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Colpitts Oscillator Tutorial y Colpitts Design

Oscilador

En muchos sentidos, el oscilador Colpitts es exactamente lo contrario de la Oscilador de Hartley Miramos en el tutorial anterior. Al igual que el oscilador Hartley, el circuito del tanque sintonizado consiste en un subcircuito de resonancia LC conectado entre el colector y la base de un amplificador de transistor de una sola etapa que produce una forma de onda de salida sinusoidal.

La configuración básica de la Colpitts Oscillator se asemeja a la de la Oscilador de Hartley Pero la diferencia esta vez es que el centro.la toma del circuito del tanque ahora se realiza en la unión de una red de "divisor de voltaje capacitivo" en lugar de un inductor de tipo autotransformador con toma de contacto como en el oscilador de Hartley.

Colpitts circuito del tanque del oscilador
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Colpitts Oscillator
Circuito de tanques

El oscilador Colpitts utiliza una tensión capacitiva.red divisoria como fuente de retroalimentación. Los dos condensadores, C1 y C2 se colocan a través de un solo inductor común, L como se muestra. Luego C1, C2 y L forman el circuito del tanque sintonizado con la condición de que las oscilaciones sean: XC1 + XC2 = XL, lo mismo que para el circuito oscilador de Hartley.

La ventaja de este tipo de circuito capacitivo.la configuración es que con menos inductancia propia y mutua dentro del circuito del tanque, la estabilidad de frecuencia del oscilador se mejora junto con un diseño más simple.

Al igual que con el oscilador Hartley, el oscilador Colpitts utiliza un amplificador de transistor bipolar de una sola etapa como el elemento de ganancia que produce una salida sinusoidal. Considera el circuito de abajo.

Circuito básico del oscilador de Colpitts

circuito de oscilador de colpitos básicos

El terminal emisor del transistor esefectivamente conectados a la unión de los dos condensadores, C1 y C2, que están conectados en serie y actúan como un simple divisor de voltaje. Cuando primero se aplica la fuente de alimentación, los condensadores C1 y C2 se cargan y luego se descargan a través de la bobina L. Las oscilaciones a través de los condensadores se aplican a la unión del emisor de la base y aparecen en la amplificada en la salida del colector.

Los resistores, R1 y R2 proporcionan lo habitual.estabilizar la polarización de CC para el transistor de manera normal, mientras que los condensadores adicionales actúan como condensadores de derivación de bloqueo de CC. Se utiliza un estrangulador de radiofrecuencia (RFC) en el circuito colector para proporcionar una alta reactancia (idealmente circuito abierto) a la frecuencia de oscilación, (ƒr) y una resistencia baja en CC para ayudar a iniciar las oscilaciones.

El cambio de fase externo requerido se obtiene ende manera similar a la del circuito del oscilador Hartley con la retroalimentación positiva requerida obtenida para las oscilaciones no amortiguadas sostenidas. La cantidad de retroalimentación está determinada por la relación de C1 y C2. Estas dos capacitancias generalmente están "agrupadas" juntas para proporcionar una cantidad constante de retroalimentación para que, a medida que se ajusta una, la otra siga automáticamente.

La frecuencia de las oscilaciones para un oscilador Colpitts está determinada por la frecuencia resonante del circuito del tanque LC y se da como:

fórmula de frecuencia de colpitos

donde CT es la capacitancia de C1 y C2 conectada en serie y se da como:

ecuación de condensadores en serie

La configuración del amplificador de transistor es de una Amplificador de emisor común con la señal de salida 180o Fuera de fase con respecto a la señal de entrada. Los 180 adicionaleso Se requiere cambio de fase para la oscilación se lograpor el hecho de que los dos condensadores están conectados entre sí en serie pero en paralelo con la bobina inductiva, lo que hace que el desplazamiento de fase general del circuito sea cero o 360o.

La cantidad de retroalimentación depende de los valores deC1 y C2. Podemos ver que el voltaje en C1 es el mismo que el voltaje de salida de los osciladores, Vout y que el voltaje en C2 es el voltaje de retroalimentación de los osciladores. Entonces, el voltaje en C1 será mucho mayor que en C2.

