Colpitts Oscillator: การทำงานและการใช้งาน

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่ก่อให้เกิดสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่สั่นเป็นระยะ ๆ เช่นคลื่นไซน์คลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นอื่น ๆ เรียกว่า Electronic Oscillator ออสซิลเลเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆโดยทั่วไปตามความถี่เอาต์พุต ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สามารถเรียกได้ว่าเป็น ออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความถี่ของการสั่นสามารถควบคุมได้ด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญที่สุดสามารถพิจารณาได้เป็นสองประเภท ได้แก่ : Linear Oscillator และ Nonlinear Oscillator

ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์



ออสซิลเลเตอร์แบบไม่เชิงเส้นใช้ในการสร้างรูปคลื่นเอาท์พุตที่ไม่ใช่ซายน์ Linear oscillator ใช้ในการผลิตรูปคลื่นสัญญาณออกไซน์และยังจำแนกออกเป็นหลายประเภทเช่น Feed back oscillator, Negative resistance oscillator, Colpitts oscillator, Hartley oscillator, Armstrong oscillator, Phase shift oscillator, Clapp oscillator, Delay line oscillator, Pierce oscillator, Wien bridge oscillator, Robinson oscillator และอื่น ๆ ในบทความนี้เรากำลังพูดถึงวงจรออสซิลเลเตอร์เชิงเส้นหลายประเภท ได้แก่ Colpitts Oscillator


Colpitts Oscillator

ออสซิลเลเตอร์เป็นเครื่องขยายเสียงที่มีการตอบรับเชิงบวกและจะแปลงสัญญาณอินพุต DC เป็นรูปคลื่นเอาท์พุต AC ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร และรูปร่างบางอย่างของรูปคลื่นเอาท์พุต (เช่นคลื่นไซน์หรือคลื่นสี่เหลี่ยม ฯลฯ ) โดยใช้การตอบรับเชิงบวกแทนสัญญาณอินพุต ออสซิลเลเตอร์ที่ใช้ตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C ในวงจรเรียกว่า LC oscillator ซึ่งเป็นออสซิลเลเตอร์เชิงเส้นชนิดหนึ่ง



Colpitts Oscillator

Colpitts Oscillator

LC ออสซิลเลเตอร์สามารถออกแบบได้โดยใช้วิธีการต่างๆ LC ออสซิลเลเตอร์ที่รู้จักกันดี ได้แก่ Hartley oscillator และ Colpitts oscillator ในสองสิ่งนี้การออกแบบที่ใช้บ่อยคือ Colpitts Oscillator ออกแบบและตั้งชื่อตามวิศวกรชาวอเมริกัน Edwin H Colpitts ในปีพ. ศ. 2461

Colpitts Oscillator Theory

ประกอบด้วยวงจรถังซึ่งเป็นวงจรย่อยเรโซแนนซ์ LC ที่ทำจากตัวเก็บประจุสองชุดที่เชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเหนี่ยวนำและความถี่ของการสั่นสามารถกำหนดได้โดยใช้ค่าของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำของวงจรถัง

ออสซิลเลเตอร์นี้เกือบจะคล้ายกับออสซิลเลเตอร์ของฮาร์ทลีย์ในทุกด้านดังนั้นจึงเรียกว่าออสซิลเลเตอร์ฮาร์ทลีย์ไฟฟ้าคู่และได้รับการออกแบบมาสำหรับการสร้างการสั่นของไซน์ไซน์ความถี่สูงที่มีความถี่วิทยุตั้งแต่ 10 KHz ถึง 300MHz ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างออสซิลเลเตอร์ทั้งสองนี้คือใช้ความจุแบบแตะในขณะที่ออสซิลเลเตอร์ Hartley ใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบเคาะ


วงจร Colpitts Oscillator

วงจรออสซิลเลเตอร์อื่น ๆ ทั้งหมดที่สร้างรูปคลื่นไซน์ใช้วงจรเรโซแนนซ์ LC ยกเว้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์บางส่วนเช่น RC ออสซิลเลเตอร์ Wien-Robinson และออสซิลเลเตอร์คริสตัลสองสามตัวซึ่งไม่ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำเพิ่มเติมเพื่อจุดประสงค์นี้

แผนภาพวงจรของ Colpitts Oscillator

แผนภาพวงจรของ Colpitts Oscillator

สามารถรับรู้ได้โดยใช้อุปกรณ์รับเช่น ไบโพลาร์จังก์ชั่นทรานซิสเตอร์ (BJT) , เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการและ ทรานซิสเตอร์สนามผล (FET) เช่นเดียวกับในออสซิลเลเตอร์ LC อื่น ๆ ด้วย ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 จะสร้างตัวแบ่งที่เป็นไปได้และความจุแบบแตะนี้ในวงจรถังสามารถใช้เป็นแหล่งที่มาของข้อเสนอแนะและการตั้งค่านี้สามารถใช้เพื่อให้เสถียรภาพของความถี่ที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับออสซิลเลเตอร์ Hartley ซึ่งใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบเคาะสำหรับการตั้งค่าป้อนกลับ

