oscilador u.h.f con mosfet de doble puerta y tecnologia

Dep R.F y Micro Ondas
OSCILADOR U.H.F CON TRANSISTOR MOSFET
Javier Arribas Lázaro
st06596@salleurl.edu
1.Objetivos
El objetivo del trabajo es el desarrollo y el montaje de un oscilador
basado en un único transistor capaz de desarrollar una frecuencia de
oscilación dentro de la gama de U.H.F, en este caso , fijada a 900 Mhz.
Debido a la frecuencia tan elevada de oscilación, es necesario un estudio
previo del tipo de oscilador, comparando los modelos teóricos existentes,
con objetivo de buscar un diseño que sea estable en frecuencia y capaz de
cancelar los efectos parásitos de las uniones del transistor.
Otra decisión importante en el montaje, es la elección adecuada de los
componentes, siendo el transistor el elemento principal, pero sin olvidar la
etapa de sintonía, la cual debe ser totalmente SMD y minimizando las
inductancias y capacidades de las pistas.
2. Elección y características del modelo teórico del oscilador
Todo oscilador convencional consta de una red de realimentación
POSITIVA, en la que parte de la salida se realimenta hacia la entrada,
consiguiendo un “aumento” de la señal en cada ciclo, partiendo que la
única señal presente en el inicio es el ruido térmico de los componentes,
este va amplificándose, y se va definiendo hasta llegar a una frecuencia
marcada por el circuito, la llamada frecuencia de resonancia; frecuencia a
la que la señal sufre una menor atenuación en la red de realimentación.
Básicamente, para el margen de frecuencias de radio, se utilizan los
siguientes tipos, todos basados en un elemento amplificador inversor:
- Colpitts: La red de realimentación esta formada por un divisor
capacitivo, que junto con una bobina obtiene el circuito resonante, la
f viene dada por el conjunto serie de bobina y el paralelo de los
condensadores.
- Clapp: Es una modificación del colpitts; se añade un condensador en
serie con la bobina, de un valor menor que los que forman el divisor
capacitivo, obteniendo así una independencia de la f de resonancia
con respecto del valor del divisor. La freq viene dada por el conjunto
serie de bobina condensador.
- Pierce: Es básicamente un Colpitts en el que se ha substituido la
bobina por un cristal de cuarzo. Gran estabilidad y selectividad en
frecuencia.
Nota: existen otros tipos de oscilador pero no son usados para alta freq.
3. Diseño
El tipo de oscilador seleccionado es el Clapp, debido a la
independencia de la frecuencia de oscilación con los valores del divisor
capacitivo, de este modo, simplemente queda un LC.
C?
C
L?
L
LS =
1
CS
1
=W
LC
1
= f
2π LC
La frecuencia de oscilación debe ser de 900 Mhz:
Fijando C a 15 pF, obtenemos 2nH de bobina, muy poca
inductancia, por lo que las pistas influyen significativamente, obligando
a usar SMD.
Para 400Mhz, C=15pF B=10nH
Para 400Mhz, C=2pF B=79nH
Transistor: Se usará un transistor MOSFET de canal N de doble
puerta, para poder aislar la polarizacion de la realimentación, facilitando
el diseño.
Tipo BF966; Vmax(GS)= 25 V, Fmax=2.4Ghz, Beta= Aceptable
Polarización:
12v
R?
220K
Puerta 1
C?
1nF
R?
100K
Se trata de un divisor de tensión, que deja 3.75 v en la Puerta, lo cual
pone al FET en activa. El condensador a masa desacopla la señal de R.F
Alimentación:
Debido a la alta frecuencia de oscilación, es necesario estabilizar la
tensión de alimentación, evitando así dos cosas, la primera es que se
inmuniza al circuito de interferencias externas procedentes de la fuente
de continua, y la segunda es que la señal de U.H.F no pasa a la red de
VCC , evitando que el oscilador provoque interferencias sobre otros
circuitos.
Para ello, se ha montado condensadores de 1nF y buena respuesta en
frecuencia derivando a masa la RF, y un choque inductivo en serie.
RF CHOKE
C5
1nF
10mH
12 VCC
+
C6
1nF
C7
100uF
Circuito de realimentación:
Parte de la señal de salida se realimenta a la entrada por medio de un
divisor capacitivo asimétrico, que tiene dos funciones;
1ª- Desfasa la señal de salida 180º, para que al ser inyectada en la
puerta, y ser invertida por el FET, se obtenga una realimentación
POSITIVA.
2ª- Divide la señal para que solo una parte sea realimentada,
proporcionando un sistema limitador.
Esta señal se obtiene del surtidor del FET, concretamente de una
inductancia serie sobre la que cae una tensión de RF proporcional a su
valor, por lo tanto , dependiendo de la frecuencia de oscilación, la
realimentación será mayor o menor, dato a tener en cuenta para
posteriores modificaciones.
C sintonia
15pF
MOSFET
BF966
C DIV 1
15pF
B Sintonia
2nH
choke
10uH
C DIV 2
30pF
R Surtidor
100
C2
1nF
Conclusiones y medidas reales:
Debido a la dificultad de eliminar los efectos parasitos de las pistas,
la frecuencia de oscilación en el prototipo queda limitada a 400 Mhz.
Una opción valida para obtener 900 Mhz seria hacer oscilar el circuito a
300 Mhz y obtener el 3º harmónico mediante un filtro de salida, que cae
exactamente a 900 Mhz.
La placa usa componentes SMD en su totalidad, exceptuando las
inductancias, que debido a la dificultad de conseguirlas, están hechas
con componentes convencionales.
Esquema completo:
RF CHOKE
C5
1nF
R2
100K
C3
1nF
R1
220K
R Drenador
150
10mH
12 VCC
C6
1nF
+
C1
Salida UHF
1nF
C sintonia
15pF
MOSFET
BF966
RLOAD
10k
C DIV 1
15pF
B Sintonia
2nH
choke
10uH
C DIV 2
30pF
R Surtidor
100
Placa con el montaje:
C2
1nF
C7
100uF