Генератор Колпитца

Осциллятор - это механическая или электронная конструкция, которая производит колебания в зависимости от нескольких переменных. У всех нас есть устройства, которым нужны осцилляторы, такие как традиционные часы или наручные часы. В различных типах металлоискателей, компьютерах с микроконтроллером и микропроцессором используются генераторы, в частности, электронный генератор, который выдает периодические сигналы. В предыдущих уроках мы обсуждали несколько осцилляторов:

• RC-фазовый генератор
• Осциллятор моста Вайна
• Кварцевый кварцевый осциллятор
• Цепь генератора с фазовым сдвигом
• Генератор, управляемый напряжением (ГУН)

Colpitts осциллятор был изобретен американским инженером Колпитц в 1918 году Колпитс гетеродина работает с комбинацией индукторов и конденсаторов путем формирования LC фильтр. Как и другие генераторы, генератор Колпитца состоит из устройства усиления, а выход соединен с контуром обратной связи LC-цепи. Генератор Колпитца - это линейный генератор, вырабатывающий синусоидальную форму волны.

Цепь танка

Основное колебательное устройство в генераторе Колпитца создается с помощью резервуарного контура. Контур состоит из трех Компоненты- в катушке индуктивности и двух конденсаторов. Два конденсатора подключены последовательно, и эти конденсаторы дополнительно подключены параллельно индуктивности.

На изображении выше показаны три компонента цепи резервуара с правильными подключениями. Процесс начинается с зарядки двух конденсаторов C1 и C2. Затем внутри цепи резервуара эти два последовательных конденсатора разряжаются в параллельную катушку индуктивности L1, и накопленная в конденсаторе энергия передается катушке индуктивности. Благодаря параллельному подключению конденсатора, индуктор теперь разряжается двумя конденсаторами, и конденсаторы снова начинают заряжаться. Эти зарядка и разрядка в обоих компонентах продолжаются и, таким образом, обеспечивают сигнал колебаний через них.

Колебания сильно зависят от конденсаторов и номинала индуктора. Ниже приведена формула для определения частоты колебаний:

F = 1 / 2π√LC

где F - частота, L - индуктор, C - полная эквивалентная емкость.

Эквивалентную емкость двух конденсаторов можно определить с помощью

С = (С1 х С2) / (С1 + С2)

Во время этой фазы колебаний в контуре резервуара происходит некоторая потеря энергии. Чтобы компенсировать эту потерю энергии и поддерживать колебания внутри контура резервуара, требуется устройство усиления. Есть много различных типов устройств усиления, которые используются для компенсации потерь энергии внутри контура резервуара. Наиболее распространенными устройствами усиления являются транзисторы и операционные усилители.

Генератор Колпитца на базе транзисторов

На изображении выше показан осциллятор Колпитца на основе транзистора, где основным устройством усиления генератора является транзистор T1 NPN.

В схеме требуются резисторы R1 и R2 для напряжения базы. Эти два резистора используются для создания делителя напряжения на базе транзистора T1. Резистор R3 используется как резистор эмиттера. Этот резистор очень полезен для стабилизации устройства усиления во время теплового дрейфа. Конденсатор C3 используются в качестве эмиттерного шунтирующего конденсатора, который соединен параллельно с резистором R3. Если мы удалим этот конденсатор C3, усиленный сигнал переменного тока будет сбрасываться через резистор R3, что приведет к плохому усилению. Таким образом, конденсатор C3 обеспечивает легкий путь для усиленного сигнала. Обратная связь от цепи резервуара дополнительно подключается через C4 к базе транзистора T1.

Колебаний транзистора на основе схемы генератора Колпитса это зависит от сдвига фаз. Это хорошо известно как критерий Баркгаузена для осциллятора. Согласно критерию Баркгаузена, усиление контура должно быть немного больше единицы, а фазовый сдвиг вокруг контура должен составлять 360 градусов или 0 градусов. Таким образом, в этом случае, чтобы обеспечить колебания на выходе, всей цепи требуется сдвиг фазы на 0 или 360 градусов. Конфигурация транзистора в качестве общего эмиттера обеспечивает сдвиг фазы на 180 градусов, тогда как баковая схема также вносит дополнительный сдвиг фазы на 180 градусов. Комбинируя эти двухфазные сдвиги, общая схема достигает фазового сдвига на 360 градусов, который отвечает за колебания.

