- Tank krogotok
- Oscilator Colpitts na osnovi tranzistorjev
- Oscilator Colpitts na osnovi op-amp
- Razlika med oscilatorjem Colpitts in oscilatorjem Hartley
- Uporaba vezja oscilatorja Colpitts
Oscilator je mehanska ali elektronska konstrukcija, ki povzroči nihanje, odvisno od nekaj spremenljivk. Vsi imamo naprave, ki potrebujejo oscilatorje, kot je običajna ura ali ročna ura. Različne vrste detektorjev kovin, računalniki, v katerih sodelujejo mikrokrmilnik in mikroprocesorji, uporabljajo oscilatorje, zlasti elektronski oscilator, ki proizvaja periodične signale. V prejšnjih vajah smo razpravljali o nekaj oscilatorjih:
- Oscilator RC faznega premika
- Wein Bridge oscilator
- Kvarčni kristalni oscilator
- Vezje oscilatorja faznega premika
- Oscilator z napetostnim nadzorom (VCO)
Ov kriterij oscilator je izumil ameriški inženir Edwin H. ov kriterij leta 1918. ov kriterij oscilator dela s kombinacijo tuljave in kondenzatorji, ki jih tvorijo filter LC. Tako kot drugi oscilatorji je tudi Colpittsov oscilator sestavljen iz ojačevalne naprave, izhod pa je povezan s povratno zanko LC vezja. Oscilator Colpitts je linearni oscilator, ki proizvaja sinusno valovno obliko.
Tank krogotok
Glavna nihajna naprava v oscilatorju Colpitts je ustvarjena s pomočjo krogotoka rezervoarja. Vezje rezervoar je sestavljen iz treh components- z Induktor in dveh kondenzatorjev. Dva kondenzatorja sta povezana zaporedno in ti kondenzatorji so nadalje povezani vzporedno z induktorjem.
Na zgornji sliki so prikazani trije deli krogotoka rezervoarja z ustreznimi povezavami. Postopek se začne s polnjenjem dveh kondenzatorjev C1 in C2. Nato se znotraj vezja rezervoarja ta dva serijska kondenzatorja izpraznita v vzporedni induktor L1 in shranjena energija v kondenzatorju prenese v induktor. Zaradi vzporedno priključenega kondenzatorja se induktor, ki ga kondenzatorja zdaj praznita, začne znova polniti. Ti polnjenja in praznjenja v obeh komponentah se nadaljujejo in tako zagotavljajo nihajni signal po njem.
Nihanje je močno odvisno od kondenzatorjev in vrednosti induktorja. Spodnja formula je določiti frekvenco nihanja:
F = 1 / 2π√LC
kjer je F frekvenca in L induktor, je C skupna ekvivalentna kapacitivnost.
Ekvivalentno kapacitivnost obeh kondenzatorjev lahko določimo z uporabo
C = (C1 x C2) / (C1 + C2)
Med to fazo nihanja v krogu rezervoarja pride do izgube energije. Za kompenzacijo te izgubljene energije in vzdrževanje nihanja v krogu rezervoarja je potrebna ojačevalna naprava. Obstaja veliko različnih vrst ojačevalnih naprav, ki se uporabljajo za kompenzacijo izgube energije znotraj kroga rezervoarja. Najpogostejše ojačevalne naprave so tranzistorji in operacijski ojačevalniki.
Oscilator Colpitts na osnovi tranzistorjev
Na zgornji sliki je prikazan tranzistorski oscilator Colpitts, kjer je glavna ojačevalna naprava oscilatorja NPN tranzistor T1.
V tokokrogu sta za osnovno napetost potrebna upor R1 in R2. Ta dva upora se uporabljata za izdelavo napetostnega delilnika na osnovi tranzistorja T1. Upor R3 se uporablja kot emiterski upor. Ta upor je zelo koristen za stabilnost ojačevalne naprave med toplotnim odnašanjem. Kondenzator C3 se uporablja kot oddajnik bypass kondenzator, ki je povezan vzporedno z uporom R3. Če odstranimo ta kondenzator C3, bo ojačani izmenični signal premeščen čez upor R3 in povzroči slab dobiček. Torej je kondenzatorju C3 zagotovljena enostavna pot za ojačani signal. Povratne informacije iz kroga rezervoarja so s pomočjo C4 nadalje povezane na osnovo tranzistorja T1.
Nihanje oscilatorja Colpitts na osnovi tranzistorja je odvisno od faznega premika. To je dobro znano kot barkhausenovo merilo za oscilator. Po kriteriju Barkhausena mora biti ojačanje zanke nekoliko večje od enotnosti, fazni premik okoli zanke pa mora biti 360 stopinj ali 0 stopinj. Torej, v tem primeru mora celotno vezje za nihanje skozi izhod imeti 0 stopinj ali 360-stopinjski fazni premik. Konfiguracija tranzistorja kot skupnega oddajnika omogoča fazni premik za 180 stopinj, medtem ko krogotok rezervoarja prispeva tudi dodaten fazni premik za 180 stopinj. S kombiniranjem teh dvofaznih premikov celotno vezje doseže 360-stopinjski fazni premik, ki je odgovoren za nihanje.
Povratne informacije je mogoče nadzorovati z uporabo dveh kondenzatorjev C1 in C2. Ta dva kondenzatorja sta povezana zaporedno, spoj pa je nadalje povezan z napajalno maso. Napetost na C1 je veliko večja od napetosti na C2. S spreminjanjem teh dveh vrednosti kondenzatorja lahko nadzorujemo povratno napetost, ki se nadalje napaja nazaj v krogotok rezervoarja. Določitev povratne napetosti je ključni del vezja, ker nizka količina povratne napetosti ne bi aktivirala nihanja, medtem ko bo velika količina povratne napetosti na koncu uničila izhodni sinusni val in povzročila popačenje.
Oscilator Colpitts lahko nastavite s spreminjanjem vrednosti induktivnosti in kapacitivnosti. Oscilator Colpitts deluje na dva načina v spremenljivi nastavitveni nastavitvi.
Prvi način je spremeniti induktor kot spremenljiv induktor, drugi način pa kondenzator kot spremenljiv kondenzator. Pri drugi možnosti je povratna napetost zelo odvisna od razmerja med C1 in C2, zato je priporočljivo uporabiti preprosto bando. Torej, ko pride do sprememb v enem kondenzatorju, tudi drugi kondenzator spremeni svojo kapacitivnost v skladu z njim.
Oscilator Colpitts na osnovi op-amp
Na zgornji sliki je prikazano vezje oscilatorja Colpitts na osnovi op-amp. Operacijski ojačevalnik je v načinu obrnjene konfiguracije. Upori R1 in R2 se uporabljajo za zagotavljanje potrebnih povratnih informacij o operacijskem ojačevalniku. Krog rezervoarja je povezan z enojno induktorjem vzporedno z dvema zaporednima kondenzatorjema. Vhod operacijskega ojačevalnika je povezan z povratno informacijo krogotoka rezervoarja.
Delovanje je enako, kot je razloženo v zgornjem oscilatorju Colpitts na osnovi tranzistorja. Med zagonom ojačevalnik ojača šumni signal, ki je odgovoren za polnjenje dveh kondenzatorjev. Dobiček Op-amp temelji ov kriterij oscilator je višji od Transistor temelji ov kriterij oscilator.
Razlika med oscilatorjem Colpitts in oscilatorjem Hartley
Oscilator Colpitts je zelo podoben oscilatorju Hartley, vendar med njima obstaja razlika v konstrukciji. Čeprav sta ta dva oscilatorjska vezja sestavljena iz treh komponent kot rezervoarsko vezje, vendar oscilator Colpitts uporablja vzporedno z enim induktorjem z dvema zaporedno kondenzatorjema, medtem ko oscilator Hartley uporablja ravno nasprotno, en sam kondenzator vzporedno z dvema induktorjema v seriji. Oscilator Colpitts deluje pri visokofrekvenčnem delovanju bolj stabilno kot oscilator Hartley.
Oscilator Colpitts je odlična izbira pri visokofrekvenčnem delovanju. Izdeluje lahko izhodno frekvenco v območju Megahertz in Kilohertz.
Uporaba vezja oscilatorja Colpitts
1. Zaradi težav pri gladkem spreminjanju induktorja in kondenzatorja se oscilator Colpitts uporablja predvsem za generiranje s fiksno frekvenco.
2. Oscilator Colpitts je v glavnem uporabljen v mobilnih ali drugih radiofrekvenčnih komunikacijskih napravah.
3. Pri visokofrekvenčnih nihanjih je oscilator Colpitts odlična izbira. Tako naprave, ki temeljijo na visokofrekvenčnih oscilatorjih, uporabljajo Colpittsov oscilator.
4. V nekaj aplikacijah, kjer je poleg termične stabilnosti potrebno neprekinjeno in nemoteno nihanje, se uporablja oscilator Colpitts.
5. Za tiste aplikacije, ki potrebujejo širok spekter frekvenc z najmanjšim šumom.
6. Številne vrste senzorjev na osnovi SAW uporabljajo oscilator Colpitts
7. Različne vrste detektorjev kovin uporabljajo oscilator Colpitts.
8. Radijski oddajnik, povezan s frekvenčno modulacijo, uporablja oscilator Colpitts.
9. Ima veliko uporabo v vojaških in komercialnih izdelkih.
10. V mikrovalovnih aplikacijah je treba tudi kaotična vezja, povezana s prikrivanjem signala, Colpittsov oscilator v drugačnem frekvenčnem območju.