ตัวต้านทานรีในวงจรด้านบนให้ความเสถียรสำหรับวงจรเทียบกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ตัวเก็บประจุ Ce ที่เชื่อมต่อในวงจรซึ่งขนานกับ Re ให้เส้นทางปฏิกิริยาต่ำไปยังสัญญาณ AC ที่ขยายซึ่งทำหน้าที่เป็น บายพาสตัวเก็บประจุ . ตัวต้านทาน R1 และ R2 สร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสำหรับวงจรและให้อคติกับทรานซิสเตอร์ วงจรประกอบด้วย RC เครื่องขยายเสียงคู่ กับทรานซิสเตอร์คอนฟิกูเรชันอีซีแอลทั่วไป ตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์ Coutblocks DC โดยจัดเตรียมเส้นทาง AC จากตัวเก็บรวบรวมไปยังวงจรถัง

Colpitts Oscillator ทำงาน

เมื่อใดก็ตามที่แหล่งจ่ายไฟเปิดอยู่ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 ที่แสดงในวงจรด้านบนจะเริ่มชาร์จและหลังจากที่ตัวเก็บประจุชาร์จเต็มแล้วตัวเก็บประจุจะเริ่มปล่อยผ่านตัวเหนี่ยวนำ L1 ในวงจรทำให้เกิดการสั่นของฮาร์มอนิกที่ลดลงในวงจรถัง

วงจรถังพร้อมตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

วงจรถังพร้อมตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกสร้างขึ้นใน C1 และ C2 โดยกระแสออสซิลเลเตอร์ในวงจรถัง ในขณะที่ตัวเก็บประจุเหล่านี้ได้รับการปลดปล่อยอย่างเต็มที่พลังงานไฟฟ้าสถิตที่เก็บอยู่ในตัวเก็บประจุจะถูกถ่ายโอนในรูปของฟลักซ์แม่เหล็กไปยังตัวเหนี่ยวนำและทำให้ตัวเหนี่ยวนำจะถูกชาร์จ

ในทำนองเดียวกันเมื่อตัวเหนี่ยวนำเริ่มคายประจุตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จอีกครั้งและกระบวนการนี้ของการชาร์จพลังงานและการปลดปล่อยตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำยังคงทำให้เกิดการสั่นและความถี่ของการสั่นเหล่านี้สามารถกำหนดได้โดยใช้ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรถังประกอบด้วย ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ วงจรถังนี้ถือเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานหรือที่เก็บพลังงาน นี่เป็นเพราะการชาร์จพลังงานบ่อยครั้งและการคายประจุของตัวเหนี่ยวนำตัวเก็บประจุที่เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่าย LC ที่สร้างวงจรถัง

การสั่นแบบไม่ต่อเนื่องสามารถหาได้จากเกณฑ์ Barkhausen สำหรับการสั่นอย่างต่อเนื่องการกะระยะทั้งหมดจะต้องเป็น 3600 หรือ 00 ในวงจรข้างต้นเนื่องจากตัวเก็บประจุสองตัว C1 & C2 จะถูกเคาะตรงกลางและต่อสายดินแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุ C2 (แรงดันป้อนกลับ) คือ 1800 โดยมีแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุ C1 (แรงดันเอาต์พุต ). ทรานซิสเตอร์ตัวปล่อยทั่วไปจะสร้างการกะระยะ 1800 ระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก ดังนั้นจากเกณฑ์ของ Barkhausen เราจะได้รับการสั่นอย่างต่อเนื่องที่ไม่ได้รับการกระแทก
ความถี่เรโซแนนซ์กำหนดโดย

ƒr = 1 / (2П√ (L1 * C))

โดยที่ƒrคือความถี่เรโซแนนซ์

C คือความจุเทียบเท่าของการรวมอนุกรมของ C1 และ C2 ของวงจรรถถัง

จะได้รับเป็น

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

L1 แสดงถึงการเหนี่ยวนำตัวเองของขดลวด

การใช้งาน Colpitts Oscillator

  • ใช้สำหรับการสร้างสัญญาณเอาท์พุตไซน์ที่มีความถี่สูงมาก
  • Colpitts oscillator ที่ใช้อุปกรณ์ SAW สามารถใช้เป็นเครื่องอื่นได้ ประเภทของเซ็นเซอร์ เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ . เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรนี้มีความไวต่อการก่อกวนสูงจึงรับรู้ได้โดยตรงจากพื้นผิว
  • มักใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับความถี่ที่หลากหลาย
  • ใช้สำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องการการสั่นแบบไม่ต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่องสำหรับการทำงาน
  • ออสซิลเลเตอร์นี้เป็นที่ต้องการในสถานการณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำบ่อยๆ
  • สามารถใช้การรวมกันของออสซิลเลเตอร์นี้กับอุปกรณ์บางอย่าง (แทนวงจรถัง) เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่เสถียรและความถี่สูง
  • ใช้สำหรับการพัฒนาโทรศัพท์มือถือและ วิทยุสื่อสาร .
  • มีแอพพลิเคชั่นมากมายที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า

ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงโดยสังเขปเกี่ยวกับ Colpitts oscillator ทฤษฎีการทำงานและการประยุกต์ใช้ Colpitts oscillator พร้อมกับวงจรรถถังจึงถูกนำมาใช้ ชุดโครงการอิเล็กทรอนิกส์ฟรี . สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Colpitts oscillator โปรดโพสต์คำถามของคุณโดยการแสดงความคิดเห็นด้านล่าง

เครดิตภาพ: