„Colpitts“ osciliatorius

Osciliatorius yra mechaninė arba elektroninė konstrukcija, sukelianti svyravimus priklausomai nuo kelių kintamųjų. Visi turime prietaisų, kuriems reikalingi osciliatoriai, pavyzdžiui, tradicinis laikrodis ar rankinis laikrodis. Įvairių tipų metalo detektoriai, kompiuteriai, kuriuose yra mikrovaldiklis ir mikroprocesoriai, naudoja osciliatorius, ypač elektroninius, generuojančius periodinius signalus. Mes aptarėme keletą osciliatorių ankstesnėse mokymo programose:

• RC fazės poslinkio osciliatorius
• Veino tilto osciliatorius
• Kvarcinio kristalo osciliatorius
• Fazės poslinkio osciliatoriaus grandinė
• Valdomas įtampos osciliatorius (VCO)

„ Colpitts“ osciliatorių išrado amerikiečių inžinierius Edwinas H. Colpittsas 1918 m. „Colpitts“ osciliatorius dirba su induktorių ir kondensatorių deriniu, formuodamas LC filtrą. „Colpitts“ osciliatorius susideda iš stiprinimo įtaiso, o išėjimas yra sujungtas su LC grandinės grįžtamojo ryšio kilpa. „Colpitts“ osciliatorius yra linijinis osciliatorius, sukuriantis sinusinę bangos formą.

Tanko grandinė

Pagrindinis „ Colpitts“ osciliatoriaus virpesių įtaisas sukurtas naudojant bako grandinę. Bakas grandinės susideda iš trijų komponentai- tam induktoriaus ir dviejų kondensatorių. Du kondensatoriai yra sujungti nuosekliai, o šie kondensatoriai toliau jungiami lygiagrečiai su induktoriumi.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje yra parodyti trys bako grandinės komponentai su tinkamomis jungtimis. Procesas prasideda įkraunant du kondensatorius C1 ir C2. Tada bako grandinės viduje šie du serijiniai kondensatoriai išsikrauna į lygiagretųjį induktorių L1 ir kondensatoriuje sukaupta energija perkeliama į induktorių. Dėl lygiagrečiai sujungto kondensatoriaus induktorius, kurį dabar išleidžia du kondensatoriai, ir kondensatoriai vėl ima krautis. Šie įkrovimai ir iškrovimai abiejuose komponentuose tęsiasi ir taip perteikia svyravimo signalą.

Svyravimas labai priklauso nuo kondensatorių ir induktoriaus vertės. Žemiau formulė yra nustatyti virpesių dažnį:

F = 1 / 2π√LC

kur F yra dažnis, o L yra induktorius, C yra bendra ekvivalentinė talpa.

Lygiavertę dviejų kondensatorių talpą galima nustatyti naudojant

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

Per šią virpesių fazę bako grandinėje įvyksta tam tikri energijos nuostoliai. Norint kompensuoti prarastą energiją ir palaikyti svyravimus bako grandinės viduje, reikalingas stiprinimo įtaisas. Baterijos grandinės energijos nuostoliams kompensuoti naudojami įvairūs stiprinimo įtaisai. Labiausiai paplitę įtaisai yra tranzistoriai ir operaciniai stiprintuvai.

Tranzistorių pagrindu sukurtas „Colpitts“ osciliatorius

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas tranzistoriumi pagrįstas „Colpitts“ osciliatorius, kur pagrindinis osciliatoriaus stiprinimo įtaisas yra NPN tranzistorius T1.

Grandinėje pagrindinei įtampai reikalingi rezistoriai R1 ir R2. Šie du rezistoriai naudojami įtampos dalikliui per tranzistoriaus T1 pagrindą sukurti. Rezistorius R3 naudojamas kaip emiterinis rezistorius. Šis rezistorius yra labai naudingas stabilizuojant stiprinimo įtaisą terminio dreifo metu. Kondensatorius C3 yra naudojamas kaip spinduolis šuntavimo kondensatorių, kuris yra prijungtas lygiagrečiai su rezistorius R3. Jei pašalinsime šį C3 kondensatorių, sustiprintas kintamosios srovės signalas bus išmestas per rezistorių R3 ir bus blogas stiprinimas. Taigi, kondensatorius C3 suteikia lengvą kelią sustiprintam signalui. Bako grandinės grįžtamasis ryšys papildomai sujungiamas naudojant C4 prie tranzistoriaus T1 pagrindo.

Iš virpesių tranzistorius remiantis Colpitts osciliatoriaus grandinės yra priklausė nuo fazės poslinkio. Tai gerai žinomas kaip osciliatoriaus Barkhauzeno kriterijus. Pagal Barkhauzeno kriterijų, kilpos padidėjimas turėtų būti šiek tiek didesnis už vienybę, o fazės poslinkis aplink kilpą turi būti 360 laipsnių arba 0 laipsnių. Taigi, šiuo atveju, norint užtikrinti virpesį išėjime, bendrajai grandinei reikia 0 laipsnių arba 360 laipsnių fazės poslinkio. Tranzistoriaus konfigūracija, kaip įprasta emiteris, suteikia 180 laipsnių fazės poslinkį, o bako grandinė taip pat prisideda prie papildomo 180 laipsnių fazės poslinkio. Sujungus šiuos dviejų fazių poslinkius, visa grandinė pasiekia 360 laipsnių fazės poslinkį, kuris yra atsakingas už svyravimą.

