Колпітсий генератор: що це? (Електрична схема та як розрахувати частоту колпітського генератора)

Що таке колпітський генератор?

Колпітський генератор — це вид LC генератора. Колпітські генератори були винайдені американським інженером Едвіном Г. Колпітсом у 1918 році. Як і інші LC генератори, колпітські генератори використовують комбінацію індуктивностей (L) та конденсаторів (C) для створення коливань певної частоти. Відмінною рисою колпітського генератора є те, що зворотний зв'язок для активного пристрою отримують з подільника напруги, який складається з двох конденсаторів, підключених послідовно через індуктивність.

Це здається... дещо плутаним.

Тож давайте розглянемо схему колпітського генератора, щоб зрозуміти, як це працює.

Схема колпітського генератора

Рисунок 1 показує типовий колпітський генератор з контуром. Індуктивність L підключена паралельно до серійної комбінації конденсаторів C1 і C2 (показано червоною рамкою).

Інші компоненти схеми такі ж, як і випадку спільноколекторної спільноколекторної (CE), яка зсувається за допомогою подільника напруги, тобто RC — це колекторний резистор, RE — емітерний резистор, який використовується для стабілізації схеми, а резистори R1 і R2 формують подільник напруги.

Додатково, конденсатори Ci і Co є входними та вихідними декуплюючими конденсаторами, а емітерний конденсатор CE є обхідним конденсатором, який використовується для обходу посиленого АС сигналу.

Коли живлення ввімкнено, транзистор починає проводити, збільшуючи колекторний струм IC, завдяки чому конденсатори C1 і C2 заряджуються. Досягнувши максимально можливого заряду, вони починають розряджатися через індуктивність L.

Під час цього процесу електростатична енергія, збережена в конденсаторах, перетворюється на магнітний потік, який зберігається в індуктивності у вигляді електромагнітної енергії.

Далі, індуктивність починає розряджатися, що заряджає конденсатори знову. Аналогічно, цикл продовжується, що призводить до коливань в контурі.

Додатково, рисунок показує, що вихід підсилювача з'являється на C1 і таким чином в фазі з напругою контура, що відновлює втрачену енергію.

З іншого боку, напруга зворотного зв'язку до транзистора отримується на конденсаторі C2, що означає, що сигнал зворотного зв'язку знаходиться на 180° з різницей фази від напруги на транзисторі.

Це відбувається тому, що напруги, що виникають на конденсаторах C1 і C2, мають протилежну полярність, оскільки точка, де вони з'єднуються, заземлена.

Далі, цей сигнал отримує додатковий зсув фази на 180° від транзистора, що призводить до загального зсуву фази на 360° по контуру, задовольняючи критерій зсуву фази принципу Баркхаузена.

Частота колпітського генератора

На цьому етапі, схема може ефективно діяти як генератор, створюючи стійкі коливання шляхом обережного контролювання співвідношення зворотного зв'язку, заданого (C1 / C2). Частота такого колпітського генератора залежить від компонентів в його контурі і визначається формулою