Colpitts osilatör

Bir osilatör, birkaç değişkene bağlı olarak salınım üreten mekanik veya elektronik bir yapıdır. Hepimizin geleneksel bir saat veya kol saati gibi osilatöre ihtiyaç duyan cihazları var. Çeşitli metal dedektörleri, mikro denetleyicilerin ve mikro işlemcilerin dahil olduğu bilgisayarlar osilatörleri, özellikle periyodik sinyaller üreten elektronik osilatörü kullanır. Önceki eğitimlerimizde birkaç osilatörden bahsettik:

• RC Faz Kaymalı Osilatör
• Wein Bridge Osilatörü
• Kuvars Kristal Osilatör
• Faz Kaydırma Osilatör Devresi
• Gerilim Kontrollü Osilatör (VCO)

Colpitts osilatör bir LC filtresi oluşturarak L ve C kombinasyonu ile 1918 Colpitts osilatör çalışmalarında Amerikan mühendis Edwin H. Colpitts tarafından icat edilmiştir. Diğer osilatörlerle aynı Colpitts osilatörü, bir kazanç cihazından oluşur ve çıkış, bir LC devresi geri besleme döngüsü ile bağlanır. Colpitts osilatörü, sinüzoidal bir dalga formu üreten doğrusal bir osilatördür.

Tank Devresi

Colpitts osilatöründeki ana salınım cihazı, tank devresi kullanılarak oluşturulur. Tank devresi üç bileşenleri-bir indüktör ve iki kapasitörler oluşmaktadır. İki kapasitör seri olarak bağlanır ve bu kapasitörler ayrıca indüktöre paralel olarak bağlanır.

Yukarıdaki resimde, tank devresinin üç bileşeni uygun bağlantılarla gösterilmiştir. Süreç iki kondansatör C1 ve C2'nin şarj edilmesiyle başlar. Daha sonra tank devresinin içinde, bu iki seri kapasitör paralel indüktör L1'e boşalır ve kondansatörde depolanan enerji indüktöre aktarılır. Paralel bağlanan kapasitör nedeniyle, indüktör artık iki kapasitör tarafından boşaltılır ve kapasitörler tekrar şarj olmaya başlar. Her iki bileşende de bu şarj ve deşarj devam eder ve böylece bunun üzerinden bir salınım sinyali sağlar.

Salınım, kapasitörlere ve indüktörün değerine büyük ölçüde bağlıdır. Aşağıdaki formül salınım frekansını belirlemektir:

F = 1 / 2π√LC

F frekans ve L İndüktör olduğunda, C toplam eşdeğer kapasitanstır.

İki kapasitörün eşdeğer kapasitansı, kullanılarak belirlenebilir

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

Tank devresindeki bu salınım aşamasında bir miktar enerji kaybı meydana gelir. Bu kayıp enerjiyi telafi etmek ve tank devresi içindeki salınımı sürdürmek için bir kazanç cihazı gereklidir. Tank devresindeki enerji kaybını telafi etmek için kullanılan birçok farklı türde kazanç cihazı vardır. En yaygın kazanç cihazları transistörler ve işlemsel kuvvetlendiricilerdir.

Transistör Tabanlı Colpitts Osilatörü

Yukarıdaki görüntüde, osilatörün ana kazanç cihazının bir NPN transistör T1 olduğu Transistör tabanlı Colpitts Osilatörü gösterilmektedir.

Devrede, temel voltaj için direnç R1 ve R2 gereklidir. Bu iki direnç, Transistör T1'in tabanı boyunca bir voltaj bölücü yapmak için kullanılır. Direnç R3, yayıcı direnç olarak kullanılır. Bu direnç, termal sürüklenme sırasında kazanç cihazını sabitlemek için çok kullanışlıdır. Kondansatör C3 direnç R3 ile paralel bağlanmış bir verici baypas kondansatörü olarak kullanılır. Bu C3 kapasitörünü çıkarırsak, yükseltilmiş AC sinyali direnç R3 üzerinden atılacak ve zayıf bir kazançla sonuçlanacaktır. Böylece, C3 kondansatörü, güçlendirilmiş sinyal için kolay bir yol sağlanır. Tank devresinden gelen geri bildirim ayrıca C4 kullanılarak T1 transistörünün tabanına bağlanır.

Salınım transistor esaslı Colpitts osilatör devresine bir faz kayması ile bağlıydı. Bu, osilatör için barkhausen kriteri olarak bilinir. Uyarınca Barkhousen Kriter, döngü kazancı döngü ihtiyaçları etrafında birlik ve faz kayması 360 derece veya 0 derece olması biraz daha büyük olmalıdır. Dolayısıyla, bu durumda, çıkış boyunca salınımı sağlamak için, toplam devrenin 0 derece veya 360 derece faz kaymasına ihtiyacı vardır. Ortak yayıcı olarak transistör konfigürasyonu 180 derecelik faz kayması sağlarken, tank devresi ayrıca 180 derecelik ek bir faz kaymasına katkıda bulunur. Bu iki fazlı kaymayı birleştirerek, toplam devre, salınımdan sorumlu olan 360 derecelik faz kaymasını sağlar.