Grįžtamąjį ryšį galima valdyti naudojant du kondensatorius C1 ir C2. Šie du kondensatoriai yra sujungti nuosekliai, o jungtis yra toliau sujungta su maitinimo įžeminimu. Įtampa per C1 yra daug didesnė už įtampą per C2. Keičiant šias dvi kondensatoriaus reikšmes, mes galime valdyti grįžtamąją įtampą, kuri toliau tiekiama atgal į bako grandinę. Grįžtamojo ryšio įtampos nustatymas yra labai svarbi grandinės dalis, nes mažas grįžtamojo ryšio įtampos kiekis nesuaktyvins svyravimo, o didelis grįžtamojo ryšio įtampos kiekis sunaikins išėjimo sinusinę bangą ir sukels iškraipymus.

„Colpitts“ osciliatorių galima sureguliuoti pakeitus induktyvumo ir talpos vertę. Yra du būdai, kaip priversti „Colpitts“ osciliatorių veikti kintamoje derinimo konfigūracijoje.

Pirmasis būdas yra pakeisti induktorių kaip kintamą induktorių, o kitas būdas - pakeisti kondensatorius kaip kintamą kondensatorių. Antruoju variantu, kadangi grįžtamojo ryšio įtampa labai priklauso nuo C1 ir C2 santykio, patartina naudoti paprastą grupę. Taigi, kai yra vieno kondensatoriaus variacija, kitas kondensatorius taip pat keičia savo talpą pagal jį.

„Op-Amp“ pagrindu sukurtas „Colpitts“ osciliatorius

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta oppitro pagrindu sukurta „Colpitts“ osciliatoriaus grandinė. Operacinis stiprintuvas veikia atvirkštinės konfigūracijos režimu. Rezistoriai R1 ir R2 naudojami dėl būtino grįžtamojo ryšio suteikimo operaciniam stiprintuvui. Bako grandinė sujungta kartu su vienu induktoriumi lygiagrečiai su dviem serijiniais kondensatoriais. Operacinio stiprintuvo įėjimas yra prijungtas prie bako grandinės grįžtamojo ryšio.

Veikimas yra toks pats, kaip aptarta pirmiau esančioje tranzistoriaus pagrindu veikiančioje „Colpitts“ osciliatoriaus grandinėje. Paleidimo metu op-amp stiprina triukšmo signalą, kuris atsakingas už dviejų kondensatorių įkrovimą. „ Op-amp“ pagrindu veikiančio „Colpitts“ osciliatoriaus stiprinimas yra didesnis nei tranzistoriaus pagrindu veikiančio „Colpitts Oscillator“.

Skirtumas tarp „Colpitts“ ir „Hartley“ osciliatorių

„Colpitts“ osciliatorius yra labai panašus į „Hartley“ osciliatorių, tačiau tarp šių dviejų konstrukcijų yra skirtumų. Nors šias dvi osciliatoriaus grandines sudaro trys komponentai kaip rezervuaro grandinė, tačiau „ Colpitts“ osciliatorius naudoja vieną induktorių lygiagrečiai su dviem nuosekliai veikiančiais kondensatoriais, o „Hartley“ osciliatorius naudoja visiškai priešingą, vieną kondensatorių lygiagrečiai su dviem nuosekliai esančiais induktoriais. „Colpitts“ osciliatorius veikia stabiliau veikdamas aukštu dažniu nei „Hartley“ osciliatorius.

„Colpitts“ osciliatorius yra puikus pasirinkimas dirbant aukšto dažnio režimu. Jis gali išvesties dažnį tiek megahercų, tiek kilohercų diapazone.

„Colpitts“ osciliatoriaus grandinės taikymas

1. Dėl sunkumų sklandžiai keičiant induktorių ir kondensatorių, „Colpitts“ osciliatorius daugiausia naudojamas fiksuoto dažnio generavimui.

2. „Colpitts“ osciliatorius dažniausiai naudojamas mobiliuosiuose ar kituose radijo dažniu valdomuose ryšių įtaisuose.

3. Esant aukšto dažnio virpesiams, „Colpitts“ osciliatorius yra puikus pasirinkimas. Taigi aukšto dažnio osciliatorių prietaisai naudoja „Colpitts“ osciliatorių.

4. Keliose programose, kur, be šiluminio stabilumo, reikalingas nenutrūkstamas ir nenuslopinamas svyravimas, naudojamas „Colpitts“ osciliatorius.

5. Taikomoms programoms, kurioms reikalingas platus dažnių diapazonas su minimaliu sukeltu triukšmu.

6. Daugelyje SAW pagrindu veikiančių jutiklių naudojami „Colpitts“ osciliatoriai

7. Įvairių tipų metalo detektoriai naudoja „Colpitts“ osciliatorių.

8. Su dažnio moduliacija susijęs radijo dažnių siųstuvas naudoja „Colpitts“ osciliatorių.

9. Tai labai naudinga kariniams ir komerciniams produktams.

10. Mikrobangų krosnelėse taip pat reikalingos signalo maskavimo chaotiškos grandinės, skirtingo dažnio diapazono Colpitts osciliatorius.