Erzeugung von FM-Trägerwellen

Ich versuche zu verstehen, wie das folgende FM-Radio-Schema funktioniert.

Insbesondere möchte ich wissen, wie die Trägerwelle erzeugt wird. Ich verstehe das Konzept eines LC-Tanks und ich glaube, ich sehe es dort oben rechts, aber ich verstehe nicht, wie die Schwingung / Resonanz gestartet wird. Alle Beispiele, die ich online sehe, zeigen die Verwendung eines Frequenzgenerators, um einen LC-Tank "in Betrieb zu nehmen". Offensichtlich ist an diese kleine (einfache) Schaltung kein Frequenzgenerator angeschlossen.

Ich habe einen Freund gefragt und er hat mir gesagt, dass er vermutet, dass die Transistoren beteiligt sind, was Sinn macht, aber ich hoffe, dass jemand mir das entweder genauer erklären kann oder wenn es zu involviert ist, um hier zu antworten, mich darauf hinweisen Einige Ressourcen (Bücher, Websites, Videos usw.), um mich in die richtige Richtung zu bewegen.

Vielen Dank!

Update
Vielen Dank für all die tollen Informationen. Nachdem ich erfahren hatte, dass dies ein Colpitts-Oszillator ist, konnte ich die folgenden Ressourcen finden, die noch mehr Details enthalten. Ich poste hier für meine zukünftige Referenz und für diejenigen, die diese Frage nützlich finden könnten:
Wikipedia
Erfahren Sie mehr über Elektronik
YouTube-Video
Ein Beispiel auf der Basis eines
Steckbretts Falstad Circuit Simulator
Erfahren Sie mehr über Elektronik

Q2 und die ihn umgebende Schaltung bilden einen Colpitts-Oszillator . Dies macht sich die Tatsache zunutze, dass ein Transistor in der gemeinsamen Basiskonfiguration eine Spannungsverstärkung vom Emitter zum Kollektor aufweisen kann. Betrachten Sie diese einfache Schaltung:

Wenn IN so vorgespannt ist, dass OUT nahe der Mitte seines Bereichs liegt, verursachen kleine Spannungsänderungen in IN große Spannungsänderungen in OUT. Die Verstärkung ist teilweise proportional zu R1. Je höher R1 ist, desto größer ist die resultierende Spannungsänderung aus einer kleinen Stromänderung. Beachten Sie auch, dass die Polarität erhalten bleibt. Wenn IN ein wenig sinkt, sinkt OUT stark.

Ein Colpitts-Oszillator nutzt diese Verstärkung eines gemeinsamen Basisverstärkers, die größer als eins ist. Anstelle der Last R1 wird ein Parallelresonanztankkreis verwendet. Ein Parallelresonanztank hat eine niedrige Impedanz, außer an dem Resonanzpunkt, an dem er theoretisch eine unendliche Impedanz hat. Da die Verstärkung des Verstärkers von der an den Kollektor gebundenen Impedanz abhängt, hat sie bei der Resonanzfrequenz eine große Verstärkung, diese Verstärkung fällt jedoch außerhalb eines schmalen Bandes um diese Frequenz schnell unter 1.

Bisher erklärt dies Q2, C4 und L1. C5 speist einen kleinen Teil der Ausgangsspannung des gemeinsamen Basisverstärkers von OUT nach IN. Da die Verstärkung am Resonanzpunkt größer als eins ist, schwingt das System. Ein Teil der Änderung von OUT erscheint bei IN, das dann verstärkt wird, um eine größere Änderung von OUT vorzunehmen, die auf IN usw. zurückgeführt wird.

Jetzt kann ich Sie denken hören, aber die Basis von Q2 ist nicht wie im obigen Beispiel an eine feste Spannung gebunden . Was ich oben gezeigt habe, funktioniert bei DC, und ich habe DC verwendet, um es zu erklären, weil das leichter zu verstehen ist. In Ihrer Schaltung müssen Sie darüber nachdenken, was bei Wechselstrom passiert, insbesondere bei der Schwingfrequenz. Bei dieser Frequenz ist C3 ein Kurzschluss. Da es an eine feste Spannung gebunden ist, wird die Basis von Q2 im Hinblick auf die Schwingfrequenz im Wesentlichen auf einer festen Spannung gehalten . Beachten Sie, dass bei 100 MHz (in der Mitte des kommerziellen FM-Bandes) die Impedanz von C2 nur 160 mΩ beträgt. Dies ist die Impedanz, mit der die Basis von Q2 konstant gehalten wird.

R6 und R7 für ein grobes DC-Bias-Netzwerk, um Q2 nahe genug an der Mitte seines Betriebsbereichs zu halten, damit alle oben genannten Punkte gültig sind. Es ist nicht besonders clever oder robust, wird aber wahrscheinlich mit der richtigen Wahl von Q2 funktionieren. Es ist zu beachten, dass die Impedanzen von R6 und R7 um Größenordnungen höher sind als die Impedanz von C3 bei der Schwingungsfrequenz. Sie spielen für die Schwingungen überhaupt keine Rolle.

