ออสซิลเลเตอร์คอลพิตส์: คืออะไร? (แผนผังวงจรและวิธีการคำนวณความถี่ของออสซิลเลเตอร์คอลพิตส์)

Colpitts Oscillator คืออะไร

Colpitts Oscillator คือประเภทหนึ่งของ LC oscillator Colpitts oscillators ถูกคิดค้นโดยวิศวกรชาวอเมริกัน Edwin H. Colpitts ในปี 1918 เช่นเดียวกับ LC oscillators อื่น ๆ Colpitts oscillators ใช้การรวมกันของ ตัวเหนี่ยวนำ (L) และ ตัวเก็บประจุ (C) เพื่อสร้างการสั่นที่ความถี่หนึ่ง ๆ ลักษณะพิเศษของ Colpitts oscillator คือ feedback สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานจะมาจาก วงจรแบ่งแรงดัน ที่ทำจากตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมข้ามตัวเหนี่ยวนำ

ฟังแล้วอาจดูซับซ้อนอยู่บ้าง

ดังนั้นมาดูวงจร Colpitts oscillator เพื่อทำความเข้าใจว่ามันทำงานอย่างไร

วงจร Colpitts Oscillator

รูปที่ 1 แสดงวงจร Colpitts oscillator ที่มีวงจร tank ตัวเหนี่ยวนำ L ถูกเชื่อมต่อขนานกับการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของ ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 (แสดงโดยวงกลมสีแดง)

องค์ประกอบอื่นๆ ในวงจรเป็นเช่นเดียวกับที่พบในกรณีของ common-emitter CE ซึ่งถูกบิแอสโดยใช้ voltage divider กล่าวคือ RC เป็นตัวต้านทานคอลเล็กเตอร์ RE เป็นตัวต้านทานอีมิเตอร์ที่ใช้เพื่อทำให้วงจรเสถียร และ ตัวต้านทาน R1 และ R2 สร้างขึ้นเป็นเครือข่ายบิแอส voltage divider.

นอกจากนี้ คาปาซิเตอร์ Ci และ Co เป็นคาปาซิเตอร์แยกสัญญาณขาเข้าและขาออก ในขณะที่คาปาซิเตอร์อีมิเตอร์ CE เป็นคาปาซิเตอร์บายพาสที่ใช้เพื่อบายพาสสัญญาณ AC ที่ถูกขยาย.

เมื่อมีการเปิดสวิตช์แหล่งจ่ายไฟ ทรานซิสเตอร์ จะเริ่มนำกระแส ทำให้กระแสคอลเล็กเตอร์ IC เพิ่มขึ้น ทำให้คาปาซิเตอร์ C1 และ C2 ได้รับประจุ เมื่อได้รับประจุสูงสุดแล้ว พวกมันจะเริ่มปล่อยประจุผ่านอินดักเตอร์ L.

ระหว่างกระบวนการนี้ พลังงานสถิตที่เก็บอยู่ในคาปาซิเตอร์จะถูกแปลงเป็น ฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งถูกเก็บไว้ภายในอินดักเตอร์ในรูปแบบของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า.

ต่อไป อินดักเตอร์จะเริ่มปล่อยประจุ ซึ่ง ชาร์จคาปาซิเตอร์ ใหม่อีกครั้ง เช่นนี้วนไป ทำให้เกิดการแกว่งในวงจรแท้งค์.

นอกจากนี้ภาพแสดงให้เห็นว่าเอาต์พุตของแอมปลิฟายเออร์ปรากฏขึ้นที่ C1 และอยู่ในเฟสเดียวกับแรงดันของวงจรแท้งค์ และชดเชยพลังงานที่สูญเสียไปโดยการเติมพลังงานใหม่.

อีกทางหนึ่ง ฟีดแบ็กแรงดันไฟฟ้าไปยังทรานซิสเตอร์ได้รับจากตัวเก็บประจุ C2 ซึ่งหมายความว่าสัญญาณฟีดแบ็กอยู่ในเฟสตรงข้ามกับแรงดันที่ทรานซิสเตอร์ 180o

นี่เป็นเพราะแรงดันที่เกิดขึ้นที่ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 มีขั้วตรงข้ามกันเนื่องจากจุดที่พวกมันเชื่อมต่อถูกต่อกราวด์

นอกจากนี้ สัญญาณนี้ยังได้รับการเปลี่ยนเฟสเพิ่มเติม 180o จากทรานซิสเตอร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนเฟสรวม 360o รอบวงจร ซึ่งตรงตามเงื่อนไขการเปลี่ยนเฟสของหลักการ Barkhausen

ความถี่ของออสซิลเลเตอร์ Colpitts

ที่จุดนี้ วงจรสามารถทำงานเป็นออสซิลเลเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยผลิตการแกว่งตัวอย่างต่อเนื่องผ่านการตรวจสอบอัตราส่วนฟีดแบ็กที่กำหนดโดย (C1 / C2) ความถี่ของ ออสซิลเลเตอร์ Colpitts ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบในวงจรแท้งค์และกำหนดโดย

โดยที่ Ceff เป็นความจุไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุแสดงเป็น

ดังนั้น ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนแปลง ความเหนี่ยวนำ หรือ ความจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลง L ไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น

ดังนั้น พวกมันมักจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้าซึ่งโดยทั่วไปจะถูกเชื่อมโยงกัน ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในหนึ่งในนั้นจะทำให้ทั้งสองเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานและต้องใช้คาปาซิเตอร์ค่าใหญ่พิเศษ

ดังนั้น ออสซิลเลเตอร์ Colpitts มักไม่ได้รับความนิยมในการใช้งานที่ความถี่เปลี่ยนแปลง แต่เป็นที่นิยมมากขึ้นในฐานะออสซิลเลเตอร์ความถี่คงที่เนื่องจากการออกแบบที่เรียบง่าย

นอกจากนี้ พวกมันยังมีเสถียรภาพดีกว่า ออสซิลเลเตอร์ Hartley เนื่องจากพวกมันไม่มีผลกระทบจาก ความเหนี่ยวนำร่วม ที่มีระหว่างอินดักเตอร์สองตัวในกรณีหลัง

นอกเหนือจากออสซิลเลเตอร์ Colpitts ที่ใช้ BJT ที่แสดงไว้ พวกมันยังสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้วาล์วหรือ FET (Field Effect Transistor) หรือ Op-Amp.

รูปที่ 2 แสดงออสซิลเลเตอร์ Colpitts ที่ใช้ Op-Amp ในรูปแบบอินเวอร์ตในส่วนของแอมปลิไฟเออร์ ในขณะเดียวกันวงจร Tank ยังคงเหมือนกับกรณีในรูปที่ 1

วงจรชนิดนี้ทำงานคล้ายคลึงกับที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม ที่นี่สามารถปรับค่าแกนของออสซิลเลเตอร์ได้โดยใช้ตัวต้านทาน Rf แยกต่างหาก เพราะค่าแกนของแอมปลิไฟเออร์อินเวอร์ตคือ -Rf / R1.

จากนี้ สามารถเห็นได้ว่าในกรณีนี้ ค่าแกนของวงจรน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวงจร Tank

โดยทั่วไปแล้ว ความถี่ในการทำงานของ Colpitts oscillators มีช่วงระหว่าง 20 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 300 เมกะเฮิรตซ์ แต่อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถใช้สำหรับการประยุกต์ใช้งานในไมโครเวฟได้เช่นกัน เนื่องจากตัวเก็บประจุให้ทางผ่านที่มีค่าปฏิกิริยาต่ำสำหรับสัญญาณความถี่สูง

ผลลัพธ์นี้ทำให้มีความเสถียรของความถี่ที่ดีขึ้น และคลื่นสัญญาณที่เป็นรูปแบบไซนัสอย่างดีขึ้น นอกจากนี้ ยังได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในฐานะเรโซเนเตอร์คลื่นเสียงบนผิว (SAW) เซ็นเซอร์ และในระบบโทรศัพท์มือถือและระบบสื่อสาร

คำแถลง: เคารพ ต้นฉบับ บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