The електронна схема който произвежда периодично трептящ електронен сигнал, като синусоида, квадратна вълна или друга вълна, се нарича Електронен осцилатор. Осцилаторите могат да бъдат класифицирани в различни типове обикновено въз основа на тяхната изходна честота. Електронните осцилатори могат да бъдат наречени като осцилатори, контролирани с напрежение тъй като честотата им на трептения може да се контролира от входното им напрежение. Най-добрите електронни осцилатори, контролирани с напрежение, могат да се разглеждат като два вида, а именно: линеен осцилатор и нелинеен осцилатор.

Електронен осцилатор

Нелинейните осцилатори се използват за производство на несинусоидални изходни форми на вълната. Линейните осцилатори се използват за производство на синусоидални изходни форми на вълната и допълнително се класифицират в много типове, като осцилатор с обратна връзка, осцилатор с отрицателно съпротивление, осцилатор на Колпитс, осцилатор на Хартли, осмилатор на Армстронг, осцилатор с фазово изместване, осцилатор на Пиърс, Виен мостов осцилатор, Робинсънов осцилатор и т.н. В тази конкретна статия обсъждаме един от многото видове линейни осцилаторни вериги, а именно осцилатор на Колпитс.

Осцилатор на Colpitts

Осцилаторът е усилвател с положителна обратна връзка и той преобразува DC входния сигнал в AC изходна форма на вълната с определени задвижване с променлива честота и определена форма на изходна форма на вълната (като синусоида или квадратна вълна и т.н.) чрез използване на положителната обратна връзка вместо входния сигнал. Осцилатори, които използват индуктор L и кондензатор C в тяхната верига, се наричат LC осцилатор, който е вид линеен осцилатор.

Осцилатор на Colpitts

LC осцилаторите могат да бъдат проектирани чрез използване на различни методи. Добре известните LC осцилатори са осцилаторите на Хартли и осцилаторите на Colpitts. Сред тези два, често използваният дизайн е осцилаторът на Colpitts, проектиран от американския инженер Едвин Х Колпитс през 1918 г. и кръстен на него.

Теория на осцилаторите на Колпитс

Състои се от резервоарна верига, която е LC резонансна подсистема, направена от два последователни кондензатора, свързани паралелно на индуктор и честотата на трептенията може да бъде определена чрез използване на стойностите на тези кондензатори и индуктор на веригата на резервоара.

Този осцилатор е почти подобен на осцилатора Хартли във всички аспекти, следователно, той се нарича електрически двойник на осцилатора Хартли и е проектиран за генериране на високочестотни синусоидални трептения с радиочестоти, обикновено вариращи от 10 KHz до 300MHz. Основната разлика между тези два осцилатора е, че той използва отворен капацитет, докато осцилаторът на Хартли използва отворен индуктивност.

Колонна осцилаторна верига

Всяка друга осцилаторна верига, която генерира синусоидални форми на вълната, използва LC резонансната верига, с изключение на няколко електронни схеми като RC осцилатори, осцилатор Wien-Robinson и няколко кристални осцилатора, които не изискват допълнителни индуктивности за тази цел.

Електрическа схема на осцилатора на Colpitts

Тя може да бъде реализирана чрез използване на усилващо устройство като Биполярен транзистор за свързване (BJT) , операционен усилвател и транзистор с полеви ефект (FET) като подобни на други LC осцилатори също. Кондензаторите C1 и C2 образуват потенциален разделител и този отворен капацитет във веригата на резервоара може да се използва като източник за обратна връзка и тази настройка може да се използва за осигуряване на по-добра стабилност на честотата в сравнение с осцилатора на Хартли, в който се използва индуктивност с обратна връзка.

Резисторът в горната верига осигурява стабилизация на веригата срещу промени в температурата. Кондензаторът Ce, свързан във веригата, която е успоредна на Re, осигурява нисък реактивен път към усиления променлив сигнал, действащ като Байпасен кондензатор . The Резистори R1 и R2 образува делител на напрежението за веригата и осигурява отклонение на транзистора. Веригата се състои от a RC свързан усилвател с общ транзистор за конфигурация на емитер. Свързващият кондензатор Coutblocks DC чрез осигуряване на променлив ток от колектора до веригата на резервоара.

Осцилатор на Colpitts работи

Всеки път, когато захранването е включено, кондензаторите C1 и C2, показани в горната схема, започват да се зареждат и след като кондензаторите се заредят напълно, кондензаторите започват да се разреждат през индуктора L1 във веригата, причинявайки амортизирани хармонични трептения в резервоарната верига.

Резервоарна верига с кондензатори и индуктори

По този начин се променя променливо напрежение в C1 и C2 от колебателния ток в веригата на резервоара. Докато тези кондензатори се разреждат напълно, електростатичната енергия, съхранявана в кондензаторите, се прехвърля под формата на магнитен поток към индуктора и по този начин индукторът се зарежда.

По същия начин, когато индукторът започне да се разрежда, кондензаторите започват отново да се зареждат и този процес на зареждане и разреждане на кондензатори и индуктор продължава да причинява генериране на трептения и честотата на тези трептения може да бъде определена чрез използване на резонансната честота на веригата на резервоара, състояща се от индуктор и кондензатори. Тази верига на резервоара се счита за резервоар за енергия или за съхранение на енергия. Това се дължи на честото зареждане и разреждане на индуктора, кондензатори, които са част от LC мрежата, образувайки веригата на резервоара.

Непрекъснатите незатихващи трептения могат да бъдат получени от критерия на Баркхаузен. За трайни трептения общото фазово изместване трябва да бъде 3600 или 00. В горната верига, тъй като два кондензатора C1 и C2 са отворени и заземени в центъра, напрежението на кондензатора C2 (напрежение с обратна връзка) е 1800 с напрежението на кондензатора C1 (изходно напрежение ). Общият емитер транзистор произвежда 1800 фазови отмествания между входното и изходното напрежение. По този начин от критерия на Баркхаузен можем да получим незатихващи непрекъснати трептения.
Резонансната честота се дава от

=r = 1 / (2П√ (L1 * C))

“дефиниция на система за управление с отворен контур ”

Където ƒr е резонансната честота

C е еквивалентният капацитет на последователната комбинация от C1 и C2 на веригата на резервоара

Дава се като

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

L1 представлява самоиндуктивността на намотката.

Приложения на Colpitts Oscillator

Използва се за генериране на синусоидални изходни сигнали с много високи честоти.
Осцилаторът на Colpitts, използващ SAW устройство, може да се използва като различен тип сензори като температурен сензор . Тъй като устройството, използвано в тази схема, е силно чувствително към смущения, то усеща директно от повърхността си.
Често се използва за приложения, в които са включени много широк диапазон от честоти.
Използва се за приложения, при които са необходими незаглушени и непрекъснати колебания за функциониране.
Този генератор е предпочитан в ситуации, в които е предназначен да издържа често на високи и ниски температури.
Комбинацията от този генератор с някои устройства (вместо резервоарна верига) може да се използва за постигане на голяма температурна стабилност и висока честота.
Използва се за развитието на мобилни и радиокомуникации .
Той има много приложения, използвани за търговски цели.

Следователно, тази статия разглежда накратко за осцилатора на Colpitts, теорията, работата и приложенията на осцилатора Colpitts заедно с неговата резервоарна верига се използват в безплатни електронни комплекти за проекти . За повече информация относно осцилатора на Colpitts, моля публикувайте вашите запитвания, като коментирате по-долу.

Кредити за снимки: