Генератор Колпитца

В данной статье мы расскажем про генератор Колпитца, подробно опишем принцип работы и разные схемы с использованием операционного усилителя.

Описание и принцип работы

Во многих отношениях осциллятор Колпитца является полной противоположностью осциллятора Хартли, на который мы смотрели в предыдущем уроке. Как и генератор Хартли, настроенная схема резервуара состоит из подсхемы LC-резонанса, подключенной между коллектором и основанием одноступенчатого транзисторного усилителя, создающего синусоидальный выходной сигнал.

Базовая конфигурация осциллятора Колпитца напоминает таковую осциллятора Хартли, но разница на этот раз заключается в том, что теперь центральное ответвление подсхемы резервуара теперь выполняется на стыке «емкостного делителя напряжения», а не с индуктивным трансформатором типа автотрансформатора, как в генераторе Хартли.

Кольцевая схема генератора Колпитца

Генератор Колпитца использует емкостную делительную сеть напряжения в качестве источника обратной связи. Два конденсатора С1 и С2 размещены на одном общем индукторе L, как показано на рисунке. Затем C1 , C2 и L формируют настроенный контур резервуара с условием для колебаний: X C1  + X C2  = X L, то же самое, что и для контура генератора Хартли.

Преимущество этого типа конфигурации емкостного контура заключается в том, что при меньшей собственной и взаимной индуктивности в контуре резервуара повышается стабильность частоты генератора наряду с более простой конструкцией.

Как и в случае генератора Хартли, генератор Колпитца использует одноступенчатый биполярный транзисторный усилитель в качестве элемента усиления, который создает синусоидальный выходной сигнал. Рассмотрим схему ниже.

Схема генератора Колпитца

картинка-схема генератора Колпитца

Вывод эмиттера транзистора эффективно соединен с соединением двух конденсаторов С1 и С2, которые соединены последовательно и действуют как простой делитель напряжения. Когда источник питания сначала применяется, конденсаторы С1 и С2 заряжаются, а затем разряжаются через катушку L. Колебания на конденсаторах прикладываются к переходу база-эмиттера и появляются в усиленном виде на выходе коллектора.

Резисторы R1 и R2 обеспечивают обычное стабилизирующее смещение постоянного тока для транзистора обычным образом, в то время как дополнительные конденсаторы действуют как обводные конденсаторы, блокирующие постоянный ток. Радиочастотный дроссель (RFC) используется в цепи коллектора, чтобы обеспечить высокое реактивное сопротивление (идеально разомкнутая цепь) на частоте колебаний ( ƒr ) и низкое сопротивление на постоянном токе, чтобы помочь запустить колебания.

Требуемый внешний фазовый сдвиг получается аналогично таковому в схеме генератора Хартли с требуемой положительной обратной связью, получаемой для устойчивых незатухающих колебаний. Количество обратной связи определяется соотношением С1 и С2. Эти две емкости обычно «объединяются», чтобы обеспечить постоянную величину обратной связи, так что, когда одна из них настроена, другая автоматически следует.

Частота колебаний для генератора Колпитца определяется резонансной частотой контура LC- бака и задается как:

Частота колебаний для генератора Колпитца

где C T — емкость С1 и С2, соединенных последовательно
Частота колебаний для генератора Колпитца

Конфигурация транзисторного усилителя представляет собой усилитель с общим эмиттером с выходным сигналом 180 o в противофазе относительно входного сигнала. Дополнительный сдвиг фазы на 180 o, необходимый для колебаний, достигается тем, что два конденсатора соединены вместе последовательно, но параллельно с индуктивной катушкой, что приводит к общему сдвигу фаз в цепи, равному нулю или 360 o .

Количество обратной связи зависит от значений С1 и С2 . Мы можем видеть, что напряжение на С1 совпадает с выходным напряжением генератора Vout, и что напряжение на С2 является напряжением обратной связи генератора. Тогда напряжение на С1 будет намного больше, чем на С2 .

Поэтому, изменяя значения конденсаторов С1 и С2, мы можем регулировать величину напряжения обратной связи, возвращаемого в цепь бака. Однако большое количество обратной связи может привести к искажению выходной синусоидальной волны, в то время как небольшое количество обратной связи может не позволить колебаниям цепи.

Тогда величина обратной связи, создаваемой генератором Колпитца, основана на соотношении емкостей С1 и С2 и является тем, что управляет возбуждением генератора. Это соотношение называется «доля обратной связи» и задается просто как:

доля обратной связи

Генератор Колпитца с использованием операционного усилителя

Как и в предыдущем генераторе Хартли , а также с использованием биполярного переходного транзистора (BJT) в качестве активной ступени генераторов, мы также можем использовать операционный усилитель. Работа осциллятора Колпитца с операционным усилителем точно такая же, как и для транзисторной версии с частотой работы, рассчитанной таким же образом. Рассмотрим схему ниже.

картинка-схема генератора Колпитца на ОУ

Обратите внимание, что в конфигурации с инвертирующим усилителем отношение R2 / R1 устанавливает коэффициент усиления усилителя. Для запуска колебаний требуется минимальное усиление 2,9. Резистор R3 обеспечивает необходимую обратную связь с цепью LC бака.

Преимущества генератора Колпитца по сравнению с генераторами Хартли заключаются в том, что генератор Колпитца создает более чистую синусоидальную форму волны из-за низкоимпедансных дорожек конденсаторов на высоких частотах. Кроме того, благодаря этим емкостным свойствам реактивного сопротивления генератор Колпитца на основе полевого транзистора может работать на очень высоких частотах. Конечно, любой операционный усилитель или полевой транзистор, используемый в качестве усилительного устройства, должен быть способен работать на требуемых высоких частотах.

Резюме осциллятора Колпитца

Подводя итог, осциллятор Колпитца состоит из параллельной цепи бака резонатора LC , обратная связь которой достигается посредством емкостного делителя. Как большинство схем генератора, генератор Колпитца существует в нескольких формах, с наиболее распространенной формой, подобной схеме транзистора выше.

Отвод по центру подсхемы резервуара выполняется на стыке сети «емкостного делителя напряжения» для подачи части выходного сигнала обратно на эмиттер транзистора. Два последовательно соединенных конденсатора производят сдвиг фазы на 180 o, который инвертируется еще на 180 o для получения требуемой положительной обратной связи. Частота колебаний, которая является более чистым синусоидальным напряжением, определяется резонансной частотой контура резервуара.

В следующем уроке об осцилляторах мы рассмотрим RC Осцилляторы, которые используют резисторы и конденсаторы в качестве цепи своего резервуара для создания синусоидальной формы волны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

meanderss.ru © 2020

Adblock
detector