Colpitta oscilators: Kas tas ir? (Shēma un kā aprēķināt Colpitta oscilatora frekvenci)

Kas ir Colpitta oscilators?

Colpitta oscilators ir veids no LC oscilatoriem. Colpitta oscilatorus izgudroja amerikāņu inženieris Edwin H. Colpitts 1918. gadā. Līdzīgi citiem LC oscilatoriem, Colpitta oscilatori izmanto induktoru (L) un kondensatoru (C) kombināciju, lai radītu svārījumus noteiktā frekvencē. Colpitta oscilatora atšķirība ir tāda, ka aktīvā priekšmeta atgriezeniskā saite tiek ņemta no divu serijā savienotu kondensatoru šķērsgaitas virs induktora.

Tas izdodas… kaut kas saliekami sarežģīti.

Tātad, aplūkosim Colpitta oscilatora shēmu, lai labāk saprastu, kā tas darbojas.

Colpitta oscilatora shēma

1. attēls parāda tipisku Colpitta oscilatoru ar rezervuāra shēmu. Induktors L ir savienots paralēli ar kondensatoru C₁ un C₂ serijā (parādīts sarkanā apļā).

citas shēmas daļas ir tādas pašas kā kopīgajā emitera CE, kas ir nomāks ar sprieguma dalītāja tīklu, t.i., R_C ir kollektorā resistor, R_E ir emitera resistor, ko izmanto, lai stabilizētu shēmu, un rezistori R₁ un R₂ veido sprieguma dalītāja nomākošanas tīklu.

Turklāt, kondensatori C_i un C_o ir ieejas un izvades decuplējošie kondensatori, savukārt emitera kondensators C_E ir novietojuma kondensators, ko izmanto, lai novietotu amplificētos AC signālus.

Kad piegāde tiek ieslēgta, tranzistors sāk strādāt, palielinot kollektorā strāvu I_C, tādējādi kondensatori C₁ un C₂ uzsāk uzlādēties. Kad tie sasniedz maksimālo uzlādi, tie sāk atlādēties caur induktoru L.

Šajā procesā elektrostātiskā enerģija, kas saglabāta kondensatorā, tiek pārveidota magnetiskā plūsmā, kas tiek glabāta induktorā formā elektromagnētiskās enerģijas.

Nākamais, induktors sāk atlādēties, kas vēlreiz uzsāk kondensatoru uzlādi. Tāpat turpinās cikls, kas radīst svārījumus rezervuāra shēmā.

Attēls parāda, ka amplifikatora izvade parādās uz C₁ un tādējādi ir fāzē ar rezervuāra shēmas spriegumu un nodrošina zaudēto enerģiju, to atkal nododot.

Savukārt, sprieguma atgriezeniskā saite tranzistoram tiek iegūta uz C₂, kas nozīmē, ka atgriezeniskā saites signāls ir pretfāzē ar tranzistora spriegumu par 180°.

Tā kā spriegumi, kas izveidojas uz kondensatoriem C₁ un C₂, ir pretēji polāritātei, jo punkts, kur tie savienojas, ir uz zemes.

Turklāt, šis signāls tiek pievienots papildu 180° fāzes nobīde tranzistora dēļ, kas rezultē neto fāzes nobīdi 360° ap loku, apmierinoši Barkhausen principa fāzes nobīdes kritēriju.

Colpitta oscilatora frekvence

Šajā stadijā shēma efektīvi var darboties kā oscilators, radot ilgstošus svārījumus, uzmanīgi kontrolējot atgriezenisko saiti, kas ir dota (C₁ / C₂). Colpitta oscilatora frekvence atkarīga no tā rezervuāra shēmas komponentiem un tiek dota

kur C_eff ir kondensatoru efektīvā kapacitāte, kas izteikta kā

Tātad, šie oscilatori var tikt noregulēti, mainot to indukciju vai kapacitāti. Tomēr, L maiņa neveido vieglu variāciju.

Tāpēc tos parasti noregulē, mainot kapacitances, kas vispār ir ganged, tāpēc, ja viena no tām mainās, tad mainās abas. Tomēr, šis process ir grūts un prasa īpašu lielvērtīgu kondensatoru.

Tātad, Colpitta oscilatori reti tiek izmantoti lietotnēs, kurās frekvence mainās, bet tie ir populārāki kā fiksētas frekvences oscilatori, tāpēc ka to dizains ir vienkāršs.

Turklāt, tie piedāvā labāku stabilitāti nekā Hartley oscilatori, tāpēc ka tie ir brīvākie no mutuālās indukcijas efekta starp diviem induktoriem otrā gadījumā.

Atradās arī BJT bāzēta Colpitta oscilatora, to var realizēt arī ar ventilām, FET (Field Effect Transistor) vai Op-Amp.

2. attēls parāda tādu