Colpitts Osilatörü: Nedir? (Devre Şeması & Colpitts osilatörünün frekansını hesaplama yöntemi)

Colpitts Osilatörü Nedir?

Bir Colpitts Osilatörü, LC tipi bir osilatördür. Colpitts osilatörleri, Amerikalı mühendis Edwin H. Colpitts tarafından 1918 yılında icat edildi. Diğer LC osilatörleri gibi, Colpitts osilatörleri de belirli bir frekanslarda salınım oluşturmak için indüktör (L) ve kondansatör (C) kombinasyonunu kullanır. Colpitts osilatörünün ayırt edici özelliği, aktif cihaz için geribildirim inaktörün üzerinden seri bağlı iki kondansatörden oluşan bir gerilim bölücüden alınmasıdır.

Bu, biraz karışık gibi görünüyor.

Yani, Colpitts osilatörü devresine bakarak nasıl çalıştığını anlamaya çalışalım.

Colpitts Osilatörü Devresi

Şekil 1, bir tank devresi olan tipik bir Colpitts osilatörünü göstermektedir. Bir L indüktörü, C1 ve C2 kondansatörlerinin seri kombinasyonuna paralel olarak bağlanmıştır (kırmızı kutu ile gösterilmiştir).

Devredeki diğer bileşenler, genel emiter (CE) durumunda bulunanlarla aynıdır, yani R1 ve R2 dirençleri gerilim bölücü ağı kullanılarak tarzlanır, yani RC toplama direncidir, RE emiter direnci devreyi istikrarlı hale getirmek için kullanılır.

Ayrıca, Ci ve Co girdi ve çıkış decupling kapasitörleri, emiter kapasitörü CE ise amplifikasyonlanmış AC sinyalleri atlatmak için kullanılır.

Burada, güç kaynağı açıldığında, transistör iletimi başlatabilir, bu da toplama akımı IC'yi artırır, bu nedenle C1 ve C2 kondansatörleri şarj olur. Maksimum şarja ulaştıklarında, indüktör L aracılığıyla boşalırlar.

Bu süreçte, kondansatörde depolanan elektrostatik enerji, indüktör içinde manyetik akım olarak depolanmış elektromanyetik enerjiye dönüşür.

Sonra, indüktör boşalmaya başlar, bu da kondansatörleri tekrar şarj eder. Bu şekilde, döngü devam eder ve tank devresinde salınımlara neden olur.

Daha fazlası, amplifikatörün çıkışı C1 üzerinden ortaya çıkar, bu nedenle tank devresinin voltajıyla fazda olup, kaybedilen enerjiyi yeniden sağlayarak onu tamamlar.

Öte yandan, transistöre geribildirim voltajı, C2 kondansatörü üzerinden elde edilir, bu da transistördeki voltajın 180° faz farkına sahip olduğunu gösterir.

Bu, C1 ve C2 kondansatörlerinde geliştirilen voltajların zıt polardan dolayıdır çünkü birleştiği nokta yerleştirilmiştir.

Daha sonra, bu sinyal, transistör tarafından ek 180° faz kayması sağlanarak, döngü etrafında net 360° faz kayması ile Barkhausen ilkesinin faz kayma kriterini sağlar.

Colpitts Osilatörü Frekansı

Bu aşamada, devre, (C1 / C2) tarafından verilen geribildirim oranını dikkatlice izleyerek, sürekli salınımlar üreten bir osilatör olarak etkili bir şekilde çalışabilir. Bu tür bir Colpitts Osilatörünün frekansı, tank devresindeki bileşenlere bağlıdır ve aşağıdaki gibi verilir:

Burada, Ceff, kondansatörlerin etkin kapasitesidir ve şu şekilde ifade edilir:

Sonuç olarak, bu osilatörler, indüktanslarını veya kapasitanslarını değiştirerek ayarlanabilir. Ancak, L'nin değişimi pürüzsüz bir değişim sağlamaz.

Bu nedenle, genellikle kapasitansları değiştirilerek ayarlanırlar. Kapasitanslar genellikle birlikte gruplandırılır, bu nedenle herhangi birinin değişmesi ikisini de değiştirir. Ancak, bu süreç zordur ve özel büyük değerli bir kapasitör gerektirir.

Bu nedenle, Colpitts osilatörleri, frekansı değişen uygulamalarda nadiren tercih edilir, ancak basit tasarımından dolayı sabit frekansta daha popülerdirler.

Ayrıca, iki indüktör arasındaki karşılıklı indüktans etkisi olmaması nedeniyle, Hartley Osilatörlerine göre daha iyi istikrar sağlarlar.

Gösterilen BJT tabanlı Colpitts Osilatörü dışında, valfler, FET (Alan Etki Transistörü) veya Op-Amp kullanılarak da gerçekleştirilebilirler.

Şekil 2, amfi bölümünde ters çevrilmiş yapıda bir Op-Amp kullanan böyle bir Colpitts osilatörünü göstermektedir. Aynı zamanda, tank devresi Şekil 1'deki duruma benzerdir.

Bu tür bir devre, daha önce açıklanana çok benzer şekilde çalışır. Ancak, burada, osilatörün kazancı, geribildirim direnci Rf kullanılarak ayrı ayrı ayarlanabilir, çünkü ters çevrilmiş amfiyin kazancı -Rf / R1 şeklinde verilir.