Por lo tanto, al cambiar los valores de los condensadores,C1 y C2 podemos ajustar la cantidad de voltaje de realimentación devuelto al circuito del tanque. Sin embargo, grandes cantidades de retroalimentación pueden causar que la onda sinusoidal de salida se distorsione, mientras que pequeñas cantidades de retroalimentación pueden no permitir que el circuito oscile.

Entonces la cantidad de retroalimentación desarrollada por elEl oscilador de Colpitts se basa en la relación de capacitancia de C1 y C2 y es lo que gobierna la excitación del oscilador. Esta relación se denomina "fracción de realimentación" y se da simplemente como:

fracción de realimentación del oscilador colpitts

Colpitts Oscillator Ejemplo No1

UNA Colpitts Oscillator Circuito de dos condensadores de 24nF y 240nF.Se conectan respectivamente en paralelo con un inductor de 10mH. Determine la frecuencia de las oscilaciones del circuito, la fracción de realimentación y dibuje el circuito.

La frecuencia de oscilación para un oscilador Colpitts se da como:

frecuencia de colpitos

Como el circuito de colpitos consta de dos condensadores en serie, la capacitancia total es por lo tanto:

ecuación de capacitancia en serie

La inductancia del inductor se da como 10 mH, luego la frecuencia de oscilación es:

Colpitts oscilador de frecuencia de resonancia

La frecuencia de oscilaciones para el oscilador Colpitts es, por lo tanto, de 10.8 kHz con la fracción de realimentación dada como:

fracción de realimentación del oscilador

Circuito del oscilador de Colpitts

circuito oscilador colpitts

Colpitts Oscillator utilizando un amplificador operacional

Al igual que el anterior Oscilador de Hartley, además de utilizar un transistor de unión bipolar (BJT) como etapa activa de los osciladores, también podemos utilizar un amplificador operacional (op-amp). El funcionamiento de un Op-amp Colpitts Oscillator es exactamente el mismo que para la versión transistorizada con la frecuencia de operación calculada de la misma manera. Considera el circuito de abajo.

Colpitts Oscillator Op-amp Circuit

amplificador operacional colpitts oscilador

Tenga en cuenta que al ser un amplificador inversorConfiguración, la relación de R2 / R1 establece la ganancia de los amplificadores. Se requiere una ganancia mínima de 2.9 para iniciar las oscilaciones. La resistencia R3 proporciona la retroalimentación requerida al circuito del tanque LC.

Las ventajas de la Colpitts Oscillator sobre los osciladores de Hartley son que losEl oscilador Colpitts produce una forma de onda sinusoidal más pura debido a las rutas de baja impedancia de los condensadores a altas frecuencias. También debido a estas propiedades de reactancia capacitiva, el oscilador Colpitts basado en FET puede operar a frecuencias muy altas. Por supuesto, cualquier amplificador operacional o FET utilizado como dispositivo amplificador debe poder operar a las altas frecuencias requeridas.

Resumen del oscilador Colpitts

Luego para resumir, el Colpitts Oscillator consiste en un circuito de tanque de resonador LC paralelocuya retroalimentación se logra a través de un divisor capacitivo. Como la mayoría de los circuitos de osciladores, el oscilador Colpitts existe en varias formas, siendo la forma más común similar al circuito de transistores anterior.

El centro de la toma del circuito del tanque esrealizado en la unión de una red de "divisor de voltaje capacitivo" para enviar una fracción de la señal de salida al emisor del transistor. Los dos condensadores en serie producen un 180.o Cambio de fase que se invierte por otro 180o para producir la retroalimentación positiva requerida. La frecuencia de oscilación que es una tensión de onda sinusoidal más pura está determinada por la frecuencia de resonancia del circuito del tanque.

En el siguiente tutorial sobre Osciladores, veremos los Osciladores RC que usan resistencias y condensadores como su circuito de tanque para producir una forma de onda sinusoidal.

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