- Il circuito dei serbatoi
- Oscillatore Colpitts basato su transistor
- Oscillatore Colpitts basato su amplificatore operazionale
- Differenza tra Colpitts Oscillator e Hartley Oscillator
- Applicazione del Circuito Oscillatore Colpitts
Un oscillatore è una costruzione meccanica o elettronica che produce oscillazioni dipendenti da poche variabili. Abbiamo tutti dispositivi che necessitano di oscillatori come un orologio tradizionale o un orologio da polso. Vari tipi di metal detector, computer in cui sono coinvolti microcontrollori e microprocessori, utilizzano oscillatori, in particolare oscillatori elettronici che producono segnali periodici. Abbiamo discusso alcuni oscillatori nei nostri tutorial precedenti:
- Oscillatore a spostamento di fase RC
- Oscillatore a ponte Wein
- Oscillatore in cristallo di quarzo
- Circuito dell'oscillatore a spostamento di fase
- Oscillatore controllato in tensione (VCO)
L' oscillatore Colpitts è stato inventato dall'ingegnere americano Edwin H. Colpitts nel 1918. L'oscillatore Colpitts funziona con una combinazione di induttori e condensatori formando un filtro LC. Come gli altri oscillatori, l'oscillatore Colpitt è costituito da un dispositivo di guadagno e l'uscita è collegata a un circuito di feedback del circuito LC. L'oscillatore Colpitts è un oscillatore lineare che produce una forma d'onda sinusoidale.
Il circuito dei serbatoi
Il principale dispositivo di oscillazione dell'oscillatore Colpitts viene creato utilizzando il circuito del serbatoio. Il circuito del serbatoio è costituito da tre componenti: un induttore e due condensatori. Due condensatori sono collegati in serie e questi condensatori sono ulteriormente collegati in parallelo con l'induttore.
Nell'immagine sopra, sono mostrati tre componenti del circuito del serbatoio con collegamenti adeguati. Il processo inizia con la carica di due condensatori C1 e C2. Quindi all'interno del circuito del serbatoio, questi due condensatori in serie scaricano nell'induttore parallelo L1 e l'energia immagazzinata nel condensatore viene trasferita all'induttore. A causa del condensatore collegato in parallelo, l'induttore ora scaricato dai due condensatori e i condensatori ricominciano a caricarsi. Queste cariche e scariche in entrambi i componenti continuano e forniscono così un segnale di oscillazione attraverso di esso.
L'oscillazione dipende fortemente dai condensatori e dal valore dell'induttore. La seguente formula serve a determinare la frequenza di oscillazione:
F = 1 / 2π√LC
dove F è la frequenza e L è l'induttore, C è la capacità equivalente totale.
La capacità equivalente dei due condensatori può essere determinata utilizzando
C = (C1 x C2) / (C1 + C2)
Durante questa fase di oscillazione nel circuito del serbatoio, si verifica una perdita di energia. Per compensare questa energia persa e sostenere l'oscillazione all'interno del circuito del serbatoio, è necessario un dispositivo di guadagno. Esistono molti tipi diversi di dispositivi di guadagno utilizzati per compensare la perdita di energia all'interno del circuito del serbatoio. I dispositivi di guadagno più comuni sono i transistor e gli amplificatori operazionali.
Oscillatore Colpitts basato su transistor
Nell'immagine sopra, viene mostrato l' oscillatore Colpitts basato su transistor dove il dispositivo di guadagno principale dell'oscillatore è un transistor NPN T1.
Nel circuito, i resistori R1 e R2 sono necessari per la tensione di base. Questi due resistori vengono utilizzati per creare un partitore di tensione sulla base del transistor T1. Il resistore R3 viene utilizzato come resistenza dell'emettitore. Questo resistore è molto utile per stabilizzare il dispositivo di guadagno durante la deriva termica. Il condensatore C3 è utilizzato come un condensatore di bypass dell'emettitore che è collegato in parallelo con il resistore R3. Se rimuoviamo questo condensatore C3, il segnale AC amplificato verrà scaricato attraverso il resistore R3 e si tradurrà in uno scarso guadagno. Quindi, il condensatore C3 è fornito un facile percorso per il segnale amplificato. Il feedback dal circuito del serbatoio è ulteriormente collegato utilizzando il C4 alla base del transistor T1.
L'oscillazione del circuito oscillatore Colpitts basato su transistor dipende dallo sfasamento. Questo è ben noto come criterio di barkhausen per l'oscillatore. Secondo il criterio di Barkhausen, il guadagno del loop dovrebbe essere leggermente maggiore dell'unità e lo spostamento di fase attorno al loop deve essere di 360 gradi o 0 gradi. Quindi, in questo caso, per fornire l'oscillazione attraverso l'uscita, il circuito totale necessita di uno sfasamento di 0 gradi o 360 gradi. La configurazione del transistor come emettitore comune fornisce uno sfasamento di 180 gradi mentre il circuito del serbatoio contribuisce anche a uno sfasamento aggiuntivo di 180 gradi. Combinando questi spostamenti a due fasi, la circuiteria totale raggiunge uno sfasamento di 360 gradi che è responsabile dell'oscillazione.
