oscillateur contrôlé en tension (LC-VCO)

[melissab]

Bonjour tout le monde,

je suis une étudiante et je travaille actuellement sur un projet concernant les oscillateurs RF fonctionnant à 5GHz. comme on le sait un oscillateur LC est composé par un résonateur RLC ( série ou parallèle) et par la partie négative (récupérée par un spécialiste). Je simule sur le logiciel ADS et j'ai réussi à le faire osciller (j'ai trouvé le cycle de charge) le soucis est que je trouve une puissance de sortie qui est presque nulle ( 9.5e-17)!!! j'ai changé de topologie du résonateur et je voulais optimiser aussi les capacités se trouvant dans la partie négative mais je trouve toujours le même problème.

Auriez vous de piste pour m'aiguiller ou me faire comprendre pourquoi j'ai ce phénomène??

merci à vous
-----

[PIXEL]

et par la partie négative (récupérée par un spécialiste)

qu'est-ce que ça veut dire ?

[gwgidaz]

Bonjour,

Le niveau de sortie dépend du point où tu récupères la tension. Si le niveau en ce point est v, et si tu places en ce point une charge r, tu auras une puissance v2/R dans cette charge.

En principe, il est possible de récupérer une puissance égale à une dizaine de pourcent de la puissance totale consommée par ton oscillateur.

Il faudrait que tu nous donne un schéma....

[melissab]

vous trouvez ci joint une capture du circuit.

je vous remercie pour votre intérêt.

[A voir en vidéo sur Futura]

[melissab]

je veux dire la partie active du circuit. vous trouvez ci joint une capture du circuit.

[melissab]

vous trouvez ci joint la capture

[PIXEL]

c'est illisible , et j'y pige rien

je ne reconnais pas le schéma d'un oscillateur

[gwgidaz]

Bonjour,

Je n'arrive pas à lire les valeurs des composants, il y a peut-être une façon de zoomer, si quelqu'un sait...

De toute façon, je vois que la charge est connectée sur le résonateur. Or, celui-ci semble à haute impédance ( circuit LC parallèle). il faudrait donc une charge à haute impédance pour ne pas amortir le circuit. Si la charge fait 50 ohms ( illisible) , c'est déjà étonnant que le circuit oscille ...

Donc, questions à se poser :
- résistance de la charge ( 50 ohms, ou autre?)
- impédance sur le résonateur...
- valeur des tensions RF en différents points du circuit.

Une façon de ne pas perturber le circuit oscillant serait de prendre l'énergie sur le collecteur du transistor. Quelle est la valeur de la résistance collecteur? En principe, il faudrait qu'il soit découplé, mais on peut mettre 50 ohms et piquer le signal de sortie dessus.

[f6bes]

Bonjour,

Je n'arrive pas à lire les valeurs des composants, il y a peut-être une façon de zoomer, si quelqu'un sait...

De toute façon, je vois que la charge est connectée sur le résonateur. Or, celui-ci semble à haute impédance ( circuit LC parallèle). il faudrait donc une charge à haute impédance pour ne pas amortir le circuit. Si la charge fait 50 ohms ( illisible) , c'est déjà étonnant que le circuit oscille ...

Donc, questions à se poser :
- résistance de la charge ( 50 ohms, ou autre?)
- impédance sur le résonateur...
- valeur des tensions RF en différents points du circuit.

Une façon de ne pas perturber le circuit oscillant serait de prendre l'énergie sur le collecteur du transistor. Quelle est la valeur de la résistance collecteur? En principe, il faudrait qu'il soit découplé, mais on peut mettre 50 ohms et piquer le signal de sortie dessus.

Bjr à toi,
Faire Ctrl et touche + ... zoomer. Effectivement la charge est de ..50 ohms. Pas du tout compatible avec la haute imprédance du cicruit LC !
Bonnde soirée

[PIXEL]

tu vois un transistor, toi ?

[f6bes]

Non ...c'est en option !!!!
Cordialement

[gcortex]

Les cours sont de plus en plus virtuels

[gwgidaz]

Bonjour,

A cette fréquence, C4 devrait être la capacité Cbe interne du transistor, sinon gros problèmes ...

Je ne lis pas la valeur de c6 . C'est peut-être la capacité variable...
C7 me paraît bien grand pour cette fréquence.