Der Rest der Schaltung ist nur ein gewöhnlicher und nicht besonders cleverer oder robuster Verstärker für das Mikrofonsignal. R1 spannt das (vermutlich) Elektretmikrofon vor. C1 koppelt das Mikrofonsignal in den Q1-Verstärker, während DC blockiert wird. Dadurch können die DC-Vorspannungspunkte von Mikrofon und Q1 unabhängig sein und sich nicht gegenseitig stören. Da selbst HiFi-Audio nur auf 20 Hz herunterfällt, können wir mit dem DC-Punkt machen, was wir wollen. R2, R3 und R5 bilden ein grobes Bias-Netzwerk, das gegen die Last von R4 arbeitet. Das Ergebnis ist, dass das Mikrofonsignal verstärkt wird, wobei das Ergebnis auf dem Kollektor von Q1 erscheint.

C2 koppelt dann dieses Audiosignal in den Oszillator. Da die Audiofrequenzen viel niedriger als die Oszillationsfrequenz sind, stört das durch C2 fließende Audiosignal den Vorspannungspunkt von Q2 ein wenig. Dies ändert die vom Tank gesehene Antriebsimpedanz geringfügig, wodurch sich die Resonanzfrequenz, mit der der Oszillator läuft, geringfügig ändert.

In diesem Schema ist Q1 ein Audioverstärker der Klasse A mit einer Verstärkung von etwa 50-100. Es wird verwendet, um die Oszillatorstufe anzutreiben - ich war noch nie sehr gut darin, Oszillatortypen [stellt sich heraus, dass Q2 ein Colpitts-Oszillator ist] mit C4 / L1 bei ~ 110 MHz zu erkennen. Wenn mein Gedächtnis mir recht tut, erhöht C5 den Müller-Effekt, um Q2 in einen instabilen, selbstoszillierenden Zustand zu bringen.

EDIT : Siehe Kevin Whites Antwort zur Funktionsweise der Modulation in dieser Schaltung.

Q2 ist als sogenannter Colpitts-Oszillator konfiguriert. C5 speist das Signal vom Kollektor zum Emitter. Eine wichtige Komponente im Colpitt-Oszillator ist ein zweiter Kondensator, der nicht als physikalische Komponente existiert und der Emitter zur Basiskapazität von Q2 ist.

Wie Sie bereits erwähnt haben, bildet der LC-Tank bei der Übertragungsfrequenz einen Resonanzkreis.

Damit ein Oszillator mehr als nur einen Resonanzkreis benötigt, benötigt er einen Verstärker, um Verluste aufgrund des Widerstands des Induktors und der Tatsache, dass ein Teil der Leistung abgestrahlt wird, auszugleichen.

Der Transistor Q2 bildet einen Verstärker, indem er einen Teil des Signals über C5 zum Emitter leitet. Eine verstärkte Version des Signals erscheint dann am Kollektor zurück in den LC-Tank. Dieses Signal wird dann zum Emitter zurückgeführt, um weiter verstärkt zu werden und so weiter.

Dies wird als positive Rückkopplung bezeichnet und das Signal steigt weiter an, bis es durch etwas wie das Erreichen der Amplitude der Stromschiene oder die Nichtlinearität in Q2, die die Amplitude begrenzt, begrenzt wird. Es braucht nur ein infinitesimales Signal, um die Dinge in Gang zu bringen, und die Schwingungen werden sich schnell aufbauen.

Wie fangen die Dinge an? Wie Martin feststellt, kann es von der Störung ausgehen, die beim Einschalten der Stromversorgung verursacht wird, aber das ist nicht erforderlich. Jede praktische elektronische Schaltung erzeugt ein sogenanntes Rauschen (z. B. das Rauschen im Hintergrund von Audio). Selbst wenn dies nur ein paar Millionstel Volt sind, wird es wie im vorherigen Absatz beschrieben aufgebaut.

Was macht Q1?

Q1 verstärkt das Signal vom Mikrofon auf einen Pegel von 10 oder 100 Millivolt, der dem Oszillator Q2 zugeführt wird. Obwohl ich angegeben habe, dass die Schwingungsfrequenz vom LC-Tank bestimmt wird, wird sie auch von den Eigenschaften des Transistors Q2 beeinflusst. Wenn die Eingangsspannung von Q1 zu Q2 eingespeist wird, ändert sie ihre Eigenschaften geringfügig und variiert die Frequenz der Schwingung, die FM verursacht.

Es wird auch die Schwingungsamplitude variieren, was ebenfalls eine Amplitudenmodulation (AM) verursacht, aber ein FM-Empfänger wird dies ignorieren.

In Bezug auf den Start der Oszillatorschaltung vermute ich, dass C3 der wichtige Teil ist. Im ersten Moment, während die Stromversorgung angelegt wird, ist C3 im Grunde ein Kurzschluss und schaltet Q2 ein. Dies liefert Leistung für die anfängliche Schwingung. C5 liefert dann eine positive Rückkopplung, um die Schwingung aufrechtzuerhalten.