Oscilator Colpitts

Un oscilator este o construcție mecanică sau electronică care produce oscilație în funcție de puține variabile. Cu toții avem dispozitive care au nevoie de oscilatoare precum un ceas tradițional sau un ceas de mână. Diferite tipuri de detectoare de metale, calculatoare în care sunt implicate microcontrolerele și microprocesoarele folosesc oscilatoare, în special oscilatoare electronice care produc semnale periodice. Am discutat câteva oscilatoare în tutorialele noastre anterioare:

• Oscilator RC Phase Shift
• Oscilatorul Wein Bridge
• Oscilator cu cristale de cuarț
• Circuitul oscilatorului de schimbare de fază
• Oscilator controlat de tensiune (VCO)

Oscilatorul Colpitts a fost inventat de inginerul american Edwin H. Colpitts în 1918. lucrări de oscilator Colpitts, cu o combinație de inductoare și condensatori, prin formarea unui filtru LC. La fel ca alte oscilatoare Oscilatorul Colpitts constă dintr-un dispozitiv de câștig, iar ieșirea este conectată cu o buclă de reacție a circuitului LC. Oscilatorul Colpitts este un oscilator liniar care produce o formă de undă sinusoidală.

Circuitul tancurilor

Principalul dispozitiv de oscilație din oscilatorul Colpitts este creat folosind circuitul rezervorului. Circuitul rezervorului este format din trei componente - un inductor și doi condensatori. Doi condensatori sunt conectați în serie, iar acești condensatori sunt conectați în paralel cu inductor.

În imaginea de mai sus, sunt prezentate trei componente ale circuitului rezervorului cu conexiuni adecvate. Procesul începe cu încărcarea a doi condensatori C1 și C2. Apoi, în interiorul circuitului rezervorului, aceste două condensatoare din serie se descarcă în inductorul paralel L1 și energia stocată în condensator transferată inductorului. Datorită condensatorului conectat în paralel, inductorul descărcat acum de cei doi condensatori și condensatorii încep să se încarce din nou. Aceste încărcări și descărcări în ambele componente continuă și astfel furnizează un semnal de oscilație pe acesta.

Oscilația depinde în mare măsură de condensatori și de valoarea inductorului. Formula de mai jos este pentru a determina frecvența de oscilație:

F = 1 / 2π√LC

unde F este frecvență și L este inductor, C este capacitatea echivalentă totală.

Capacitatea echivalentă a celor două condensatoare poate fi determinată folosind

C = (C1 x C2) / (C1 + C2)

În timpul acestei faze de oscilație în circuitul rezervorului, se produc unele pierderi de energie. Pentru a compensa această energie pierdută și pentru a susține oscilația în interiorul circuitului rezervorului, este necesar un dispozitiv de câștig. Există multe tipuri diferite de dispozitive de câștig care sunt utilizate pentru a compensa pierderea de energie în circuitul rezervorului. Cele mai frecvente dispozitive de câștig sunt tranzistoarele și amplificatoarele operaționale.

Oscilator Colpitts pe bază de tranzistoare

În imaginea de mai sus, oscilatorul Colpitts pe bază de tranzistor este prezentat în cazul în care dispozitivul de câștig principal al oscilatorului este un tranzistor NPN T1.

În circuit, rezistența R1 și R2 sunt necesare pentru tensiunea de bază. Aceste două rezistențe sunt utilizate pentru a face un divizor de tensiune pe baza tranzistorului T1. Rezistorul R3 este utilizat ca rezistor de emițător. Acest rezistor este foarte util pentru stabilizarea dispozitivului de câștig în timpul derivei termice. Condensator C3 este folosit ca un by - pass condensator emițător care este conectat în paralel cu rezistorul R3. Dacă scoatem acest condensator C3, semnalul CA amplificat va fi aruncat pe rezistorul R3 și va avea ca rezultat un câștig slab. Deci, condensatorului C3 i se oferă o cale ușoară pentru semnalul amplificat. Feedback-ul din circuitul rezervorului este conectat în continuare folosind C4 la baza tranzistorului T1.

Oscilația bazat tranzistor Colpitts circuitul oscilator este depindeau defazajului. Acest lucru este bine cunoscut sub numele de criteriu barkhausen pentru oscilator. Conform criteriului Barkhausen, câștigul buclei ar trebui să fie puțin mai mare decât unitatea, iar schimbarea de fază în jurul buclei trebuie să fie de 360 ​​de grade sau 0 grade. Deci, în acest caz, pentru a furniza oscilația pe ieșire, circuitul total are nevoie de 0 grade sau deplasare de fază la 360 de grade. Configurația tranzistorului ca emițător comun oferă o schimbare de fază de 180 de grade, în timp ce circuitul rezervorului contribuie, de asemenea, cu o schimbare de fază suplimentară de 180 de grade. Prin combinarea acestor schimbări în două faze, circuitele totale realizează o schimbare de fază de 360 ​​de grade, care este responsabilă pentru oscilație.