Pour le résonateur, je suppose qu'il s'agit d'un résonateur diélectrique. Pastille ou quart d'onde? Si c'est un onde de surface, le VCO ne va pas bouger beaucoup...


Avec une résistance collecteur de 100 ohms, ce serait tout indiqué de prendre là le signal de sortie.

Merci à f6bes qui m'a appris à zoomer ...

[melissab]

Bonjour,

la résistance du collecteur Rc=100 Ohm,

le résonateur RLC: Rp=10e2
Lp=1/Cp/(2*pi*fo)^2
Cp=Qo/Rp/2/pi/fo
Qo=100
fo=5e9
la sortie est chargé à R=50 Ohm, ( il m'ont expliqué qu'on peut associer ce circuit à un analyseur de réseau par exemple et son entrée est chargée à 50 Ohm)

la capacité C4 est une capa de contre réaction entre l'emetteur et la base C4=9.7 pF
la capa C7=3.3 pF ( à la base)

Vce=4 V et Vbe=3.3 V

vous trouvez ci joint respectivement la simulation en DC (pour voir le cycle de charge) et en AC ( pour voir le gain en boucle ouverte)

voilà!! je suis perdue!!

merci d'avance

[gwgidaz]

Bonjour,

Tu as mis la barre très haut....On n'est plus dans le domaine de la RF ou même des UHF...

A cette fréquence de 5 GHz, il est très délicat d'utiliser des composants à constante localisée, comme les condensateurs. Sauf à faire un microcircuit de quelques millimètres maximum; avec des microcomposants...
Quel est le type des condensateurs? Un condensateur CMS de 9,7 pF, même en boitier 0603 n'est plus un capa mais une self...
C'est pour ça par exemple que pour un oscillateur micro-ondes, on utilise comme capa de réaction entre base et émetteur la capa de diffusion de la jonction BE.
Quelles sont les dimensions du circuit ?
Quel est le schéma équivalent du transistor? quel boîtier?
Finalement, un tel circuit s'étudie en partant de l'implantation , en modélisant les connexions sous forme de lignes, etc....

[melissab]

oui c'est un microcircuit de quelques millimètres maximum; avec des micro-composants!!

vous trouvez ci-joint une capture du transistor zoomée.

avant de modéliser un résonateur à élément localisés simple, j'ai modélisé un résonateur distribué sous forme de U (ci joint), j'ai trouvé la mm chose!

[gwgidaz]

Bonjour,

Je n'ai pas trouvé les infos sur le résonateur. En général, pour ce type de circuit, on peut utiliser une pastille DRO . Ou bien un resonateur dielectrique lambda/4 de section 2mmx2mm.

Je ne vois pas la valeur de C6. S'il s'agit d'un découplage, je pense qu'il faut une impédance de blocage entre C6 et les condensateurs C7/C4 , par exemple une ligne lambda/2 .

Mettre une capa de 9 pF en C4 est une drôle d'idée, car, comme je l'ai dit, à cette fréquence, ce sera une self ou un court-circuit....Cependant, je vois un stub entre l'émetteur et la masse. Normalement, avec ce type d'oscillateur, il doit y avoir une faible capacité entre l'émetteur et la masse. Donc il faudrait un stub d'isolation quart d'onde. Si le stub fait 0,75 mm ( c'est ça?) , alors on est dans un tout autre type d'oscillateur : self faible entre l'émetteur et la masse, et self ( eh oui, C4 est sans doute selfique) entre base et émetteur. Dans ce cas, on peut trouver une configuration qui oscille sans comprendre vraiment pourquoi...

Personnellement, je pense qu'il faut toujours commencer par définir le type d'oscillateur , et comprendre comment il fonctionne . La simulation sert à optimiser.

Un montage en général utilisé à ces fréquences, c'est : résonateur relié à la base par une capa faible ( 1pF) , pas de C4, pas de C6 , self d'arrêt entre émetteur et masse, petite résistance dans le collecteur, et sortie sur le collecteur.

[melissab]

Bonjour,


j'ai modifié le montage comme vous m'avez expliqué ( C7=1pF, un ligne de longueur L=1mm entre C6 et C4/C7, une bobine entre l’émetteur et la masse Lb=300 pH) en simulant, il y a plus d'erreur qui s'affiche ( un gain >1 et un déphasage de 360° ==> condition d'oscillation respectées ( si j'ai bien compris) et la puissance de sortie Pout=0.4 uW ( avant était presque nulle=9.5e-17).
dans ce cas, on peut considéré que le vco oscille ?

je vous remercie pour votre intérêt.

