Colpitts-Oszillator:Schaltungsanwendung und ihre Vorteile

Der Colpitts-Oszillator ist ein linearer Oszillator und nur einer von vielen LC-Oszillatoren. Wichtig ist, dass dieser Oszillator die funktionierende Einheit von Kondensatoren (C) und Induktivitäten (L) verwendet, daher der Name LC-Oszillator.

In diesem Artikel werden der Colpitts-Oszillator, seine Vorteile, Anwendungen usw. besprochen. Außerdem wird er Ihnen dabei helfen, die richtigen Colpitts-Oszillatorverbindungen für Ihre Bedürfnisse zu lernen und herauszufinden!

1. Was ist ein Colpitts-Oszillator?

Ein Colpitts ist ein elektronischer Oszillator. Wichtig ist, dass dieser Oszillator Induktivitäten und Kondensatoren verwendet, die zu einer LC-Schaltung beitragen.

Die Funktionsweise dieses Oszillators beinhaltet die Verwendung von Transistoren, Operationsverstärkern, Feldeffekttransistoren und Ventilen. Außerdem ist es ein elektrischer harmonischer Oszillator mit vielen Anwendungen und Vorteilen.

Das Design dieses speziellen Oszillators ähnelt dem eines Hartley-Oszillators. Der Unterscheidungsfaktor ist jedoch, dass der Colpitts-Oszillator einen Tankkreis enthält, während ein Hartley den Schaltkreis fehlt.

Hinweis;

Bemerkenswerterweise gibt es zwei Oszillatoren; nichtlineare Oszillatoren und lineare Oszillatoren. Nichtlineare Oszillatoren erzeugen nicht-sinusförmige Ausgangswellenformen (nichtlinear). Während lineare Oszillatoren wie der Colpitts-Oszillator lineare oder sinusförmige Wellen erzeugen.

(Oszillator-Technologie mit einem Motherboard.)

2. Grundlegende Colpitts-Oszillatorschaltung und wie sie funktioniert?

• Colpitts-Theorie

Die Theorie dieses Oszillators ist, dass er Doppelkondensatoren in Reihe hat, die parallel zu den Induktivitäten geschaltet sind. Insbesondere bildet die Anordnung dieser elektrischen Komponenten einen Schwingkreis. Die Kombination von Kondensatoren und Induktivitäten macht es zu einem parallelen LC-Schwingkreis. Darüber hinaus helfen die von diesen Kondensatoren und Induktivitäten erhaltenen Werte, die Oszillationsfrequenz zu bestimmen.

Die Erfindung der Colpitts erfolgte aufgrund der Notwendigkeit, unter Verwendung von Hochfrequenzen eine hohe lineare Schwingungsfrequenz zu erzeugen.

Zusätzlicher Tipp

Da der Colpitts-Oszillator ein ähnliches Design wie Hartley hat, wird er manchmal als elektrisches Dual des Hartley-Oszillators bezeichnet. Das Vorhandensein eines Schwingkreises ist jedoch das einzige Unterscheidungsmerkmal in den beiden Oszillatorkonstruktionen. Ansonsten besteht der Funktionsunterschied darin, dass Hartley eine angezapfte Induktivität verwendet, während Colpitts eine angezapfte Kapazität verwendet.

(LC-Oszillatorschaltung.)

• Colpitts-Oszillatorschaltung

(Schaltplan eines Colpitts-Oszillators)

Wie bei jeder Oszillatorschaltung, die lineare Wellen erzeugt, ist das Vorhandensein einer LC-Resonanz in der Schaltung zwingend erforderlich. Ausnahmen sind jedoch die RC-Oszillatoren, die in ihrem Verlauf keine LC-Resonanz benötigen.

Zusätzlich erreicht die Oszillatorfunktion durch die Verwendung einer Verstärkungsvorrichtung wie dem Bipolar Junction Transistor, einem Operationsverstärker oder einem Feldeffekttransistor. Wichtig ist, dass die Kondensatoren C1 und C2 einen Potentialteiler bilden. Folglich kommt die Frequenzstabilität bei Colpitts von der abgegriffenen Kapazität. Diese im Schwingkreis vorhandene Abgriffskapazität ist die Quelle der Rückkopplung.

Es ist jedoch nicht einfach, selbst in einer Umgebung mit Temperaturänderungen eine stabile Schaltung zu erreichen. Daher ist es wichtig, einen Widerstand (Re) im Verlauf zu platzieren. Der Widerstand hilft, die Schaltung stabil zu halten und verhindert, dass sie beschädigt wird.

Außerdem gibt es einen Kondensator (Ce) parallel zum Re. Der Ce-Kondensator fungiert als Bypass-Kondensator, der einen reaktiven Pfad zum verstärkten AC-Signal erzeugt. Zusätzlich erzeugt der aus R1 und R2 gebildete Spannungsteiler eine Transistorvorspannung, die den Stromfluss steuert.

Aus dem Schaltungsdiagramm geht insbesondere hervor, dass ein RC-gekoppelter Verstärker einen Transistor in Emitterschaltung hat. Der AC-Ausgangskopplungskondensator blockiert DC. Als Ergebnis ergibt sich ein Wechselstrompfad vom Kollektor zum Schwingkreis.

(Elektrische Schaltung des LC-Oszillators.)

Colpitts-Oszillator funktioniert

Sobald die Stromversorgung eingeschaltet ist, beginnen die Kondensatoren C1 und C2 sich aufzuladen. Sobald diese Kondensatoren vollständig aufgeladen sind, beginnen sie, einen Teil ihrer Leistung über die Induktivität L1 zu entladen. Der Entladevorgang führt folglich zu gedämpften harmonischen Schwingungen der Schwingkreise.

Wiederum erzeugt der oszillierende Strom eine Wechselspannung über C1 und C2. Während des Entladevorgangs ist in den Kondensatoren elektrostatische Energie vorhanden. Diese Energie wandert in einem magnetischen Fluss zum Induktor und lädt den Induktor auf.

Wenn sich die Induktoren zu entladen beginnen, beginnen die Kondensatoren in ähnlicher Weise erneut, sich aufzuladen. Dieser kontinuierliche Prozess des Ladens und Entladens erzeugt folglich Schwingungen. Um die Frequenz dieser Schwingungen zu bestimmen, verwenden Sie die Resonanzfrequenz der Schaltung.

(PCB mit montierten Oszillatoren)

Der Tankkreislauf fungiert hauptsächlich als Energiespeicherbereich des Kreislaufs, der durch das ständige Laden und Entladen verursacht wird. Auch die Bildung des elektronischen Schaltkreises des Tanks kommt vom kontinuierlichen Laden und Entladen der Kondensatoren und Induktivitäten. Dieser Vorgang führt zur Trennung des LC-Netzwerks.

Zusätzlich hilft das Barkhausen-Stabilitätskriterium bei der Berechnung der ungedämpften Dauerschwingungen. Für anhaltende Schwingungen sollte die vollständige Phasenverschiebung jedoch 00 oder 3600 betragen.

Schaltungsformelberechnungen

Von der Schaltung werden beide Kondensatoren geerdet oder mittig angezapft. Somit wird die Rückkopplungsspannung, die Spannung über C2, 1800 gelesen, wobei die Ausgangsspannung kombiniert wird, die die Spannung über C1 ist. Insbesondere erzeugt der Transistor in Emitterschaltung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung eine Phasenverschiebung von 1800.

Wichtig ist, dass die Resonanzfrequenz aus der Formel berechnet wird;

ƒr=1/(2П√(L1*C))

wobei f die Resonanzfrequenz ist. C =äquivalente Kapazität von C1 + C2 und L1 ist die Selbstinduktivität der Spule.

Und die Berechnung von C erfolgt anhand der Formel

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

(ein Oszillator in einem Joystick-Motherboard.)

3. Diagramm des Colpitts-Oszillators

• Einen Operationsverstärker verwenden

(ein Colpitts-Oszillator mit einem Operationsverstärker.)

Die Anordnung eines Operationsverstärkers befindet sich in einem invertierenden Modus, wobei R1 der Eingangswiderstand und RF der Rückkopplungswiderstand ist. Insbesondere die individuelle Einstellung von RF und R1 der Oszillatorverstärkung des Operationsverstärkers hat große Vorteile. Wichtig ist die Gleichung A =-Rf/R1 berechnet die Verstärkung eines invertierenden Verstärkers.

Denken Sie jedoch daran, dass wichtige Elemente wie die Koppelkondensatoren und der Schwingkreis die Verstärkung des Operationsverstärkers nicht beeinflussen. Aber in Versionen auf Transistorbasis beeinflusst jede Komponente die Verstärkung, insbesondere die elektronische Schaltung des Tanks.

Beachten Sie, dass die Frequenzgleichung, das Arbeitsprinzip und die Betriebstheorie eines Operationsverstärker-Oszillators mit denen der Transistorversionen identisch sind.

4. Anwendungen des Colpitts-Oszillators

• Erstens kann der Oszillator ein hochfrequentes sinusförmiges Ausgangssignal erzeugen.
• Zweitens kann der Colpitts-Oszillator bei der Entwicklung von Mobilfunk- und Funkgeräten helfen.
• Drittens verwenden Sie es in Anwendungen, die eine Änderung eines breiten Frequenzbereichs erfordern.
• Außerdem funktioniert es perfekt bei Anwendungen mit häufigen Wechseln zwischen hohen und niedrigen Temperaturen.
• Letztendlich funktioniert Colpitts gut in Setups, in denen ungedämpfte und kontinuierliche Oszillationen erforderlich sind.

(ein Foto eines Oszillatorkristalls.)

5. Vorteile

• Ein Colpitts erzeugt lineare Wellen mit hoher Schwingungsfrequenz.
• Das Oszillatorgerät kann mit niedrigen und hohen Temperaturen umgehen.
• Auch wenn Sie variable Kondensatoren verwenden, können Sie eine unterschiedliche Frequenz erreichen.
• Es bietet viele Komponenten zur Verwendung in einer Colpitts-Oszillatorschaltung.
• Außerdem hat Colpitts eine sehr stabile Oszillationsfrequenz.
• Die Schwingungsamplitude des Ausgangs bleibt gleich, wenn sich das Gerät in einem konstanten Frequenzbereich befindet.

(mehrere Schwingquarze.)

Zusammenfassung

Colpitts-Oszillatoren bieten hervorragende Eigenschaften, die sie zu einer benutzerfreundlichen, zuverlässigen elektronischen Komponente machen. Wenn Sie daran interessiert sind, mehr über Ihre verwandten Oszillatorprojekte zu erfahren, kontaktieren Sie uns! Unser Team beantwortet gerne Ihre Fragen.