El Oscilador Colpitts p4b4q

El Oscilador Colpitts El diseño del Colpitts Oscillator utiliza dos condensadores de torsión central en serie con un inductor paralelo para formar su circuito de resonancia y producir oscilaciones sinusoidales.

De muchas maneras, el oscilador de Colpitts es exactamente el contrario del oscilador de Hartley que miramos en el tutorial anterior. Al igual que el oscilador de Hartley, el circuito de tanque sintonizado consiste en un subcircuito de resonancia LC conectado entre el colector y la base de un amplificador de transistor de etapa única que produce una forma de onda de salida sinusoidal. La configuración básica del oscilador de Colpitts se asemeja a la del oscilador de Hartleypero la diferencia esta vez es que el golpear del centro del subcircuito del tanque ahora se hace en la ensambladura de una red del "divisor de voltaje capacitivo" en vez de un inductor del tipo autotransformador tachado como en el oscilador de Hartley.

Circuito del tanque del oscilador de Colpitts El oscilador Colpitts utiliza una red capacitiva de divisor de tensión como fuente de realimentación. Los dos condensadores, C1 y C2 se colocan a través de un solo inductor común, L como se muestra. Entonces C1 , C2 y L forman el circuito del tanque sintonizado con la condición para que las oscilaciones sean: X C1 + X C2 = X L , igual que para el circuito del oscilador de Hartley. La ventaja de este tipo de configuración de circuito capacitivo es que con menos inducción propia y mutua dentro del circuito de tanque, se mejora la estabilidad de frecuencia del oscilador 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. Considere el circuito de abajo.

Circuito básico del oscilador de Colpitts

El terminal emisor del transistor se conecta efectivamente a la unión de los dos condensadores C1 y C2 que están conectados en serie y actúan como un simple divisor de tensión. Cuando se aplica en primer lugar la fuente de alimentación, los condensadores C1 y C2 cobran hasta y luego se descarga a través de la bobina L . Las oscilaciones a través de los condensadores se aplican a la unión base-emisor y aparecen en el amplificado en la salida del colector. Los resistores, R1 y R2 proporcionan la polarización CC de estabilización usual para el transistor de la manera normal, mientras que los condensadores adicionales actúan como condensadores de derivación de bloqueo de CC. En el circuito colector se utiliza una inductancia de radiofrecuencia (RFC) para proporcionar una alta reactancia (idealmente circuito abierto) a la frecuencia de oscilación, ( ƒr ) y una baja resistencia en DC para ayudar a iniciar las oscilaciones. El desplazamiento de fase externo requerido se obtiene de una manera similar a la del circuito oscilador de Hartley con la realimentación positiva requerida obtenida para oscilaciones sostenidas no amortiguadas. La cantidad de retroalimentación viene determinada por la relación de C1 y C2 . Estas dos capacitancias son generalmente "unidas" juntas para proporcionar una cantidad constante de realimentación de manera que como una se ajusta la otra automáticamente sigue. La frecuencia de oscilaciones para un oscilador de Colpitts viene determinada por la frecuencia de resonancia del circuito del tanque LC y se da como:

donde C T es la capacitancia de C1 y C2 conectados en serie y se da como:

La configuración del amplificador de transistor es de un amplificador de emisor común con la señal de salida 180 o fuera de fase con respecto a la señal de entrada. El adicional 180 o desplazamiento de fase requiere para la oscilación se consigue por el hecho de que los dos condensadores están conectados entre sí en serie, sino en paralelo con la bobina inductiva que resulta en desplazamiento de fase global del circuito es cero o 360. La cantidad de retroalimentación depende de los valores de C1 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 a través de C2 es el voltaje de realimentación de los osciladores. Entonces, el voltaje en C1 será mucho mayor que en C2 . Por lo tanto, cambiando los valores de los condensadores, C1 y C2 podemos ajustar la cantidad de voltaje de realimentación devuelta al circuito del tanque. Sin embargo, grandes cantidades de retroalimentación pueden hacer 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 realimentación desarrollada por el oscilador Colpitts se basa en la relación de capacitancia de C1 y C2 y es lo que regula la excitación del oscilador. Esta relación se denomina "fracción de realimentación" y se da simplemente como:

Ejemplo 1 del oscilador de Colpitts Un circuito Oscillador Colpitts que tiene dos condensadores de 24nF y 240nF respectivamente está conectados en paralelo con un inductor de 10mH. Determine la frecuencia de oscilaciones del circuito, la fracción de realimentación y dibuje el circuito. La frecuencia de oscilación para un oscilador Colpitts se da como:

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

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

La frecuencia de oscilaciones para el Oscilador Colpitts es por lo tanto 10.8kHz con la fracción de retroalimentación dada como:

Circuito del oscilador de Colpitts

Colpitts Oscillator con un Op-amp Al igual que el anterior Hartley Oscillator , así como el uso de un transistor de unión bipolar (BJT) como la etapa activa de los osciladores, también podemos 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. Considere el circuito de abajo.

Circuito Op-amp del oscilador de Colpitts

Tenga en cuenta que al ser una configuración de amplificador inversor, la relación de R2 / R1 establece la ganancia de amplificadores. Se requiere una ganancia mínima de 2,9 para comenzar las oscilaciones. La resistencia R3 proporciona la realimentación requerida al circuito del tanque LC. Las ventajas del oscilador Colpitts sobre los osciladores Hartley son que el oscilador Colpitts produce una forma de onda sinusoidal más pura debido a las trayectorias 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 de amplificación debe ser capaz de funcionar a las altas frecuencias requeridas.

Colpitts Oscillator Resumen Entonces para resumir, el oscilador de Colpitts consiste en un circuito paralelo del tanque del resonador de LC cuya regeneración se alcanza a través de un divisor capacitivo. Como la mayoría de los circuitos del oscilador, el oscilador de Colpitts existe en varias formas, con la forma más común que es el circuito del transistor arriba. La toma central del subcircuito del tanque se realiza en la unión de una red de "divisor de voltaje capacitivo" para alimentar una fracción de la señal de salida al emisor del transistor. Los dos condensadores en serie producen un cambio de fase de 180 o que se invierte por otro 180 o para producir la retroalimentación positiva requerida. La frecuencia de oscilación que es una tensión de onda senoidal más pura se determina por la frecuencia de resonancia del circuito de tanque. En el próximo tutorial sobre osciladores, veremos los osciladores RC que utilizan resistencias y condensadores como su circuito de tanque para producir una forma de onda sinusoidal.

R1

R3

5.6k

CIRCUITO A REALIZAR

91k

L1 100mH

Q1 2N2222

C3

V1

100nF

12V

C4 100nF

R4 1k

R2

C2 100uF

15k

C1 100uF

Simulación