Schema oscilatorului Colpitts folosește două condensatoare în serie cu priza centrală, cu un inductor paralel pentru a forma circuitul rezervor de rezonanță care produce oscilații sinusoidale.

În multe privințe, oscilatorul Colpitts este exact opusul oscilatorului Hartley. La fel ca oscilatorul Hartley, circuitul rezervor acordat constă dintr-un sub-circuit de rezonanță LC conectat între colectorul și baza unui amplificator cu tranzistor cu un singur etaj care produce o formă de undă sinusoidală de ieșire.

Configurația de bază a Oscilatorului Colpitts seamănă cu cea a Oscilatorului Hartley, dar diferența de această dată este că priza centrală a sub-circuitului rezervor este acum făcută la joncțiunea unei rețele de "divizor capacitiv de tensiune" în locul unui inductor cu priză tip autotransformator, ca în oscilatorul Hartley.

Oscilatorul Colpitts folosește o rețea capacitivă de divizare a tensiunii ca sursă de feedback. Cele două condensatoare C1 și C2 sunt plasate pe un singur inductor comun L, așa cum se arată. Atunci, C1, C2 și L formează circuitul rezervor acordat cu condiția ca oscilațiile să fie: XC1+ XC2 = XL, la fel ca și pentru oscilatorul Hartley.

Avantajul acestui tip de configurație a circuitului capacitiv este acela că, cu mai puțină auto și mutuală inductanță în circuitului rezervor, stabilitatea în frecvență a oscilatorului este îmbunătățită, împreună cu o schemă mai simplă.

Ca și oscilatorul Hartley, oscilatorul Colpitts utilizează un singur etaj de amplificare cu tranzistor bipolar ca element de câștig care produce o ieșire sinusoidală. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Circuitul de bază al oscilatorului Colpitts

Terminalul emitor al tranzistorului este conectat efectiv la joncțiunea celor două condensatoare C1 și C2 care sunt conectate în serie și acționează ca un simplu divizor de tensiune. Când sursa de alimentare este aplicată prima dată, condensatoarele C1 și C2 se încarcă și apoi descarcă prin bobina L. Oscilațiile din condensatoare sunt aplicate la joncțiunea de bază-emitor și apar amplificate la ieșirea colectorului.

Rezistoarele R1 și R2 furnizează obișnuita polarizare DC de stabilizare pentru tranzistor în mod normal, în timp ce condensatoarele suplimentare acționează ca condensatoare by-pass de blocare a DC. În circuitul colectorului se folosește un șoc de frecvență radio (RFC) pentru a furniza o reactanță înaltă (ideal circuit deschis) la frecvența oscilațiilor (ƒr) și o rezistență redusă la DC pentru a ajuta la declanșarea oscilațiilor.

Defazarea externă necesară este obținută într-o manieră similară cu cea din circuitul oscilatorului Hartley, cu feedback-ul pozitiv necesar pentru oscilațiile susținute neamortizate. Cantitatea de feedback este determinată de raportul C1 și C2. Aceste două capacități sunt, în general, "forțate" împreună pentru a furniza o cantitate constantă de feedback, astfel încât, pe măsură ce se ajustează unul, celălalt urmează în mod automat.

Frecvența oscilațiilor pentru un oscilator Colpitts este determinată de frecvența de rezonanță a circuitului rezervor LC și este dată de:

unde CT este capacitatea lui C1 și C2 conectate în serie și este dată de:

Configurația amplificatorului tranzistor este de amplificator cu emitor comun cu semnalul de ieșire defazat cu 180⁰ în raport cu semnalul de intrare. Schimbarea de fază suplimentară de 180⁰ necesară pentru oscilare este realizată datorită faptului că cele două condensatoare sunt conectate împreună în serie, dar în paralel cu bobina inductivă, rezultând o defazare globală a circuitului de zero sau 360⁰.

Valoarea feedback-ului depinde de valorile C1 și C2. Putem vedea că tensiunea pe C1 este aceeași cu tensiunea de ieșire a oscilatorului Vout și că tensiunea pe C2 este tensiunea de feedback a oscilatorului. Atunci, tensiunea pe C1 va fi mult mai mare decât cea pe C2.

Prin urmare, prin schimbarea valorilor condensatoarelor C1 și C2 putem regla cantitatea de tensiune de feedback returnată la circuitul rezervor. Totuși, cantitățile mari de reacție pot determina distorsiunea undelor sinusoidale de ieșire, în timp ce cantitățile mici de reacție pot să nu permită oscilarea circuitului.

Deci, cantitatea de feedback generată de oscilatorul Colpitts se bazează pe raportul de capacitate dintre C1 și C2 și este ceea ce guvernează excitația oscilatorului. Acest raport este numit "fracția de feedback" și este dat simplu ca:

Oscilator Colpitts. Exemplul nr. 1

Un circuit Oscilator Colpitts are două condensatoare de 24 nF și respectiv 240 nF care sunt conectate în paralel cu un inductor de 10 mH. Determinați frecvența oscilațiilor circuitului, fracția de feedback și trasați circuitul.

Frecvența de oscilație pentru un Oscilator Colpitts este dată de:

Deoarece circuitul Colpitts constă din două condensatoare în serie, capacitatea totală este prin urmare:

Inductanța inductorului este dată ca 10 mH, atunci frecvența oscilației este:

Frecvența oscilațiilor pentru Oscilatorul Colpitts este, prin urmare, de 10,8 kHz, fracția de feedback dată fiind:

Circuitul Oscilatorului Colpitts

Oscilator Colpitts folosind un A.O.

La fel ca și Hartley Oscillator anterior, în locul unui tranzistor bipolar cu joncțiune (BJT) ca etaj activ al oscilatorului, putem utiliza un amplificator operațional (A.O.). Operarea unui A.O. Oscilator Colpitts este exact aceeași ca și pentru versiunea tranzistorizată, cu frecvența de funcționare calculată în același mod. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Circuit A.O. Oscilator Colpitts

Rețineți că, fiind o configurație de amplificator inversor, raportul R2/R1 stabilește câștigul amplificatorului. Un câștig minim de 2,9 este necesar pentru a porni oscilațiile. Rezistorul R3 oferă feedback-ul necesar circuitului rezervor LC.

Avantajele oscilatorului Colpitts asupra oscilatorului Hartley sunt că oscilatorul Colpitts produce o formă de undă sinusoidală mai pură datorită căilor de impedanță reduse ale condensatoarelor la frecvențe înalte. De asemenea, datorită acestor proprietăți de reactanță capacitivă, oscilatorul Colpitts bazat pe FET poate funcționa la frecvențe foarte înalte. Desigur, orice A.O. sau FET utilizat ca dispozitiv de amplificare trebuie să poată funcționa la frecvențele înalte necesare.

Rezumat Oscilator Colpitts

Oscilatorul Colpitts constă dintr-un circuit rezervor de rezonanță LC paralel, a cărui reacție este realizată printr-un divizor capacitiv. La fel ca majoritatea circuitelor oscilatoare, oscilatorul Colpitts există în mai multe forme, cea mai obișnuită formă fiind similară circuitului cu tranzistor de mai sus.

Priza centrală a sub-circuitului rezervor se face la joncțiunea unei rețele "divizor de tensiune capacitiv" pentru a trimite o fracțiune din semnalul de ieșire înapoi la emitorul tranzistorului. Cele două condensatoare în serie produc un defazaj de 180⁰, care este inversată cu încă 180⁰ pentru a produce feedback-ul pozitiv necesar. Frecvența de oscilație care este o tensiune de undă pur sinusoidală este determinată de frecvența de rezonanță a circuitului rezervor.

În următorul tutorial despre Oscilatoare, ne vom uita la Oscilatoarele RC care utilizează rezistoare și condensatoare ca circuitul rezervor al său pentru a produce o formă de undă sinusoidală.