektorów fabryk, żeby nie tracili czasu i zasobów na coś tak bezsensownego jak proces strojenia/uruchamiania. Czyli już nie pojemności montażowe?

Nie muszę, sami na to wpadli, widziałeś trymer, albo cewkę z rdzeniem umożliwiającym strojenie w telefonie komórkowym? w tunerze TV z XXI wieku? Oczywiście pierwsze modelowe egzemplarze ktoś uruchamia, stroi, optymalizuje, ale na tym koniec, ale nawet to jest widziane, jako strata czasu, stąd jest duże parcie na symulację na komputerach co pozwala poradzić sobie z reaktancjami pasożytniczymi, jeszcze przed zbudowaniem układu. Produkcyjna seria urządzeń musi mieścić się w zakładanych granicach tolerancji, na podstawie tego że elementy spełniają podane tolerancje, a płytka jest zgodna z projektem.

Ręczne strojenie jest kosztowne, polskie zakłady produkcyjne w których ludzie kręcili "śrubkami" dawno zostały zrównane z ziemią.

SuMariok napisał:

- bo pewnie nie chodzi o to, że wzmacniacze mają taki parametr jak pasmo przenoszenia i ta pojemność jest wtedy istotna... ale co za różnica, wzmacniacz czy generator jednego tonu. W obrębie tego samego typu tranzystora jest spory rozrzut parametrów, gdyby tranzystor powodował aż tak duże odchyłki częstotliwości, to by się do tego raczej nie nadawał, a tak nie jest i nawet nie ma nic lepszego do budowy prostego generatora niż tranzystor.

Dla analizy parametrów tranzystora nie ma to znaczenia, moja uwaga była tylko dlatego, że autor może znaleźć książki o projektowaniu generatorów. Są tam poruszone zagadnienia, których nie ma w książce o wzmacniaczach.

SuMariok napisał:

gdyby tranzystor powodował aż tak duże odchyłki częstotliwości, to by się do tego raczej nie nadawał, a tak nie jest i nawet nie ma nic lepszego do budowy prostego generatora niż tranzystor.

Wyciągnąłeś niemądre wnioski z mojego postu, no ale nie ma w regulaminie obowiązku wyciągania mądrych wniosków.
Ten konkretny tranzystor o niskim ft jest złym wyborem do tego konkretnego generatora. Tranzystor o 10x wyższym ft będzie miał blisko dużo niższą pojemność wejściową i wpływ zmian pojemności, na obwód rezonansowy, również będzie odpowiednio mniejszy. Są inne układy generatorów w których wpływ pojemności złączowych na częstotliwość obwodu rezonansowego, jest zredukowany.

@jarek_lnx dziękuje za przykład i informacje, przyswoje brakującą wiedze i jeszcze raz podejdę do tematu.
od razu zapytam, czy polecasz jakieś ksiażki odnośnie generatorów?