Oscillateur Colpitts : Qu'est-ce que c'est ? (Schéma du circuit & Comment calculer la fréquence de l'oscillateur Colpitts)

Qu'est-ce qu'un oscillateur Colpitts?

Un oscillateur Colpitts est un type d'oscillateur LC. Les oscillateurs Colpitts ont été inventés par l'ingénieur américain Edwin H. Colpitts en 1918. Comme les autres oscillateurs LC, les oscillateurs Colpitts utilisent une combinaison d'inductances (L) et de condensateurs (C) pour produire une oscillation à une certaine fréquence. La particularité de l'oscillateur Colpitts est que le retour d'information pour le dispositif actif est pris à partir d'un diviseur de tension constitué de deux condensateurs en série à travers l'inductance.

Cela semble... un peu confus.

Examinons donc un circuit d'oscillateur Colpitts pour comprendre comment cela fonctionne.

Circuit d'oscillateur Colpitts

La figure 1 montre un oscillateur Colpitts typique avec un circuit résonant. Une inductance L est connectée en parallèle à la combinaison en série des condensateurs C1 et C2 (montrée par l'encadrement rouge).

Les autres composants du circuit sont les mêmes que ceux trouvés dans le cas d'un émetteur commun (CE), qui est polarisé à l'aide d'un réseau de diviseur de tension, c'est-à-dire que RC est la résistance de collecteur, RE est la résistance d'émetteur utilisée pour stabiliser le circuit, et les résistances R1 et R2 forment le réseau de polarisation par diviseur de tension.

De plus, les condensateurs Ci et Co sont les condensateurs de découplage d'entrée et de sortie, tandis que le condensateur d'émetteur CE est le condensateur de contournement utilisé pour contourner les signaux AC amplifiés.

Lorsque l'alimentation est allumée, le transistor commence à conduire, augmentant le courant de collecteur IC, ce qui fait que les condensateurs C1 et C2 se chargent. Une fois qu'ils ont acquis la charge maximale possible, ils commencent à se décharger via l'inductance L.

Au cours de ce processus, l'énergie électrostatique stockée dans le condensateur est convertie en flux magnétique, qui est stocké dans l'inductance sous forme d'énergie électromagnétique.

Ensuite, l'inductance commence à se décharger, ce qui recharge à nouveau les condensateurs. De cette manière, le cycle continue, ce qui donne lieu aux oscillations dans le circuit résonant.

La figure montre également que la sortie de l'amplificateur apparaît à travers C1 et est donc en phase avec la tension du circuit résonant, ce qui compense l'énergie perdue en la ressourçant.

D'autre part, le retour de tension au transistor est obtenu à travers le condensateur C2, ce qui signifie que le signal de retour est en opposition de phase avec la tension au transistor de 180°.

Cela est dû au fait que les tensions développées à travers les condensateurs C1 et C2 sont opposées en polarité car le point où ils se rejoignent est mis à la terre.

De plus, ce signal est soumis à un déphasage supplémentaire de 180° par le transistor, ce qui entraîne un déphasage net de 360° autour de la boucle, satisfaisant ainsi le critère de déphasage du principe de Barkhausen.

Fréquence de l'oscillateur Colpitts

À ce stade, le circuit peut agir efficacement comme un oscillateur produisant des oscillations soutenues en surveillant soigneusement le rapport de retour donné par (C1 / C2). La fréquence d'un tel oscillateur Colpitts dépend des composants de son circuit résonant et est donnée par

Où Ceff est la capacité effective des condensateurs exprimée par

Ainsi, ces oscillateurs peuvent être accordés soit en modifiant leur inductance, soit leur capacité. Cependant, la variation de L ne produit pas une variation lisse.

Ils sont généralement accordés en modifiant les capacités, qui sont généralement couplées, de sorte qu'un changement dans l'une d'elles change les deux. Cependant, le processus est fastidieux et nécessite un condensateur de grande valeur. Néanmoins, les oscillateurs Colpitts sont rarement préférés dans les applications où la fréquence varie, mais sont plus populaires comme oscillateurs à fréquence fixe en raison de leur conception simple.