[melissab]

j'ai modifié le montage comme vous m'avez expliqué ( C7=1pF, un ligne de longueur L=1mm entre C6 et C4/C7, une bobine entre l’émetteur et la masse Lb=300 pH) en simulant, il y a plus d'erreur qui s'affiche ( un gain >1 et un déphasage de 360° ==> condition d'oscillation respectées ( si j'ai bien compris) et la puissance de sortie Pout=0.4 mW ( avant était presque nulle=9.5e-17).
dans ce cas, on peut considéré que le vco oscille ?

je vous remercie pour votre intérêt.

[gwgidaz]

Bonjour,

Oui, avec 0,4 mW, on peut considérer qu'il y a bien oscillation.

Il faut voir le spectre du signal de sortie, pour vérifier la pureté de l'oscillation, car il peut y avoir encore quelques phénomènes perturbateurs.... De tout façon, il ne faut jamais prendre beaucoup d'énergie à un VCO, pour qu'il soit stable. C'est derrière qu'il faut amplifier...
Maintenant, il manque me semble-t-il l'élément qui va faire varier la fréquence...

[melissab]

Bonjour,

Pour amplifier le signal, je peut associer, si je me trompe pas, un amplificateur à la sortie. la puissance de sortie s'élève à Pout=35mW. C'est normal d'avoir cette augmentation?

oui il manque l'élément qui va faire varier la fréquence. Quel élément peut-on mettre s'il vous plait pour avoir un delta_fréq dans ce cas là ?

[gwgidaz]

Bonjour,
ça fait un gain de l'ordre de 20 dB, c'est normal.
Pour faire varier la fréquence, il faut par exemple une diode à capacité variable, de l'ordre du pF . Il faut savoir quel pourcentage de variation est demandé....

[melissab]

Bonjour,

j'ai associé une capacité en parallèle avec la capacité du résonateur du vco, et j'ai changé à chaque fois sa valeur pour voir son impact et pouvoir déterminer la variation de la fréquence et de la puissance de sortie. L'ordre de variation de la capacité est trop faible ( je commence par 9.59 fF, après 9.45 fF, 9.3 fF..bref j'ai un delta_capa=0.14 fF; 0.29 fF;...; 0.78fF ), en simulant, le vco ne détecte rien presque!! la puissance reste = 34 mW et la fréquence varie de 1 MHz une seule fois!!

Qu'est ce que je dois faire dans ce cas SVP :///

je vous remercie par avance pour votre intérêt.

[gwgidaz]

Bonjour,
Tu ne nous a pas dit ce que tu cherchais à obtenir comme variation de fréquence. Ni quel type de résonateur tu utilisais. Certains types de résonateurs ont du mal à changer de fréquence.

[melissab]

Rebonjour,


en fait j'utilise un transistor bipolaire type NPN.
j'ai une capacité variable avec une faible variation et je voulais savoir avec cette variation, quel variation de fréquence je peux obtenir.

j'ai associé une résonateur à éléments localisés, en simulant j'ai remarqué que plus je diminue la valeur de la capacité variable ( 10.4fF; 10.28 fF; 10.13 fF...), plus la puissance de sortie augmente et il détecte rien comme variation de fréquence!!!

je voulais essayé avec un résonateur distribué résonant à 5 GHz aussi, j'ai remarqué, que ça détecte bien la variation de la capacité variable (avec la même variation de la capacité variable que précédemment ) et j'ai eu une variation de la puissance de sortie ( à l'ordre de uW # 5 uW ) ( plus la valeur de la capacité variable diminue, plus la valeur de Pout diminue aussi, pas comme précédemment) et aussi une variation de fréquence de 2 MHz.

pouvez vous m'expliquer pourquoi cette différence entre ses 2 résonateurs SVP???

je vous remercie pour votre compréhension.

[PIXEL]

c'est quoi un résonateur , pour toi ?

en principe ces composant ne glissent pas en fréquence

[gwgidaz]

Bonjour,

Tu ne nous dit pas quelle est la technologie du résonateur.
cela peut être un résonateur à ondes de surface, un résonateur dielectrique pastille, un résonateur diélectrique TEM, etc....

Tu prends le problème à l'envers, il faut partir des données que tu désires obtenir. Par exemple, si tu veux une grande variation de fréquence, il faudra plutôt un résonateur diélectrique TEM;

Si tu pars d'un simple circuit LC, tu peux calculer la variation de fréquence avec la formule de Thomson, tu calcules avant le rajout de la capa , puis après.

Je ne vois pas à quoi ressemble en pratique un condensateur variable de 10 fF ....La simulation doit simuler des objets du monde réel....
Donc il nous faut d'abord connaître la variation de fréquence désirée. 100 kHz? 100 MHz ?

[C2H5OH]

Bonjour à tous,

Le "résonateur" est modélisé par un simple circuit LC, mais on n'arrive pas à lire les valeurs de L et de C, tout juste le Qo égal à 100.
J'imagine que les valeurs nous permettraient d'identifier le type de résonateur.
Comment modéliser un dielectrique pastille ou un diélectrique tem ?

[gwgidaz]

Bonjour,

Le résonateur dielectrique TEM est une ligne coaxiale quart d'onde ou demi onde, dont l'isolant possède une constante dielectrique très élevée ( epsilon = 80 environ) Donc son facteur de raccourcissement ( racine carrée de epsilon) est de l'ordre de 9.
A 5GHz, avec une demi onde de 3cm, le résonateur demi-onde ne fera plus que 3,3mm, et 1,6 mm pour un resonateur quart d'onde. Pour éviter des modes non TEM, il faut que son diamètre reste inférieur au quart d'onde, donc à 1,6mm. On voit que ça fait un objet assez petit....Son impédance caractéristique est de l'ordre de 6 ohms. A partir de ces données, on peut très bien le modéliser,en tant que "ligne" avec un Qo de l'ordre de 100.
Les résonateurs diélectrique TEM sont généralement utilisés entre 200 MHz et 5GHz.

Le résonateur pastille est un cylindre en diélectrique sans métal, fait avec un diélectrique de très haute constante ( 40 à 80) L'onde est piègée dans cette cavité , bien qu'il n'y ait pas de blindage, car il y a réflexion totale de l'onde qui "tourne" à l'intérieur. Contrairement à une cavité blindée classique, il y a quand même des champs à proximité immédiate, dus à l'onde évanescente qui sort un peu de la cavité diélectrique. On peut donc coupler ce résonateur à une ligne imprimée extérieure, comme on couplerait la self d'un circuit oscillant à une ligne extérieure. En pratique, on colle la pastille à côté de la ligne. En 5 GHz, ça doit avoir un diamètre de l'ordre de 2cm...
Les résonateurs dielectrique pastille sont utilisés en général de 2 GHz à Plus de 20 GHz...Très utilisé en bande X ...

[melissab]

Bonjour à tous,

en fait j'ai une faible variation de capacité et je cherche la variation de fréquence que je peux obtenir avec précisément avec cette variation de capa! là j'ai arrivé à faire osciller mon VCO en utilisant un résonateur parallèle RLC et un aussi avec un résonateur distribué résonant à 5 GHz ( de dimensions Lr) . Le résonateur distribué est dela forme "U" et j'ai une capacité variable ( =10.4 fF ; 10.28 fF; 10.13 fF;...) entre les de bouts pour voir son impact sur l'oscillateur et si on peut détecter quelque chose avec cette faible variation. En simulant et en changeant à chaque fois la valeur de la capa (en prenant la capa=10.4 fF comme référence, j'ai eu Fosc=5 Ghz et Pout=15.38 uW ), j'ai remarqué que:

* plus C augmente, plus la fréquence diminue et plus la Pout augmente sauf pour C=17 fF, j'ai remarqué que la fréquence a augmenté subitement et Pout a diminué! et aprés au delà de cette valeur, la fréquence continue a diminué avec la Pout!
==> j'ai pas compris ce phénomène! pourquoi ce pic de fréquence à cette valeur de fréquence et pourquoi la puissance a diminué et a continué à diminuer par la suite???

*j'ai une autre quection SVP aussi, j'ai remarqué que en augmentant la longueur Lr du résonateur ( tt en résonant à 5Ghz aussi) , j'ai remarqué que la fréquence d'oscillation diminue ainsi que la Pout! je sais que lorsqu'on augmente les dimensions du résonateur, la fréquence de résonance diminue et inversement mais j'ai pas compris le rapport avec la puissance de sortie. Pouvez vous m'expliquez SVP??