Обратной связью можно управлять с помощью двух конденсаторов C1 и C2. Эти два конденсатора соединены последовательно, а переход соединен с землей питания. Напряжение на C1 намного больше, чем на C2. Изменяя эти два значения конденсатора, мы можем управлять напряжением обратной связи, которое затем возвращается в цепь резервуара. Определение напряжения обратной связи является важной частью схемы, потому что низкая величина напряжения обратной связи не активирует колебания, в то время как высокое напряжение обратной связи в конечном итоге приведет к разрушению выходной синусоидальной волны и вызовет искажения.

Генератор Колпитца можно настроить, изменив значение индуктивности и емкости. Есть два способа заставить генератор Колпитса работать в конфигурации с переменной настройкой.

Первый способ - заменить катушку индуктивности переменной индуктивностью, а второй - заменить конденсаторы на переменную. Во втором варианте, поскольку напряжение обратной связи сильно зависит от соотношения C1 и C2, рекомендуется использовать простую батарею. Таким образом, при изменении одного конденсатора другой конденсатор также изменяет свою емкость в соответствии с ним.

Осциллятор Колпитца на базе операционного усилителя

На изображении выше показана схема генератора Колпитца на базе ОУ. Операционный усилитель находится в режиме инвертирующей конфигурации. Резисторы R1 и R2 используются для обеспечения необходимой обратной связи с операционным усилителем. Цепь резервуара подключена вместе с одной катушкой индуктивности параллельно с двумя последовательными конденсаторами. Вход операционного усилителя подключен к обратной связи цепи резервуара.

Работа такая же, как и в схеме генератора Колпитца на транзисторе выше. Во время запуска операционный усилитель усиливает шумовой сигнал, который заряжает два конденсатора. Коэффициент усиления генератора Колпитца на базе ОУ выше, чем у генератора Колпитца на транзисторе.

Разница между осциллятором Колпитца и осциллятором Хартли

Осциллятор Колпитца очень похож на осциллятор Хартли, но между ними есть разница в конструкции. Хотя эти два контура генератора состоят из трех компонентов в качестве контура резервуара, в генераторе Колпитца используется одна индуктивность параллельно с двумя последовательно включенными конденсаторами, тогда как в генераторе Хартли используется точно противоположный, один одиночный конденсатор параллельно с двумя последовательно включенными индукторами. Генератор Колпитца работает более стабильно при работе на высоких частотах, чем генератор Хартли.

Генератор Колпитца - отличный выбор для высокочастотной работы. Он может выдавать выходную частоту в диапазоне мегагерц, а также в диапазоне килогерц.

Применение схемы генератора Колпитца

1. Из-за трудностей с плавным изменением индуктивности и конденсатора, генератор Колпитца в основном используется для генерации с фиксированной частотой.

2. В основном генератор Колпитца используется в мобильных или других устройствах связи с радиочастотным управлением.

3. Генератор Колпитца - отличный выбор для высокочастотных колебаний. Таким образом, в устройствах на основе высокочастотного генератора используется осциллятор Колпитца.

4. В некоторых случаях, когда помимо термической стабильности необходимы непрерывные и незатухающие колебания, используется осциллятор Колпитца.

5. Для тех приложений, где требуется широкий диапазон частот с минимальным наведенным шумом.

6. Многие типы датчиков на основе ПАВ используют осциллятор Колпитца.

7. В различных металлоискателях используется осциллятор Колпитца.

8. Радиочастотный передатчик, связанный с частотной модуляцией, использует генератор Колпитца.

9. Он широко применяется в продукции военного и коммерческого назначения.

10. В микроволновых приложениях, связанных с маскированием сигнала хаотических цепей, также требуется генератор Колпитца в другом частотном диапазоне.