Geri bildirim, iki kapasitör C1 ve C2 kullanılarak kontrol edilebilir. Bu iki kapasitör seri olarak bağlanmıştır ve bağlantı ayrıca besleme toprağına bağlanmıştır. C1 üzerindeki voltaj, C2 üzerindeki voltajdan çok daha büyüktür. Bu iki kapasitör değerini değiştirerek, daha sonra tank devresine geri beslenen geri besleme voltajını kontrol edebiliriz. Geri besleme voltajının belirlenmesi, devrenin çok önemli bir parçasıdır, çünkü düşük miktarda geri besleme voltajı salınımı etkinleştirmezken, yüksek miktarda geri besleme voltajı, çıkış sinüs dalgasını yok eder ve distorsiyona neden olur.

Colpitts osilatörü, endüktans ve kapasitans değeri değiştirilerek ayarlanabilir. Colpitts osilatörünü değişken bir ayar konfigürasyonunda çalıştırmanın iki yolu vardır.

İlk yol, indüktörü değişken bir indüktör olarak değiştirmektir ve diğer yol, kapasitörleri değişken bir kapasitör olarak değiştirmektir. İkinci seçenekte, geri besleme voltajı C1 ve C2 oranına büyük ölçüde bağlı olduğundan, basit bir grup kullanılması tavsiye edilir. Böylece bir kapasitörde değişiklik olduğunda diğer kapasitör de kapasitansını ona göre değiştirir.

Op-Amp Tabanlı Colpitts Osilatörü

Yukarıdaki görüntüde op-amp tabanlı Colpitts osilatör devresi gösterilmektedir. İşlemsel amplifikatör, ters yapılandırma modundadır. Dirençler R1 ve R2, işlemsel yükselticiye gerekli geri bildirimi sağlamak için kullanılır. Tank devresi, iki seri kapasitör ile paralel olarak tek indüktör ile bağlanır. İşlemsel yükselticinin girişi, tank devresinin geri bildirimine bağlanır.

Çalışma, yukarıdaki transistör bazlı Colpitts osilatör devresinde tartışılanla aynıdır. Başlangıç ​​sırasında, op-amp iki kapasitörün şarj edilmesinden sorumlu olan gürültü sinyalini yükseltir. Colpitts Osilatör göre Op-amp kazanç Colpitts Osilatör göre Transistor daha yüksektir.

Colpitts Osilatörü ve Hartley Osilatörü arasındaki fark

Colpitts osilatörü, Hartley osilatörüne çok benzer, ancak bu ikisi arasında yapı farkı vardır. Her ne kadar bu iki osilatör devresi bir tank devresi olarak üç bileşenden oluşsa da, Colpitts osilatörü seri olarak iki kapasitörle paralel olarak tek bir indüktör kullanırken, Hartley osilatörü tam tersi, tek bir kapasitör seri halinde iki indüktör ile paralel olarak kullanır. Colpitts osilatörü, Hartley Osilatörüne göre yüksek frekanslı çalışmada daha kararlı performans gösterir.

Colpitts osilatörü, yüksek frekanslı çalışmada mükemmel bir seçimdir. Megahertz aralığında ve Kilohertz aralığında çıkış frekansı üretebilir.

Colpitts Osilatör Devresinin Uygulanması

1. İndüktör ve kapasitörün yumuşak varyasyonundaki zorluklar nedeniyle, Colpitts osilatörü esas olarak sabit frekans üretimi için kullanılır.

2. Colpitts osilatörünün ana kullanımı, mobil veya diğer radyo frekansı kontrollü iletişim cihazlarında kullanılır.

3. Yüksek frekanslı salınımda, Colpitts osilatörü mükemmel bir seçimdir. Bu nedenle, yüksek frekanslı osilatör tabanlı cihazlar Colpitts Osilatör kullanır.

4. Termal stabiliteye ek olarak sürekli ve sönümsüz salınımın gerekli olduğu birkaç uygulamada Colpitts Osilatörü kullanılır.

5. Minimum gürültü indüklenen geniş bir frekans aralığına ihtiyaç duyan uygulamalar için.

6. Birçok SAW tabanlı sensör türü Colpitts osilatörünü kullanır

7. Çeşitli metal detektörü türleri Colpitts osilatörünü kullanır.

8. Frekans modülasyonu ile ilgili radyo frekansı vericisi, Colpitts osilatörünü kullanır.

9. Askeri ve ticari sınıf ürünlerde büyük bir uygulamaya sahiptir.

10. Mikrodalga uygulamalarında, sinyal maskeleme ile ilgili kaotik devreler de farklı frekans aralığında Colpitts osilatörüne ihtiyaç duyulmaktadır.