- Цистерната на резервоара
- Транзисторен базиран осцилатор на Colpitts
- Op-Amp базиран осцилатор на Colpitts
- Разлика между осцилатора на Колпитс и осцилатора Хартли
- Приложение на веригата на осцилатора на Colpitts
Осцилаторът е механична или електронна конструкция, която произвежда трептения в зависимост от няколко променливи. Всички ние имаме устройства, които се нуждаят от осцилатори като традиционен часовник или ръчен часовник. Различни видове металотърсачи, компютри, в които участват микроконтролер и микропроцесори, използват осцилатори, особено електронен осцилатор, който произвежда периодични сигнали. Обсъдихме няколко осцилатора в предишните ни уроци:
- RC фазов осцилатор
- Wein Bridge Oscillator
- Кварцов кристален осцилатор
- Верига за осцилатор на фазово изместване
- Осцилатор с контролирано напрежение (VCO)
В осцилатор Colpitts е изобретен от американския инженер Едвин Н. Colpitts през 1918 Colpitts осцилатор работи с комбинация от индуктори и кондензатори чрез образуване на LC филтър. Подобно на другите осцилатори Осцилаторът на Colpitts се състои от усилващо устройство и изходът е свързан с LC верига за обратна връзка. Осцилаторът на Colpitts е линеен осцилатор, който произвежда синусоидална форма на вълната.
Цистерната на резервоара
Основното трептящо устройство в осцилатора на Colpitts е създадено с помощта на веригата на резервоара. На веригата резервоар се състои от три components- индуктор и две кондензатори. Два кондензатора са свързани последователно и тези кондензатори са допълнително свързани паралелно с индуктор.
На горното изображение са показани три компонента на веригата на резервоара с правилни връзки. Процесът започва с зареждане на два кондензатора C1 и C2. След това във веригата на резервоара тези две последователни кондензатори се разреждат в паралелния индуктор L1 и съхранената енергия в кондензатора се прехвърля към индуктора. Поради кондензатора, свързан паралелно, индукторът сега се разрежда от двата кондензатора и кондензаторите започват да се зареждат отново. Тези зареждания и разреждания в двата компонента продължават и по този начин осигуряват сигнал за трептене през него.
Трептенето силно зависи от кондензаторите и стойността на индуктора. По-долу формулата е да се определи честотата на трептене:
F = 1 / 2π√LC
където F е честота и L е индуктор, C е общият еквивалентен капацитет.
Еквивалентният капацитет на двата кондензатора може да се определи с помощта
C = (C1 x C2) / (C1 + C2)
По време на тази фаза на трептене във веригата на резервоара възникват известни загуби на енергия. За да се компенсира тази загубена енергия и за да се поддържа трептенето във веригата на резервоара, е необходимо усилващо устройство. Има много различни видове усилващи устройства, които се използват за компенсиране на загубата на енергия във веригата на резервоара. Най-често срещаните усилващи устройства са транзистори и операционни усилватели.
Транзисторен базиран осцилатор на Colpitts
В горното изображение е показан базираният на транзистори осцилатор Colpitts, където основното усилващо устройство на осцилатора е NPN транзистор T1.
Във веригата са необходими резистори R1 и R2 за базовото напрежение. Тези два резистора се използват за направа на делител на напрежението в основата на транзистора Т1. Резистор R3 се използва като емитер резистор. Този резистор е много полезен за стабилно усилващо устройство по време на топлинния дрейф. В C3 кондензатор се използва като байпас кондензатор емитер е свързан паралелно с резистор R3. Ако премахнем този кондензатор C3, усиленият променлив сигнал ще бъде изхвърлен през резистор R3 и ще доведе до лошо усилване И така, кондензаторът С3 е снабден с лесен път за усиления сигнал. Обратната връзка от веригата на резервоара е допълнително свързана с помощта на C4 към основата на транзистора T1.
Трептенето на базираната на транзистора осцилаторна верига на Colpitts зависи от фазовото изместване. Това е добре известно като критерий за бархаузен за осцилатора. Според критерия Barkhausen, усилването на контура трябва да е малко по-голямо от единицата и фазовото изместване около контура трябва да бъде 360 градуса или 0 градуса. Така че, по време на този случай, за да се осигури трептене през изхода, общата верига се нуждае от 0 градуса или 360-градусово фазово изместване. Конфигурацията на транзистора като общ излъчвател осигурява фазово изместване на 180 градуса, докато веригата на резервоара също допринася за допълнително фазово изместване на 180 градуса. Чрез комбинирането на тези двуфазни измествания общата схема постига 360-градусово фазово изместване, което е отговорно за трептенето.
