Colpitts oscillator

Ang oscillator ay isang mekanikal o elektronikong konstruksyon na gumagawa ng osilasyon depende sa ilang mga variable. Lahat tayo ay may mga aparato na nangangailangan ng mga oscillator tulad ng isang tradisyunal na orasan o isang relo ng relo. Ang iba`t ibang mga uri ng mga detektor ng metal, mga computer kung saan kasangkot ang microcontroller at microprocessors ay gumagamit ng mga oscillator, lalo na ang electronics oscillator na gumagawa ng mga pana-panahong signal. Tinalakay namin ang ilang mga oscillator sa aming mga nakaraang tutorial:

• RC Phase Shift Oscillator
• Wein Bridge Oscillator
• Quartz Crystal Oscillator
• Phase Shift Oscillator Circuit
• Controlled Oscillator ng Boltahe (VCO)

Ang Colpitts oscillator ay naimbento ng American engineer na si Edwin H. Colpitts noong 1918. Ang Colpitts oscillator ay gumagana kasama ang isang kombinasyon ng mga inductors at capacitor sa pamamagitan ng pagbuo ng isang LC filter. Kapareho ng iba pang mga oscillator na Colpitts oscillator ay binubuo ng isang nakakamit na aparato, at ang output ay konektado sa isang loop ng feedback ng LC circuit. Ang Colpitts oscillator ay isang linear oscillator na gumagawa ng isang sinusoidal waveform.

Ang Circuit ng Tank

Ang pangunahing aparato ng pag-oscillation sa Colpitts oscillator ay nilikha gamit ang tank circuit. Ang circuit ng tanke ay binubuo ng tatlong mga bahagi- isang inductor at dalawang capacitor. Ang dalawang capacitor ay konektado sa serye, at ang mga capacitor na ito ay higit na konektado kahanay sa inductor.

Sa imahe sa itaas, ang tatlong mga bahagi ng circuit ng tanke ay ipinapakita na may wastong mga koneksyon. Nagsisimula ang proseso sa pagsingil ng dalawang capacitor C1 at C2. Pagkatapos sa loob ng tank circuit, ang dalawang serye ng mga capacitor na ito ay naglalabas sa parallel inductor L1 at ang nakaimbak na enerhiya sa capacitor na inilipat sa inductor. Dahil sa nakakonekta ang capacitor nang kahanay, ang inductor ngayon ay pinalabas ng dalawang capacitor at nagsisimulang singilin muli ang mga capacitor. Ang mga pagsingil at pagdiskarga sa pareho ng mga bahagi ay nagpapatuloy at sa gayon ay nagbibigay ng isang oscillation signal sa kabuuan nito.

Ang pag-oscillation ay lubos na nakasalalay sa mga capacitor at halaga ng inductor. Sa ibaba ang pormula upang matukoy ang dalas ng oscillation:

F = 1 / 2π√LC

kung saan ang F ay dalas at ang L ay Inductor, ang C ay ang kabuuang katumbas na kapasidad.

Ang katumbas na capacitance ng dalawang capacitor ay maaaring matukoy gamit

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

Sa panahon ng ito ng oscillation phase sa tank circuit, naganap ang ilang pagkawala ng enerhiya. Upang mabayaran ang nawalang enerhiya na ito at upang mapanatili ang pag-oscillation sa loob ng tangke ng circuit, kinakailangan ng isang aparato na makakuha. Maraming iba't ibang mga uri ng mga nakakamit na aparato ay ginagamit upang mabayaran ang pagkawala ng enerhiya sa loob ng tank circuit. Ang pinakakaraniwang mga aparato na nakuha ay ang mga transistor at pagpapatakbo ng amplifier.

Batay sa Transistors Colpitts Oscillator

Sa imaheng nasa itaas, ipinapakita ang Transistor based Colpitts Oscillator kung saan ang pangunahing aparato na nakakakuha ng oscillator ay isang NPN transistor T1.

Sa circuit, ang risistor R1 at R2 ay kinakailangan para sa boltahe ng base. Ang dalawang resistors na ito ay ginagamit upang makagawa ng isang voltage divider sa kabuuan ng base ng Transistor T1. Ang Resistor R3 ay ginagamit bilang isang emitor risistor. Ang risistor na ito ay lubhang kapaki-pakinabang upang i-stable ang makakuha ng aparato sa panahon ng thermal drift. Ang capacitor C3 ay ginagamit bilang isang emitter bypass capacitor na konektado sa kahanay ng risistor R3. Kung aalisin namin ang C3 capacitor na ito, ang pinalakas na signal ng AC ay itatapon sa resistor R3 at magreresulta sa hindi magandang pakinabang. Kaya, ang capacitor C3 ay ibinigay ng isang madaling landas para sa amplified signal. Ang puna mula sa circuit ng tanke ay karagdagang konektado gamit ang C4 sa base ng transistor T1.

Ang pag-oscillation ng transistor based Colpitts oscillator circuit ay nakasalalay sa shift ng phase. Kilala ito bilang criterion ng barkhausen para sa oscillator. Tulad ng Criterion ng Barkhausen, ang nakuha ng loop ay dapat na bahagyang mas malaki kaysa sa pagkakaisa at ang phase shift sa paligid ng loop ay kailangang 360 degree o 0 degree. Kaya, sa kasong ito, upang maibigay ang osilasyon sa output, ang kabuuang circuit ay nangangailangan ng 0 degree o 360-degree phase shift. Ang pagsasaayos ng transistor bilang karaniwang emitter ay nagbibigay ng 180-degree phase shift samantalang ang tank circuit ay nagbibigay din ng karagdagang 180-degree phase shift. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang-yugto na paglipat na ito, ang kabuuang circuitry ay nakakamit ng 360-degree phase shift na responsable para sa pag-oscillation.

