- Tankkretsen
- Transistorsbasert kolpittsoscillator
- Op-Amp Basert Colpitts Oscillator
- Forskjellen mellom Colpitts Oscillator og Hartley Oscillator
- Påføring av Colpitts Oscillator Circuit
En oscillator er en mekanisk eller elektronisk konstruksjon som produserer oscillasjon avhengig av få variabler. Vi har alle enheter som trenger oscillatorer som en tradisjonell klokke eller et armbåndsur. Ulike typer metalldetektorer, datamaskiner der mikrokontroller og mikroprosessorer er involvert, bruker oscillatorer, spesielt elektronikkoscillator som produserer periodiske signaler. Vi diskuterte få oscillatorer i våre tidligere opplæringsprogrammer:
- RC Phase Shift Oscillator
- Wein Bridge Oscillator
- Kvarts krystalloscillator
- Fase skift oscillator krets
- Spenningsstyrt oscillator (VCO)
Den Colpitts oscillator ble oppfunnet av American ingeniør Edwin H. Colpitts i 1918. Colpitts oscillator arbeider med en kombinasjon av induktorer og kondensatorer ved å danne et LC-filter. Samme som andre oscillatorer Colpitts oscillator består av en forsterkningsenhet, og utgangen er koblet til en tilbakekoblingssløyfe for LC-krets. Colpitts-oscillatoren er en lineær oscillator som produserer en sinusformet bølgeform.
Tankkretsen
Hovedoscillasjonsenheten i Colpitts-oscillatoren er opprettet ved hjelp av tankkretsen. Den tankkretsen består av tre komponenter-en induktor og to kondensatorer. To kondensatorer er koblet i serie, og disse kondensatorene er videre koblet parallelt med induktor.
På bildet ovenfor er tre komponenter i tankkretsen vist med riktige tilkoblinger. Prosessen starter med lading av to kondensatorer C1 og C2. Så inne i tankens kretsløp tømmes disse to seriekondensatorene inn i den parallelle induktoren L1 og den lagrede energien i kondensatoren overføres til induktoren. På grunn av kondensatoren som er koblet parallelt, begynner induktoren nå å bli utladet av de to kondensatorene, og kondensatorene begynner å lade igjen. Disse ladingene og utladningene i begge komponentene fortsetter og gir dermed et svingningssignal over den.
Svingningen er sterkt avhengig av kondensatorene og induktorens verdi. Nedenfor er formelen for å bestemme svingningsfrekvensen:
F = 1 / 2π√LC
hvor F er frekvens og L er induktor, er C den totale ekvivalente kapasitansen.
Den ekvivalente kapasitansen til de to kondensatorene kan bestemmes ved hjelp av
C = (C1 x C2) / (C1 + C2)
I løpet av denne svingningsfasen i tankkretsen oppstår noe energitap. For å kompensere for denne tapte energien og for å opprettholde svingningen inne i tankkretsen, kreves en forsterkningsenhet. Det er mange forskjellige typer forsterkningsenheter som brukes til å kompensere for tap av energi inne i tankkretsen. De vanligste forsterkningsenhetene er transistorer og operasjonsforsterkere.
Transistorsbasert kolpittsoscillator
På bildet ovenfor vises den transistorbaserte Colpitts-oscillatoren der hovedforsterkningsenheten til oscillatoren er en NPN-transistor T1.
I kretsen kreves motstand R1 og R2 for basisspenningen. Disse to motstandene brukes til å lage en spenningsdeler over Transistor T1-basen. Motstand R3 brukes som emittermotstand. Denne motstanden er veldig nyttig for å stabilisere forsterkningsenheten under termisk drift. Den kondensator C3 er brukt som en emitter bypass kondensator som er koblet parallelt med motstanden R3. Hvis vi fjerner denne C3-kondensatoren, vil det forsterkede vekselstrømssignalet bli dumpet over motstanden R3 og resultere i en dårlig forsterkning. Så, kondensatoren C3 er tilveiebrakt en enkel bane for det forsterkede signalet. Tilbakemeldingen fra tankkretsen er videre koblet ved hjelp av C4 til transistor T1-basen.
Oscillasjonen av den transistorbaserte Colpitts-oscillatorkretsen er avhengig av faseforskyvningen. Dette er kjent som barkhausen-kriterium for oscillatoren. I henhold til Barkhausen-kriteriet, bør sløyfeforsterkningen være litt større enn enheten, og faseforskyvningen rundt sløyfen må være 360 grader eller 0 grader. Så i dette tilfellet, for å gi svingning over utgangen, trenger den totale kretsen 0 grader eller 360-graders faseforskyvning. Transistorkonfigurasjonen som vanlig emitter gir 180-graders faseforskyvning, mens tankkretsen også bidrar med en ekstra 180-graders faseforskyvning. Ved å kombinere disse to-faseskiftene oppnår den totale kretsen 360-graders faseskift som er ansvarlig for svingningen.
