Oscilador Colpitts:Aplicação de circuito e suas vantagens

O oscilador Colpitts é um oscilador linear e apenas um entre muitos osciladores LC. É importante ressaltar que este oscilador usa a unidade de funcionamento de capacitores (C) e indutores (L), daí o nome oscilador LC.

Este artigo irá discutir o oscilador Colpitts, suas vantagens, aplicações, etc. Além disso, irá ajudá-lo a aprender e descobrir as conexões corretas do oscilador Colpitts para suas necessidades!

1. O que é um oscilador Colpitts?

Um Colpitts é um oscilador eletrônico. É importante ressaltar que este oscilador usa indutores e capacitores, que contribuem para um circuito LC.

O funcionamento deste oscilador envolve o uso de transistores, amplificadores operacionais, transistores de efeito de campo e válvulas. Além disso, é um oscilador harmônico elétrico com muitas aplicações e vantagens.

O design deste oscilador em particular é semelhante ao de um oscilador Hartley. No entanto, o fator distintivo é que o oscilador Colpitts contém um circuito de tanque enquanto um Hartley não possui o circuito.

Observação;

Notavelmente, existem dois osciladores; osciladores não lineares e osciladores lineares. Os osciladores não lineares produzem formas de onda de saída não senoidais (não lineares). Enquanto os osciladores lineares, como o oscilador de Colpitts, produzem ondas lineares ou senoidais.

(tecnologia de oscilador com uma placa-mãe.)

2. Circuito básico do oscilador Colpitts e como ele funciona?

• Teoria de Colpitt

A teoria deste oscilador é que ele possui capacitores duplos em série conectados aos indutores em paralelo. Notavelmente, a disposição desses componentes elétricos forma um circuito tanque ressonante. A combinação de capacitores e indutores o torna um circuito ressonante LC paralelo. Além disso, os valores obtidos desses capacitores e indutores ajudam a determinar a frequência de oscilação.

A invenção dos Colpitts foi devido à necessidade de gerar alta frequência de oscilação linear usando frequências de rádio.

Dica Adicional

Como o oscilador Colpitts tem designs semelhantes ao Hartley, às vezes é chamado de dual elétrico do oscilador Hartley. No entanto, a presença de um circuito tanque é a única característica diferencial nos dois projetos de osciladores. Caso contrário, a diferença de funcionamento é que enquanto Hartley usa indutância com derivação, Colpitts usa capacitância com derivação.

(Circuito oscilador LC.)

• Circuito oscilador Colpitts

(um diagrama de circuito do oscilador de Colpitts)

Assim como qualquer circuito oscilador que produz ondas lineares, a presença de um LC ressonante no circuito é obrigatória. No entanto, as exceções são os osciladores RC que não precisam de um LC ressonante em seu curso.

Além disso, usando um dispositivo de ganho como o transistor de junção bipolar, um amplificador operacional ou transistor de efeito de campo atinge a função de oscilador. É importante ressaltar que os capacitores C1 e C2 criam um divisor de potencial. Como resultado, a estabilidade de frequência no Colpitts vem da capacitância com derivação. Esta capacitância de derivação presente no circuito do tanque é a fonte de feedback.

No entanto, alcançar um circuito estável mesmo em um ambiente com mudanças de temperatura não é fácil. Portanto, é importante colocar um resistor(Re) no curso. O resistor ajuda a manter o circuito estável e evita que ele seja danificado.

Além disso, há um capacitor (Ce) paralelo ao Re. O capacitor Ce atua como um capacitor de bypass que gera um caminho reativo baixo para o sinal amplificado CA. Além disso, o divisor de tensão formado por R1 e R2 cria uma polarização do transistor que controla o fluxo de corrente.

Notavelmente, a partir do diagrama de circuito, um amplificador acoplado RC tem um transistor emissor comum. O capacitor de acoplamento AC de saída bloqueia DC. Como resultado, fornece um caminho CA do coletor ao circuito do tanque.

(Circuito elétrico do oscilador LC.)

Oscilador Colpitts funcionando

Uma vez que a fonte de alimentação está ligada, os capacitores C1 e C2 começam a carregar. Imediatamente esses capacitores carregam totalmente, eles começam a descarregar parte de sua energia através do indutor L1. Consequentemente, o processo de descarga faz com que os circuitos do tanque tenham oscilações harmônicas amortecidas.