Обратната връзка може да се контролира с помощта на двата кондензатора C1 и C2. Тези два кондензатора са свързани последователно и кръстовището е допълнително свързано със захранващата земя. Напрежението в C1 е много по-голямо от напрежението в C2. Чрез промяна на тези две стойности на кондензатора можем да контролираме напрежението на обратната връзка, което допълнително се връща обратно към веригата на резервоара. Определянето на напрежението на обратната връзка е ключова част от схемата, тъй като ниското ниво на напрежението на обратната връзка не би активирало трептенето, докато високото ниво на напрежението на обратната връзка ще доведе до разрушаване на изходната синусоида и индуциране на изкривяване.
Осцилаторът на Colpitts може да бъде настроен чрез промяна на стойността на индуктивността и капацитета. Има два начина да накарате осцилатора на Colpitts да работи в конфигурация за променлива настройка.
Първият начин е да смените индуктора като променлив индуктор, а другият начин е да промените кондензаторите като променлив кондензатор. Във втория вариант, тъй като напрежението на обратната връзка е силно зависимо от съотношението на C1 и C2, препоръчително е да се използва обикновена банда. Така че, когато има вариации в единия кондензатор, другият кондензатор също променя капацитета си в съответствие с него.
Op-Amp базиран осцилатор на Colpitts
В горното изображение е показана веригата на осцилатора на Colpitts, базирана на оп-усилвател. Операционният усилвател е в режим на инвертираща конфигурация. Резисторите R1 и R2 се използват, за да осигурят необходимата обратна връзка на операционния усилвател. Резервоарната верига е свързана заедно с единичния индуктор паралелно с два последователни кондензатора. Входът на операционния усилвател е свързан с обратната връзка на веригата на резервоара.
Работата е същата, както е обсъдено в горната осцилаторна верига на Colpitts, базирана на транзистор. По време на стартиране операционният усилвател усилва шумовия сигнал, който е отговорен за зареждането на два кондензатора. Коефициентът на усилвател на базирания на усилвател Colpitts Oscillator е по-висок от базирания на транзистор Colpitts Oscillator.
Разлика между осцилатора на Колпитс и осцилатора Хартли
Осцилаторът на Colpitts е много подобен на осцилатора на Хартли, но има разлика в конструкцията между тези два. Въпреки че тези две осцилаторни вериги се състоят от три компонента като резервоарна верига, но осцилаторът на Colpitts използва един индуктор паралелно с два кондензатора последователно, докато осцилаторът на Хартли използва точно противоположно, един единичен кондензатор паралелно с два индуктора последователно. Осцилаторът на Colpitts се представя по-стабилно при високочестотна работа от осцилатора на Хартли.
Осцилаторът Colpitts е отличен избор при работа с висока честота. Той може да генерира изходна честота в обхвата на мегагерци, както и в обхвата на килохерца.
Приложение на веригата на осцилатора на Colpitts
1. Поради трудностите при плавното изменение на индуктор и кондензатор, осцилаторът на Colpitts се използва главно за генериране на фиксирана честота.
2. Основното използване на осцилатора Colpitts е в мобилни или други радиочестотни контролирани комуникационни устройства.
3. При високочестотните трептения осцилаторът на Colpitts е отличен избор. По този начин устройствата, базирани на високочестотни осцилатори, използват Colpitts Oscillator.
4. В няколко приложения, при които е необходимо непрекъснато и незатихващо трептене в допълнение към термичната стабилност, се използва осцилатор Colpitts.
5. За приложенията, които се нуждаят от широк диапазон от честоти с минимален шум.
6. Много видове сензори, базирани на SAW, използват осцилатор Colpitts
7. Различни видове металотърсачи използват осцилатора на Colpitts.
8. Радиочестотен предавател, свързан с честотната модулация, използва генератор Colpitts.
9. Той има огромно приложение във военни и търговски продукти.
10. В приложенията за микровълнови печки, маскирането на сигнала, свързани с хаотични вериги, също се изисква осцилатор на Colpitts в различния честотен диапазон.