Tilbakemeldingen kan styres ved hjelp av de to kondensatorene C1 og C2. Disse to kondensatorene er koblet i serie, og krysset er videre koblet til forsyningsjordet. Spenningen over C1 er mye større enn spenningen over C2. Ved å endre disse to kondensatorverdiene kan vi kontrollere tilbakemeldingsspenningen som videre mates tilbake til tankkretsen. Bestemmelsen av tilbakemeldingsspenningen er en avgjørende del av kretsene fordi den lave mengden tilbakemeldingsspenning ikke vil aktivere svingningen, mens en høy mengde tilbakemeldingsspenning vil ende opp med å ødelegge utgangssinusbølgen og indusere forvrengning.
Colpitts-oscillatoren kan stilles inn ved å endre verdien på induktans og kapasitans. Det er to måter å få Colpitts-oscillatoren til å fungere i en konfigurasjon med variabel innstilling.
Den første måten er å endre induktoren som en variabel induktor, og den andre måten er å endre kondensatorene som en variabel kondensator. I det andre alternativet, da tilbakemeldingsspenningen er svært pålitelig på forholdet mellom C1 og C2, anbefales det å bruke en enkel gjeng. Slik at når det er variasjon i en kondensator, endrer den andre kondensatoren også kapasitansen i samsvar med den.
Op-Amp Basert Colpitts Oscillator
I ovenstående bilde vises op-amp-baserte Colpitts-oscillatorkretser. Operasjonsforsterkeren er i inverterende konfigurasjonsmodus. Motstandene R1 og R2 brukes på grunn av å gi den nødvendige tilbakemeldingen til operasjonsforsterkeren. Tankkretsen er koblet sammen med enkeltinduktoren parallelt med to seriekondensatorer. Inngangen til operasjonsforsterkeren er koblet til tilbakemeldingen fra tankkretsen.
Arbeidet er det samme som diskutert i ovennevnte transistorbaserte Colpitts-oscillatorkrets. Under oppstart forsterker op-amp-en støysignalet som er ansvarlig for å lade to kondensatorer. Den vinning av op-amp basert Colpitts oscillator er høyere enn den transistorbasert Colpitts oscillator.
Forskjellen mellom Colpitts Oscillator og Hartley Oscillator
Colpitts-oscillatoren er veldig lik Hartley-oscillatoren, men det er en forskjell i konstruksjon mellom disse to. Selv om disse to oscillatorkretsene består av tre komponenter som en tankkrets, men Colpitts-oscillatoren bruker en enkelt induktor parallelt med to kondensatorer i serie, mens Hartley-oscillatoren bruker nøyaktig motsatt, en enkelt kondensator parallelt med to induktorer i serie. Colpitts-oscillator fungerer mer stabilt i høyfrekvent drift enn Hartley Oscillator.
Colpitts-oscillatoren er et utmerket valg i høyfrekvent drift. Det kan produsere utgangsfrekvens i Megahertz-området så vel som i Kilohertz-området.
Påføring av Colpitts Oscillator Circuit
1. På grunn av vanskelighetene med en jevn variasjon av induktor og kondensator, brukes Colpitts-oscillatoren hovedsakelig til generering av fast frekvens.
2. Hovedbruken av Colpitts oscillator er i mobile eller andre radiofrekvensstyrte kommunikasjonsenheter.
3. I høyfrekvent svingning er Colpitts-oscillator et utmerket valg. Dermed bruker høyfrekvente oscillatorbaserte enheter Colpitts Oscillator.
4. I noen få applikasjoner der kontinuerlig og ikke-dempet svingning er nødvendig i tillegg til termisk stabilitet, brukes Colpitts Oscillator.
5. For de applikasjoner som trenger et bredt spekter av frekvenser med minimal indusert støy.
6. Mange typer SAW-baserte sensorer bruker Colpitts oscillator
7. Ulike typer metalldetektorer bruker Colpitts-oscillatoren.
8. Frekvensmodulasjonsrelatert radiofrekvenssender bruker Colpitts oscillator.
9. Den har en enorm applikasjon innen militære og kommersielle produkter.
10. I mikrobølgeapplikasjoner kreves også signalmaskerende kaotiske kretser Colpitts-oscillator i det forskjellige frekvensområdet.