Novamente, a corrente oscilatória produz uma tensão CA em C1 e C2. Durante o processo de descarga, há a presença de energia eletrostática nos capacitores. Essa energia viajará em fluxo magnético para o indutor, carregando o indutor.

Da mesma forma, à medida que os indutores começam a descarregar, os capacitores começam a carregar novamente. Consequentemente, este processo contínuo de carga e descarga gera oscilações. Para determinar a frequência dessas oscilações, use a frequência de ressonância do circuito.

(PCB com osciladores montados)

O circuito do tanque funciona principalmente como a área de armazenamento de energia do circuito causada pelo carregamento e descarregamento constante. Além disso, a formação do circuito eletrônico do tanque vem do carregamento e descarregamento contínuo dos capacitores e indutores. Este processo leva à separação da rede LC.

Além disso, o critério de estabilidade de Barkhausen ajuda a calcular as oscilações contínuas não amortecidas. No entanto, para oscilações sustentadas, a mudança de fase completa deve ser 00 ou 3600.

Cálculos de fórmulas de circuito

A partir do circuito, ambos os capacitores ficam aterrados ou com derivação central. Assim, a tensão de feedback, tensão em C2, lê 1800, combinando a tensão de saída, que é a tensão em C1. Notavelmente, entre a tensão de entrada e a tensão de saída, o transistor emissor comum produz uma mudança de fase de 1800.

É importante ressaltar que a frequência de ressonância é calculada a partir da fórmula;

ƒr=1/(2П√(L1*C))

onde f é a frequência de ressonância. C =capacitância equivalente do C1 + C2, e L1 é a auto-indutância da bobina.

E o cálculo de C é a partir da fórmula

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

(um oscilador dentro de uma placa-mãe joystick.)

3. Diagrama do oscilador de Colpitts

• Usando um amplificador operacional

(um oscilador Colpitts usando um op-amp.)

O arranjo de um op-amp está em um modo de inversão onde R1 é o resistor de entrada e RF é o resistor de feedback. Notavelmente, a configuração individual de RF e R1 do ganho do oscilador do amplificador operacional tem grandes vantagens. É importante ressaltar que a equação A =-Rf/R1 calcula o ganho de um amplificador inversor.

No entanto, lembre-se de que elementos importantes como os capacitores de acoplamento e o circuito do tanque não afetam o ganho do amplificador do amplificador operacional. Mas, nas versões baseadas em transistores, todos os componentes afetam o ganho, especialmente o circuito eletrônico do tanque.

Observe que a equação de frequência, o princípio de funcionamento e a teoria operacional de um oscilador de amplificador operacional são os mesmos das versões do transistor.

4. Aplicativos do oscilador Colpitts

• Primeiro, o oscilador pode gerar um sinal de saída senoidal de alta frequência.
• Em segundo lugar, o oscilador Colpitts pode auxiliar no desenvolvimento de celulares e rádios.
• Terceiro, use-o em aplicativos que exijam a alteração de uma ampla faixa de frequências.
• Além disso, funciona perfeitamente em aplicações que envolvem mudanças frequentes de alta e baixa temperatura.
• Por último, o Colpitts funciona bem em configurações onde são necessárias oscilações contínuas e sem amortecimento.

(uma foto de um cristal oscilador.)

5. Vantagens

• Um Colpitts produz ondas lineares com alta frequência de oscilação.
• O dispositivo oscilador pode lidar com temperaturas baixas e altas.
• Além disso, se você usar capacitores variáveis, poderá obter uma frequência variada.
• Ele oferece muitos componentes para usar em um circuito oscilador Colpitts.
• Além disso, o Colpitts tem uma frequência de oscilação muito estável.
• A amplitude de oscilação da saída permanece a mesma se o dispositivo estiver em uma faixa de frequência constante.

(vários cristais osciladores.)

Resumo

Os osciladores Colpitts oferecem excelentes características que os tornam um componente eletrônico confiável e fácil de usar. Se você estiver interessado em saber mais sobre seus projetos de osciladores relacionados, entre em contato conosco! Nossa equipe está sempre feliz em responder a todas as suas perguntas.