Maaaring makontrol ang puna gamit ang dalawang capacitor C1 at C2. Ang dalawang capacitor na ito ay konektado sa serye at ang kantong ay karagdagang konektado sa supply ground. Ang boltahe sa C1 ay mas malaki kaysa sa boltahe sa C2. Sa pamamagitan ng pagbabago ng dalawang halagang capacitor maaari nating makontrol ang boltahe ng feedback na karagdagang ibinabalik sa circuit ng tank. Ang pagpapasiya ng boltahe ng feedback ay isang mahalagang bahagi ng circuitry sapagkat ang mababang halaga ng boltahe ng feedback ay hindi maaaktibo ang pag-oscillation samantalang ang isang mataas na halaga ng boltahe ng feedback ay magtatapos sa pagwasak sa output sine wave at magbuod ng pagbaluktot.

Ang ospillator ng Colpitts ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagbabago ng halaga ng inductance at capacitance. Mayroong dalawang paraan upang magawa ang Colpitts oscillator sa isang variable na pagsasaayos ng pag-tune.

Ang unang paraan ay upang baguhin ang inductor bilang isang variable inductor at ang iba pang mga paraan ay upang baguhin ang mga capacitor bilang isang variable capacitor. Sa pangalawang pagpipilian, dahil ang boltahe ng feedback ay lubos na maaasahan sa ratio ng C1 at C2 ipinapayong gumamit ng isang simpleng gang. Kaya't kapag may pagkakaiba-iba sa isang kapasitor ang iba pang capacitor ay binabago din ang kapasidad nito alinsunod dito.

Op-Amp Batay na Colpitts Oscillator

Sa itaas na imaheng op-amp batay sa Colpitts oscillator circuit ay ipinapakita. Ang pagpapatakbo ng amplifier ay nasa inverting na mode ng pagsasaayos. Ang mga resistors R1 at R2 ay ginagamit dahil upang magbigay ng kinakailangang puna sa amplifier ng pagpapatakbo. Ang circuit ng tanke ay konektado kasama ang solong inductor na kahanay ng dalawang mga capacitor ng serye. Ang pag-input ng pagpapatakbo ng amplifier ay konektado sa feedback ng tank ng circuit.

Ang pagtatrabaho ay kapareho ng tinalakay sa itaas na transistor batay sa Colpitts oscillator circuit. Sa panahon ng pagsisimula, pinalalakas ng op-amp ang signal ng ingay na responsable na singilin ang dalawang capacitor. Ang pagkakaroon ng Op-amp based Colpitts Oscillator ay mas mataas kaysa sa Transistor based Colpitts Oscillator.

Pagkakaiba sa pagitan ng Colpitts Oscillator at Hartley Oscillator

Ang Colpitts oscillator ay halos kapareho ng Hartley oscillator ngunit may pagkakaiba sa konstruksyon sa pagitan ng dalawang ito. Bagaman ang dalawang oscillator circuit na ito ay binubuo ng tatlong mga bahagi bilang isang tank circuit ngunit ang Colpitts oscillator ay gumagamit ng isang solong inductor na kahanay ng dalawang capacitor sa serye samantalang ang Hartley oscillator ay gumagamit ng eksaktong kabaligtaran, isang solong capacitor na kahanay ng dalawang inductors sa serye. Ang Colpitts oscillator ay gumaganap ng mas matatag sa operasyon ng mataas na dalas kaysa sa Hartley Oscillator.

Ang Colpitts oscillator ay isang mahusay na pagpipilian sa operasyon na may dalas ng dalas. Maaari itong makabuo ng dalas ng output sa saklaw ng Megahertz pati na rin sa saklaw ng Kilohertz.

Paglalapat ng Colpitts Oscillator Circuit

1. Dahil sa mga paghihirap sa isang makinis na pagkakaiba-iba ng inductor at capacitor, ang Colpitts oscillator ay pangunahing ginagamit para sa naayos na pagbuo ng dalas.

2. Ang pangunahing paggamit ng Colpitts oscillator ay nasa mobile o iba pang mga aparato sa komunikasyon na kinokontrol ng dalas ng radyo.

3. Sa high-frequency oscillation, ang Colpitts oscillator ay isang mahusay na pagpipilian. Sa gayon ang mga aparatong batay sa high-frequency oscillator ay gumagamit ng Colpitts Oscillator.

4. Sa ilang mga application kung saan kinakailangan ang tuluy-tuloy at hindi naka-oscillation na oscillation bilang karagdagan sa thermal stable, Colpitts Oscillator ay ginagamit.

5. Para sa mga application na kung saan kailangan ng isang malawak na hanay ng mga frequency na may minimum na ingay sapilitan.

6. Maraming uri ng mga sensor na nakabatay sa SAW ang gumagamit ng Colpitts oscillator

7. Ang iba`t ibang mga uri ng metal detector ay gumagamit ng Colpitts oscillator.

8. Frequency modulation related radio frequency transmitter use Colpitts oscillator.

9. Mayroon itong napakalaking aplikasyon sa mga produktong pang-militar at pang-komersyo.

10. Sa mga aplikasyon ng microwave, ang signal masking na may kaugnayan sa mga magulong circuit ay kinakailangan din ng Colpitts oscillator sa iba't ibang saklaw ng dalas.