Feedback-ul poate fi controlat folosind cei doi condensatori C1 și C2. Acești doi condensatori sunt conectați în serie și joncțiunea este conectată în continuare cu masa de alimentare. Tensiunea pe C1 este mult mai mare decât tensiunea pe C2. Prin schimbarea celor două valori ale condensatorului putem controla tensiunea de feedback care este alimentată înapoi în circuitul rezervorului. Determinarea tensiunii de feedback este o parte crucială a circuitelor, deoarece cantitatea redusă de tensiune de feedback nu ar activa oscilația, în timp ce o cantitate mare de tensiune de feedback va ajunge la distrugerea undei sinusoidale de ieșire și va induce distorsiuni.

Oscilatorul Colpitts poate fi reglat prin schimbarea valorii inductanței și capacității. Există două moduri de a face ca oscilatorul Colpitts să funcționeze într-o configurație de reglare variabilă.

Prima modalitate este schimbarea inductorului ca inductor variabil, iar cealaltă modalitate este schimbarea condensatorilor ca condensator variabil. În cea de-a doua opțiune, deoarece tensiunea de feedback este extrem de fiabilă de raportul dintre C1 și C2, este recomandabil să utilizați o bandă simplă. Astfel, atunci când există variații într-un condensator, celălalt condensator își schimbă și capacitatea în conformitate cu acesta.

Oscilator Colpitts pe bază de Amp

În imaginea de mai sus este prezentat circuitul oscilatorului Colpitts pe bază de amplificator op. Amplificatorul operațional este în modul de configurare inversă. Rezistoarele R1 și R2 sunt utilizate pentru a oferi feedback-ul necesar amplificatorului operațional. Circuitul rezervorului este conectat împreună cu un singur inductor în paralel cu două condensatoare din serie. Intrarea amplificatorului operațional este conectată la feedback-ul circuitului rezervorului.

Funcționarea este aceeași cu cea discutată în circuitul oscilator Colpitts bazat pe tranzistor. În timpul pornirii, amplificatorul op amplifică semnalul de zgomot, care este responsabil pentru încărcarea a doi condensatori. Câștig de Op-AMP pe bază de Colpitts Oscillator este mai mare decât tranzistorilor pe bază Colpitts Oscillator.

Diferența dintre oscilatorul Colpitts și oscilatorul Hartley

Oscilatorul Colpitts este foarte asemănător cu oscilatorul Hartley, dar există o diferență de construcție între aceste două. Deși aceste două circuite oscilatoare constau din trei componente ca circuit de rezervor, dar oscilatorul Colpitts folosește un singur inductor în paralel cu doi condensatori în serie, în timp ce oscilatorul Hartley folosește exact opus, un singur condensator în paralel cu doi inductori în serie. Oscilatorul Colpitts funcționează mai stabil în funcționare de înaltă frecvență decât oscilatorul Hartley.

Oscilatorul Colpitts este o alegere excelentă în funcționarea de înaltă frecvență. Poate produce frecvența de ieșire în domeniul Megahertz, precum și în domeniul Kilohertz.

Aplicarea circuitului oscilator Colpitts

1. Datorită dificultăților de variație lină a inductorului și condensatorului, oscilatorul Colpitts este utilizat în principal pentru generarea de frecvență fixă.

2. Utilizarea principală a oscilatorului Colpitts este pe dispozitive de comunicații mobile sau alte dispozitive de comunicații controlate prin frecvență radio.

3. În oscilația de înaltă frecvență, oscilatorul Colpitts este o alegere excelentă. Astfel, dispozitivele bazate pe oscilatoare de înaltă frecvență folosesc oscilatorul Colpitts.

4. În câteva aplicații în care este necesară oscilația continuă și neamortizată în plus cu stabilitatea termică, se folosește oscilatorul Colpitts.

5. Pentru acele aplicații care au nevoie de o gamă largă de frecvențe cu zgomot minim indus.

6. Multe tipuri de senzori pe bază de SAW utilizează oscilatorul Colpitts

7. Diferite tipuri de detectoare de metale folosesc oscilatorul Colpitts.

8. Transmițătorul de frecvență radio legat de modularea frecvenței utilizează oscilatorul Colpitts.

9. Are o aplicație imensă în produsele militare și comerciale.

10. În aplicațiile cu microunde, circuitele haotice legate de mascarea semnalului sunt, de asemenea, necesare pentru oscilatorul Colpitts în diferite domenii de frecvență.