Colpitts Oscillator: Práce a aplikace

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





The elektronický obvod který produkuje periodicky oscilační elektronický signál, jako je sinusová vlna, čtvercová vlna nebo jakákoli jiná vlna, se nazývá elektronický oscilátor. Oscilátory lze rozdělit do různých typů obecně na základě jejich výstupní frekvence. Elektronické oscilátory lze označit jako napěťově řízené oscilátory protože jejich frekvenci kmitání lze řídit jejich vstupním napětím. Přední elektronické napěťově řízené oscilátory lze považovat za dva typy, jmenovitě: lineární oscilátor a nelineární oscilátor.

Elektronický oscilátor

Elektronický oscilátor



Nelineární oscilátory se používají k výrobě nesinusových výstupních průběhů. Lineární oscilátory se používají k výrobě sinusových výstupních průběhů a dále se dělí na mnoho typů, například oscilátor Feed back, oscilátor s negativním odporem, oscilátor Colpitts, oscilátor Hartley, oscilátor Armstrong, oscilátor fázového posuvu, oscilátor Clapp, oscilátor zpožděného vedení, oscilátor Pierce, Wien bridge oscilátor, Robinsonův oscilátor atd. V tomto konkrétním článku diskutujeme o jednom z mnoha typů obvodů lineárních oscilátorů, jmenovitě Colpittsův oscilátor.


Colpittsův oscilátor

Oscilátor je zesilovač s pozitivní zpětnou vazbou a s jistotou převádí stejnosměrný vstupní signál na průběh střídavého výstupu frekvenční měnič a určitý tvar výstupního průběhu (jako je sinusová nebo obdélníková vlna atd.) pomocí pozitivní zpětné vazby místo vstupního signálu. Oscilátory, které ve svém obvodu využívají induktor L a kondenzátor C, se nazývají LC oscilátor, což je typ lineárního oscilátoru.



Colpittsův oscilátor

Colpittsův oscilátor

LC oscilátory lze navrhnout pomocí různých metod. Dobře známé LC oscilátory jsou Hartleyův oscilátor a Colpittsův oscilátor. Mezi těmito dvěma je často používaným designem Colpitts Oscillator, který navrhl a pojmenoval americký inženýr Edwin H Colpitts v roce 1918.

Teorie oscilátoru Colpitts

Skládá se z obvodu nádrže, což je LC obvod rezonance vyrobený ze dvou sériových kondenzátorů připojených paralelně k induktoru a frekvenci oscilací lze určit pomocí hodnot těchto kondenzátorů a induktoru obvodu nádrže.

Tento oscilátor je ve všech aspektech téměř podobný Hartleyho oscilátoru, proto se označuje jako elektrický duální Hartleyův oscilátor a je navržen pro generování vysokofrekvenčních sinusových oscilací s rádiovými frekvencemi obvykle v rozmezí od 10 KHz do 300 MHz. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma oscilátory spočívá v tom, že využívá odbočkovou kapacitu, zatímco Hartleyův oscilátor využívá odbočkovou indukčnost.


Obvod oscilátoru Colpitts

Každý další obvod oscilátoru, který generuje sinusové průběhy, využívá rezonanční obvod LC, kromě několika elektronických obvodů, jako jsou RC oscilátory, Wien-Robinsonův oscilátor a několik krystalových oscilátorů, které pro tento účel nevyžadují další indukčnosti.

Schéma zapojení oscilátoru Colpitts

Schéma zapojení oscilátoru Colpitts

To lze realizovat pomocí zesilovacího zařízení, jako je Bipolární tranzistor (BJT) , operační zesilovač a tranzistor s efektem pole (FET) podobně jako u jiných LC oscilátorů. Kondenzátory C1 a C2 tvoří dělič potenciálu a tuto odbočenou kapacitu v obvodu nádrže lze použít jako zdroj zpětné vazby a toto nastavení lze použít k zajištění lepší frekvenční stability ve srovnání s oscilátorem Hartley, ve kterém se pro nastavení zpětné vazby používá odbočná indukčnost.

Re rezistor ve výše uvedeném obvodu zajišťuje stabilizaci obvodu proti kolísání teploty. Kondenzátor Ce zapojený v obvodu, který je paralelní s Re, poskytuje nízkou reaktivní cestu k zesílenému střídavému signálu, který působí jako Obtokový kondenzátor . The Rezistory R1 a R2 tvoří dělič napětí pro obvod a poskytuje předpětí tranzistoru. Obvod se skládá z a RC vázaný zesilovač se společným tranzistorem konfigurace emitoru. Vazební kondenzátor Coutblocks DC tím, že poskytuje AC cestu od kolektoru k obvodu nádrže.

Oscilátor Colpitts pracuje

Kdykoli je zapnuto napájení, kondenzátory C1 a C2 zobrazené ve výše uvedeném obvodu se začnou nabíjet a po úplném nabití kondenzátorů se kondenzátory začnou vybíjet přes induktor L1 v obvodu, což způsobí tlumené harmonické oscilace v obvodu nádrže.

Obvod nádrže s kondenzátory a induktory

Obvod nádrže s kondenzátory a induktory

Oscilačním proudem v obvodu nádrže je tedy generováno střídavé napětí napříč C1 a C2. Zatímco se tyto kondenzátory úplně vybijí, elektrostatická energie uložená v kondenzátorech se přenese ve formě magnetického toku na induktor a tím se induktor nabije.

Podobně, když se induktor začne vybíjet, kondenzátory se začnou znovu nabíjet a tento proces nabíjení a vybíjení energie kondenzátorů a induktoru nadále způsobuje generování oscilací a frekvenci těchto oscilací lze určit pomocí rezonanční frekvence obvodu nádrže sestávající z induktor a kondenzátory. Tento obvod nádrže je považován za zásobník energie nebo skladování energie. Je to z důvodu častého nabíjení a vybíjení energie induktoru, kondenzátorů, které jsou součástí LC sítě tvořící obvod nádrže.

Kontinuální netlumené oscilace lze získat z Barkhausenova kritéria. Pro trvalé oscilace musí být celkový fázový posun 3600 nebo 00. Ve výše uvedeném obvodu, protože dva kondenzátory C1 a C2 jsou vycentrovány a uzemněny, je napětí na kondenzátoru C2 (zpětnovazební napětí) 1800 s napětím na kondenzátoru C1 (výstupní napětí ). Společný emitorový tranzistor produkuje 1800 fázový posun mezi vstupním a výstupním napětím. Z Barkhausenova kritéria tedy můžeme získat netlumené spojité oscilace.
Rezonanční frekvence je dána vztahem

ƒr = 1 / (2П√ (L1 * C))

Kde ƒr je rezonanční frekvence

C je ekvivalentní kapacita sériové kombinace C1 a C2 obvodu nádrže

Je uveden jako

C = (C1 * C2) / ((C1 + C2))

L1 představuje vlastní indukčnost cívky.

Aplikace oscilátoru Colpitts

  • Používá se pro generování sinusových výstupních signálů s velmi vysokými frekvencemi.
  • Oscilátor Colpitts využívající zařízení SAW lze použít jako různé typ senzorů jako teplotní senzor . Protože zařízení použité v tomto obvodu je vysoce citlivé na rušení, snímá přímo z jeho povrchu.
  • Často se používá pro aplikace, ve kterých je zapojen velmi široký rozsah frekvencí.
  • Používá se pro aplikace, kde jsou pro fungování požadovány netlumené a kontinuální oscilace.
  • Tento oscilátor je preferován v situacích, kdy má často odolávat vysokým a nízkým teplotám.
  • Kombinace tohoto oscilátoru s některými zařízeními (místo obvodu nádrže) může být použita k dosažení vysoké teplotní stability a vysoké frekvence.
  • Používá se pro vývoj mobilních a rádiové komunikace .
  • Má mnoho aplikací používaných pro komerční účely.

Tento článek proto stručně pojednává o Colpittsově oscilátoru, teorii, práci a aplikacích Colpittsova oscilátoru spolu s jeho obvodem nádrže se používají v bezplatné elektronické projektové sady . Další informace o oscilátoru Colpitts naleznete v níže uvedených komentářích.

Fotografické kredity: