Генератор Колпитца: что это? (Схема и как рассчитать частоту генератора Колпитца)

Что такое генератор Колпитца

Генератор Колпитца является типом LC генератора. Генераторы Колпитца были изобретены американским инженером Эдвином Х. Колпитцем в 1918 году. Как и другие LC-генераторы, генераторы Колпитца используют комбинацию катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C) для создания колебаний на определенной частоте. Отличительной особенностью генератора Колпитца является то, что обратная связь для активного элемента берется из делителя напряжения, состоящего из двух конденсаторов, подключенных последовательно через катушку индуктивности.

Это звучит... несколько запутанно.

Так давайте рассмотрим схему генератора Колпитца, чтобы понять, как это работает.

Схема генератора Колпитца

Рисунок 1 показывает типичный генератор Колпитца с контуром. Катушка индуктивности L подключена параллельно к последовательной комбинации конденсаторов C1 и C2 (показано красным прямоугольником).

Другие компоненты схемы такие же, как и в случае схемы с общим эмиттером (CE), которая смещается с помощью делителя напряжения, т.е. RC - это резистор коллектора, RE - это резистор эмиттера, который используется для стабилизации схемы, а резисторы R1 и R2 формируют делитель напряжения.

Кроме того, конденсаторы Ci и Co являются входными и выходными конденсаторами развязки, а конденсатор эмиттера CE - это обходной конденсатор, используемый для обхода усиленных сигналов переменного тока.

Здесь, когда питание включено, транзистор начинает проводить, увеличивая ток коллектора IC, вследствие чего конденсаторы C1 и C2 заряжаются. При достижении максимального заряда они начинают разряжаться через катушку индуктивности L.

В процессе этого электростатическая энергия, хранящаяся в конденсаторе, преобразуется в магнитный поток, который хранится в катушке индуктивности в виде электромагнитной энергии.

Затем катушка индуктивности начинает разряжаться, что заряжает конденсаторы снова. Таким образом, цикл продолжается, что приводит к возникновению колебаний в контуре.

На рисунке также показано, что выход усилителя появляется на C1 и, следовательно, находится в фазе с напряжением контура, восполняя потерянную энергию.

С другой стороны, обратная связь по напряжению к транзистору получается через конденсатор C2, что означает, что сигнал обратной связи находится в противофазе с напряжением на транзисторе на 180°.

Это связано с тем, что напряжения, возникающие на конденсаторах C1 и C2, имеют противоположные полярности, так как точка их соединения заземлена.

Кроме того, этот сигнал получает дополнительное смещение фазы на 180° от транзистора, что приводит к общему смещению фазы на 360° вокруг цепи, удовлетворяя критерию смещения фазы принципа Баркхаузена.

Частота генератора Колпитца

На этом этапе схема может эффективно действовать как генератор, создавая устойчивые колебания путем тщательного контроля коэффициента обратной связи, заданного (C1 / C2). Частота такого генератора Колпитца зависит от компонентов его контура и определяется по формуле

где Ceff - это эффективная емкость конденсаторов, выраженная как