Pengayun Colpitts

Pengayun adalah pembinaan mekanikal atau elektronik yang menghasilkan ayunan bergantung pada beberapa pemboleh ubah. Kita semua mempunyai peranti yang memerlukan pengayun seperti jam tradisional atau jam tangan. Pelbagai jenis pengesan logam, komputer di mana mikrokontroler dan mikropemproses terlibat menggunakan pengayun, terutamanya pengayun elektronik yang menghasilkan isyarat berkala. Kami membincangkan beberapa pengayun dalam tutorial sebelumnya:

• Pengayun Fasa RC Fasa
• Pengayun Jambatan Wein
• Pengayun Kristal Kuarza
• Litar Oscillator Fasa Pergeseran
• Pengayun Voltan Terkawal (VCO)

The Colpitts pengayun telah dicipta oleh jurutera Amerika Edwin H. Colpitts pada tahun 1918. Colpitts pengayun kerja-kerja dengan gabungan pengaruh dan kapasitor dengan membentuk penapis LC. Sama seperti pengayun lain Pengayun Colpitts terdiri dari alat gandaan, dan outputnya dihubungkan dengan gelung maklum balas litar LC. Pengayun Colpitts adalah pengayun linear yang menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal.

Litar Tangki

Peranti ayunan utama dalam pengayun Colpitts dibuat menggunakan litar tangki. The litar tangki terdiri daripada tiga yang induktor components- dan dua kapasitor. Dua kapasitor dihubungkan secara bersiri, dan kapasitor ini disambungkan lebih jauh selari dengan induktor.

Dalam gambar di atas, tiga komponen litar tangki ditunjukkan dengan sambungan yang betul. Prosesnya dimulakan dengan pengisian dua kapasitor C1 dan C2. Kemudian di dalam litar tangki, kapasitor dua siri ini mengalir ke induktor selari L1 dan tenaga yang tersimpan dalam kapasitor dipindahkan ke induktor. Oleh kerana kapasitor disambungkan secara selari, induktor kini dikeluarkan oleh dua kapasitor dan kapasitor mula mengecas semula. Pengisian dan pelepasan ini di kedua-dua komponen berterusan dan dengan itu memberikan isyarat ayunan di seberang.

Pengayunan sangat bergantung pada kapasitor dan nilai induktor. Rumus di bawah adalah untuk menentukan frekuensi ayunan:

F = 1 / 2π√LC

di mana F adalah frekuensi dan L adalah Induktor, C adalah jumlah kapasitans setara

Kapasiti setara dari dua kapasitor dapat ditentukan dengan menggunakan

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

Semasa fasa ayunan ini di litar tangki, berlaku kehilangan tenaga. Untuk mengimbangi tenaga yang hilang ini dan untuk mengekalkan ayunan di dalam litar tangki, alat penambahan diperlukan. Terdapat banyak jenis alat gandaan yang digunakan untuk mengimbangi kehilangan tenaga di dalam litar tangki. Peranti keuntungan yang paling biasa adalah transistor dan penguat operasi.

Pengayun Colpitts Berasaskan Transistor

Dalam gambar di atas, Colpitts Oscillator berdasarkan Transistor ditunjukkan di mana peranti penguatan utama pengayun adalah transistor NPN T1.

Dalam litar, perintang R1 dan R2 diperlukan untuk voltan asas. Kedua- dua perintang ini digunakan untuk membuat pembahagi voltan melintasi dasar Transistor T1. Resistor R3 digunakan sebagai perintang pemancar. Perintang ini sangat berguna untuk menstabilkan alat gandaan semasa arus termal. The kapasitor C3 digunakan sebagai pemuat pemancar yang disambung secara selari dengan perintang R3. Sekiranya kita mengeluarkan kapasitor C3 ini, isyarat AC yang diperkuat akan dibuang melintasi perintang R3 dan menghasilkan keuntungan yang buruk. Jadi, kapasitor C3 disediakan jalan mudah untuk isyarat yang diperkuat. Maklum balas dari litar tangki dihubungkan dengan menggunakan C4 ke pangkalan transistor T1

Ayunan daripada Colpitts litar pengayun transistor berasaskan adalah bergantung kepada peralihan fasa. Ini terkenal sebagai kriteria barkhausen untuk pengayun. Sesuai dengan Kriteria Barkhausen, kenaikan gelung harus sedikit lebih besar daripada kesatuan dan pergeseran fasa di sekitar gelung perlu 360 darjah atau 0 darjah. Oleh itu, semasa kes ini, untuk memberikan ayunan di seluruh output, litar total memerlukan peralihan fasa 0 darjah atau 360 darjah. Konfigurasi transistor sebagai pemancar biasa memberikan peralihan fasa 180 darjah sedangkan litar tangki juga menyumbang peralihan fasa 180 darjah tambahan. Dengan menggabungkan peralihan dua fasa ini, keseluruhan litar mencapai peralihan fasa 360 darjah yang bertanggungjawab untuk ayunan.

Maklum balas dapat dikendalikan dengan menggunakan dua kapasitor C1 dan C2. Kedua-dua kapasitor ini disambungkan secara bersiri dan persimpangan dihubungkan dengan landasan bekalan. Voltan merentasi C1 jauh lebih besar daripada voltan merentasi C2. Dengan menukar kedua-dua nilai kapasitor tersebut, kita dapat mengawal voltan maklum balas yang selanjutnya dimasukkan ke litar tangki. Penentuan voltan maklum balas adalah bahagian penting dari litar kerana jumlah voltan maklum balas yang rendah tidak akan mengaktifkan ayunan sedangkan jumlah voltan maklum balas yang tinggi akan berakhir dalam memusnahkan gelombang sinus output dan menyebabkan distorsi.

Pengayun Colpitts dapat diselaraskan dengan mengubah nilai induktansi dan kapasitans. Terdapat dua cara untuk menjadikan pengayun Colpitts berfungsi dalam konfigurasi penalaan berubah.

Cara pertama ialah menukar induktor sebagai induktor pemboleh ubah dan cara lain ialah menukar kapasitor sebagai kapasitor berubah. Pada pilihan kedua, kerana voltan maklum balas sangat bergantung pada nisbah C1 dan C2, disarankan untuk menggunakan geng sederhana. Sehingga apabila terdapat variasi dalam satu kapasitor, kapasitor yang lain juga mengubah kapasitansinya sesuai dengannya.

Pengayun Colpitts Berasaskan Op-Amp

Dalam gambar di atas litar pengayun Colpitts berdasarkan op-amp ditunjukkan. Penguat operasi dalam mod konfigurasi terbalik. Perintang R1 dan R2 digunakan kerana memberikan maklum balas yang diperlukan kepada penguat operasi. Litar tangki disambungkan bersama dengan induktor tunggal selari dengan dua kapasitor siri. Input penguat operasi dihubungkan dengan maklum balas litar tangki.

Cara kerjanya sama seperti yang dibincangkan dalam litar pengayun Colpitts berdasarkan transistor di atas. Semasa permulaan, op-amp menguatkan isyarat bunyi yang bertanggungjawab untuk mengecas dua kapasitor. The keuntungan sebanyak Op-amp berdasarkan Colpitts Oscillator adalah lebih tinggi daripada Transistor berasaskan Colpitts Oscillator.

Perbezaan antara Colpitts Oscillator dan Hartley Oscillator

Pengayun Colpitts sangat mirip dengan pengayun Hartley tetapi terdapat perbezaan pembinaan antara keduanya. Walaupun litar dua pengayun ini terdiri daripada tiga komponen sebagai litar tangki tetapi pengayun Colpitts menggunakan induktor tunggal selari dengan dua kapasitor dalam siri sedangkan pengayun Hartley menggunakan sebaliknya, satu kapasitor tunggal selari dengan dua induktor dalam siri. Pengayun Colpitts berfungsi lebih stabil dalam operasi frekuensi tinggi daripada Hartley Oscillator.

Pengayun Colpitts adalah pilihan yang sangat baik dalam operasi frekuensi tinggi. Ia dapat menghasilkan frekuensi output dalam julat Megahertz dan juga dalam julat Kilohertz.

Aplikasi Litar Oscillator Colpitts

1. Oleh kerana kesukaran dalam variasi lancar induktor dan kapasitor, pengayun Colpitts digunakan terutamanya untuk penjanaan frekuensi tetap.

2. Penggunaan utama pengayun Colpitts adalah dalam peranti komunikasi terkawal frekuensi radio atau telefon bimbit lain.

3. Dalam ayunan frekuensi tinggi, pengayun Colpitts adalah pilihan yang sangat baik. Oleh itu, peranti berasaskan pengayun frekuensi tinggi menggunakan Colpitts Oscillator.

4. Dalam beberapa aplikasi di mana pengayunan berterusan dan tidak terkendali di samping kestabilan terma, Colpitts Oscillator digunakan.

5. Untuk aplikasi yang memerlukan pelbagai frekuensi dengan kebisingan minimum.

6. Banyak jenis sensor berasaskan SAW menggunakan pengayun Colpitts

7. Pelbagai jenis alat pengesan logam menggunakan pengayun Colpitts.

8. Pemancar frekuensi radio berkaitan modulasi frekuensi menggunakan pengayun Colpitts.

9. Ini mempunyai aplikasi besar dalam produk kelas tentera dan komersial.

10. Dalam aplikasi gelombang mikro, rangkaian kekacauan berkaitan penyamaran isyarat juga diperlukan pengayun Colpitts dalam julat frekuensi yang berbeza.