Oscylator Colpitta: Co to jest? (Schemat obwodu i jak obliczyć częstotliwość oscylatora Colpitta)

Co to jest oscylator Colpitta?

Oscylator Colpitta to jest rodzaj oscylatora LC. Oscylatory Colpitta zostały wynalezione przez amerykańskiego inżyniera Edwina H. Colpitta w 1918 roku. Podobnie jak inne oscylatory LC, oscylatory Colpitta wykorzystują kombinację cewek (L) i kondensatorów (C) do generowania drgań o określonej częstotliwości. Wyróżniającą cechą oscylatora Colpitta jest to, że sprzężenie zwrotne dla elementu aktywnego pobierane jest z podziału napięcia utworzonego przez dwa kondensatory szeregowe połączone na cewce.

To brzmi… trochę skomplikowanie.

Spójrzmy więc na schemat oscylatora Colpitta, aby zrozumieć, jak to działa.

Schemat oscylatora Colpitta

Rysunek 1 przedstawia typowy oscylator Colpitta z obwodem rezonansowym. Cewka L jest połączona równolegle z szeregowym połączeniem kondensatorów C₁ i C₂ (oznaczone czerwoną ramką).

Inne komponenty w obwodzie są takie same, jak w przypadku konfiguracji emitera wspólnego (CE), który jest ustawiany za pomocą sieci podziału napięcia, tj. R_C to opornik kolektorowy, R_E to opornik emiterowy używany do stabilizacji obwodu, a oporniki R₁ i R₂ tworzą sieć podziału napięcia.

Dodatkowo, kondensatory C_i i C_o to kondensatory dekuplujące wejście i wyjście, podczas gdy kondensator emiterowy C_E to kondensator obwodowy służący do przepuszczania zwiększonego sygnału AC.

Gdy zasilanie jest włączone, tranzystor zaczyna przewodzić, co zwiększa prąd kolektorowy I_C, powodując, że kondensatory C₁ i C₂ ładują się. Po osiągnięciu maksymalnego ładunku zaczynają rozładowywać się poprzez cewkę L.

W tym procesie energia elektrostatyczna przechowywana w kondensatorze jest przekształcana w strumień magnetyczny, który jest przechowywany w cewce w postaci energii elektromagnetycznej.

Następnie, cewka zaczyna się rozładowywać, co ponownie ładuje kondensatory. Proces ten kontynuuje się, co prowadzi do drgań w obwodzie rezonansowym.

Dalej rysunek pokazuje, że wyjście wzmacniacza pojawia się na kondensatorze C₁ i jest zgodne z fazą napięcia obwodu rezonansowego, co zapewnia补偿了损失的能量。此外，反馈到晶体管的电压是通过电容C2获得的，这意味着反馈信号与晶体管上的电压相位差180°。 这是因为电容C1和C2上产生的电压极性相反，因为它们连接的点接地。 进一步地，这个信号由晶体管提供的额外180°相移，导致环路中净相移为360°，满足巴克豪森原理的相移准则。 ### 科尔皮茨振荡器频率 此时，电路可以通过仔细监控由（C1 / C2）给出的反馈比来有效地充当产生持续振荡的振荡器。这种科尔皮茨振荡器的频率取决于其谐振电路中的元件，并由以下公式给出： 其中Ceff是电容的有效电容，表示为： 因此，这些振荡器可以通过改变它们的电感或电容来进行调谐。然而，改变L不会产生平滑的变化。 因此，它们通常通过改变电容进行调谐，这些电容通常是联动的，因此改变其中一个会同时改变两个。尽管如此，这一过程是繁琐的，需要一个特殊的高值电容。 因此，科尔皮茨振荡器很少在频率变化的应用中使用，但由于其简单的设计，作为固定频率振荡器更为流行。 此外，它们比哈特利振荡器提供更好的稳定性，因为它们不受后者两个电感之间的互感效应的影响。 除了所示的基于BJT的科尔皮茨振荡器外，它们还可以使用电子管、场效应晶体管（FET）或运算放大器实现。 图2显示了一个使用反相配置运算放大器的科尔皮茨振荡器。同时，谐振电路与图1的情况相似。 这种电路几乎与前面解释的电路类似。然而，在这里，振荡器的增益可以通过反馈电阻Rf单独调整，因为反相放大器的增益由 -Rf / R1 给出。 从这一点可以看出，在这种情况下，电路的增益对谐振电路元件的依赖性较小。 通常，科尔皮茨振荡器的工作频率范围从20 kHz到300 MHz。然而，由于它们的电容为高频信号提供了低阻抗路径，它们甚至可以用于微波应用。 这导致了更好的频率稳定性和更好的正弦输出波形。此外，它们还广泛用作表面声波（SAW）谐振器、传感器以及移动和通信系统。 声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。 请确保翻译内容完整且符合电力科技行业的专业术语。