اوسیلاتور کولپیتس: چیست؟ (نمودار مدار و نحوه محاسبه فرکانس اوسیلاتور کولپیتس)

چه چیزی است اسیلاتور کولپیتس؟

اسیلاتور کولپیتس نوعی از اسیلاتور LC است. اسیلاتورهای کولپیتس توسط مهندس آمریکایی ادوین اچ. کولپیتس در سال ۱۹۱۸ اختراع شدند. همانند دیگر اسیلاتورهای LC، اسیلاتورهای کولپیتس از ترکیب سیم‌پیچ‌ها (L) و خازنهای (C) برای تولید نوسانات در فرکانس خاصی استفاده می‌کنند. ویژگی تمایز اسیلاتور کولپیتس این است که بازخورد برای دستگاه فعال از یک تقسیم‌دهنده ولتاژ ساخته شده از دو خازن سری در موازی سیم‌پیچ گرفته می‌شود.

این به نظر می‌رسد... کمی گیج‌کننده است.

بنابراین بیایید به مدار اسیلاتور کولپیتس نگاه کنیم تا بفهمیم چگونه این کار می‌کند.

مدار اسیلاتور کولپیتس

شکل ۱ یک اسیلاتور کولپیتس معمولی با مدار نگهدارنده را نشان می‌دهد. یک سیم‌پیچ L به صورت موازی با ترکیب سری خازنهای C1 و C2 (نشان داده شده با قاب قرمز) متصل شده است.

سایر اجزای مدار مشابه آنچه در مورد امیتر مشترک CE که با استفاده از یک شبکه تقسیم‌دهنده ولتاژ، یعنی RC مقاومت جمع‌کننده و RE مقاومت امیتر که برای پایداری مدار استفاده می‌شود، و مقاومت‌ها R1 و R2 تشکیل دهنده شبکه تقسیم‌دهنده ولتاژ.

به علاوه، خازنهای Ci و Co خازنهای جداکننده ورودی و خروجی هستند در حالی که خازن امیتر CE خازن دور زدن است که برای دور زدن سیگنال‌های AC تقویت شده استفاده می‌شود.

در اینجا، هنگامی که تغذیه روشن می‌شود، ترانزیستور شروع به هدایت می‌کند و جریان جمع‌کننده IC افزایش می‌یابد که باعث می‌شود خازنهای C1 و C2 شارژ شوند. پس از رسیدن به حداکثر شارژ ممکن، آنها شروع به تخلیه از طریق سیم‌پیچ L می‌کنند.

در این فرآیند، انرژی الکترواستاتیکی ذخیره شده در خازن به جریان مغناطیسی تبدیل می‌شود که در داخل سیم‌پیچ به صورت انرژی الکترومغناطیسی ذخیره می‌شود.

سپس، سیم‌پیچ شروع به تخلیه می‌کند که خازنهای را دوباره شارژ می‌کند. به همین ترتیب، چرخه ادامه می‌یابد که منجر به نوسانات در مدار نگهدارنده می‌شود.

همچنین شکل نشان می‌دهد که خروجی تقویت‌کننده در مقابل C1 ظاهر می‌شود و بنابراین با ولتاژ مدار نگهدارنده هم‌فاز است و انرژی از دست رفته را با دوباره تأمین آن جبران می‌کند.

از طرف دیگر، بازخورد ولتاژ به ترانزیستور از طریق خازن C2 که یعنی سیگنال بازخورد ۱۸۰ درجه با ولتاژ ترانزیستور خارج از فاز است.

این به دلیل این است که ولتاژهایی که در خازنهای C1 و C2 ایجاد می‌شود، در قطبیت معکوس هستند زیرا نقطه‌ای که آنها به هم می‌پیوندند زمین شده است.

به علاوه، این سیگنال با یک فاز‌بردار اضافی ۱۸۰ درجه توسط ترانزیستور که منجر به یک فاز‌بردار کلی ۳۶۰ درجه در دور حلقه می‌شود، برای رضایت از معیار فاز‌برداری اصل بارکهاوزن.

فرکانس اسیلاتور کولپیتس

در این مرحله، مدار می‌تواند به عنوان یک اسیلاتور عمل کند و با نظارت دقیق بر نسبت بازخورد که توسط (C1 / C2) تعیین می‌شود، نوسانات پایدار تولید کند. فرکانس چنین اسیلاتور کولپیتس به اجزای موجود در مدار نگهدارنده آن بستگی دارد و به صورت زیر محاسبه می‌شود