Il feedback può essere controllato utilizzando i due condensatori C1 e C2. Questi due condensatori sono collegati in serie e la giunzione è ulteriormente collegata alla massa di alimentazione. La tensione su C1 è molto maggiore della tensione su C2. Modificando questi due valori del condensatore possiamo controllare la tensione di feedback che viene ulteriormente ricondotta al circuito del serbatoio. La determinazione della tensione di feedback è una parte cruciale del circuito perché la bassa quantità di tensione di feedback non attiverebbe l'oscillazione mentre una quantità elevata di tensione di feedback finirà per distruggere l'onda sinusoidale in uscita e indurre la distorsione.
L'oscillatore Colpitts può essere regolato modificando il valore di induttanza e capacità. Ci sono due modi per far funzionare l'oscillatore Colpitts in una configurazione di accordatura variabile.
Il primo modo è cambiare l'induttore come induttore variabile e l'altro modo è cambiare i condensatori come condensatore variabile. Nella seconda opzione, poiché la tensione di feedback è altamente dipendente dal rapporto tra C1 e C2, si consiglia di utilizzare una semplice banda. In modo che quando c'è variazione in un condensatore, anche l'altro condensatore cambia la sua capacità in conformità con esso.
Oscillatore Colpitts basato su amplificatore operazionale
Nell'immagine sopra è mostrato il circuito dell'oscillatore Colpitts basato sull'amplificatore operazionale. L'amplificatore operazionale è in modalità di configurazione invertente. I resistori R1 e R2 vengono utilizzati per fornire il feedback necessario all'amplificatore operazionale. Il circuito del serbatoio è collegato insieme al singolo induttore in parallelo con due condensatori in serie. L'ingresso dell'amplificatore operazionale è collegato al feedback del circuito del serbatoio.
Il funzionamento è lo stesso discusso nel circuito oscillatore Colpitts basato su transistor sopra. Durante l'avvio, l'amplificatore operazionale amplifica il segnale di rumore che è responsabile della carica di due condensatori. Il guadagno dell'oscillatore Colpitts basato su amplificatore operazionale è superiore a quello dell'oscillatore Colpitts basato su transistor.
Differenza tra Colpitts Oscillator e Hartley Oscillator
L'oscillatore Colpitts è molto simile all'oscillatore Hartley ma c'è una differenza nella costruzione tra questi due. Sebbene questi due circuiti dell'oscillatore siano costituiti da tre componenti come un circuito del serbatoio, l' oscillatore Colpitts utilizza un singolo induttore in parallelo con due condensatori in serie mentre l'oscillatore Hartley utilizza esattamente l'opposto, un singolo condensatore in parallelo con due induttori in serie. L'oscillatore Colpitts offre prestazioni più stabili nel funzionamento ad alta frequenza rispetto all'oscillatore Hartley.
L'oscillatore Colpitts è una scelta eccellente nel funzionamento ad alta frequenza. Può produrre frequenze di uscita nella gamma Megahertz e nella gamma Kilohertz.
Applicazione del Circuito Oscillatore Colpitts
1. A causa delle difficoltà in una variazione regolare di induttore e condensatore, l'oscillatore Colpitts viene utilizzato principalmente per la generazione di frequenze fisse.
2. L'uso principale dell'oscillatore Colpitts è nei dispositivi mobili o in altri dispositivi di comunicazione a radiofrequenza.
3. Nell'oscillazione ad alta frequenza, l'oscillatore Colpitts è una scelta eccellente. Pertanto, i dispositivi basati su oscillatori ad alta frequenza utilizzano Colpitts Oscillator.
4. In alcune applicazioni in cui è necessaria un'oscillazione continua e non smorzata oltre alla stabilità termica, viene utilizzato l'oscillatore Colpitts.
5. Per quelle applicazioni che richiedono un'ampia gamma di frequenze con il minimo rumore indotto.
6. Molti tipi di sensori basati su SAW utilizzano l'oscillatore Colpitts
7. Vari tipi di metal detector utilizzano l'oscillatore Colpitts.
8. Il trasmettitore di radiofrequenza relativo alla modulazione di frequenza utilizza l'oscillatore Colpitts.
9. Ha una vasta applicazione nei prodotti di grado militare e commerciale.
10. Nelle applicazioni a microonde, sono necessari anche circuiti caotici correlati al mascheramento del segnale. Oscillatore Colpitts nella diversa gamma di frequenza.