科尔皮兹振荡器:电路及其原理

2021-02-22 19:25:52 hongling

产生交替和连续波形的电路被称为振荡器,波形可以是正弦波、方波等。在本文中,单片机方案网根据其输出频率,振荡器分为了很多类型。电子振荡器的频率可以通过其输入电压来控制,因此它们被称为压控振荡器。

振荡器的类型很多,但主要分为两类:一种是谐波振荡器或线性振荡器,另一种是非线性振荡器。非正弦波形通过非线性振荡器产生,而线性振荡器则产生正弦波形。在此线性振荡器类别下,有不同类型的振荡器,例如Colpitts振荡器、反馈振荡器、相移振荡器、阿姆斯特朗振荡器、负电阻振荡器、延迟线振荡器、皮尔斯振荡器、拍频振荡器和韦恩电桥振荡器等。

什么是科尔皮兹振荡器?

通过使用正反馈将直流信号作为输入转换为交流信号作为输出(例如方波或正弦波等)并通过变频驱动的放大器被称为振荡器。在电路中使用电容器C和电感器L的振荡器被称为LC电路,属于线性振荡器。有多种设计该LC振荡器的方法。在那些LC振荡器中,最熟悉的振荡器是Colpitts振荡器和Hartley振荡器。在这两种类型的振荡器中,Colpitts振荡器是最常用的振荡器。Edwin Colpitts于1918年发明了这种Colpitts振荡器。

科尔皮兹振荡器


科尔皮兹振荡器理论

该振荡器通过使用两个与并联电感器串联的中心抽头电容器形成振荡电路,并产生正弦振荡。可以通过考虑电容器和电感器的值来获得振荡频率。在某些方面,此振荡器类似于Hartley振荡器,并且在某些方面有所不同。

在Hartley振荡器和Colpitts振荡器中,连接在晶体管放大器的集电极和基极之间以获得正弦输出的振荡电路是相同的。由于这个原因,该振荡器被称为Hartley振荡器的电气对偶。

两种振荡器之间的区别在于,在Hartley振荡器中使用“抽头自耦变压器型电感器”,而在Colpitts振荡器中使用“电容分压器”网络,即简单的Hartley振荡器使用抽头电感,而Colpitts振荡器使用抽头电容。该振荡器专为高频正弦振荡而设计,其射频范围从10 KHz到300MHz。

科尔皮兹振荡器电路

这是Colpitts振荡器的电路图。许多产生正弦波形的振荡器电路都使用LC谐振电路,除了某些电子电路(例如RC振荡,晶体振荡器和其他一些振荡器)不需要额外的电感。

科尔皮兹振荡器电路


进入电路时,有一个双极结型晶体管(BJT),场效应晶体管(FET)和运算放大器,类似于其他LC振荡器。两个电容器C1和C2构成分压器,因此,该分接电容用作反馈源。Colpitts振荡器可提供良好的频率稳定性。电路中有一个Re电阻,可以很好地提供稳定性以应对温度波动。

电容器“ Ce”与电阻器Re并联。作为旁路电容器,该电容器为放大信号提供了低电抗路径。该电路具有一个RC耦合放大器,并且有两个电阻R1和R2构成电路的分压器。

科尔皮兹振荡器工作原理

Colpitts振荡器使用电容分压器网络作为反馈源。C1和C2跨过公共电感L形成储能电路。因此,当接通电源时,我们在电路中看到的两个电容器C1和C2开始充电,在完全充电后,将通过“ L”进行放电,这会引起阻尼谐波振荡。

在C1和C2两端,振荡电流产生交流电压。尽管此放电过程完全在电容器中进行,但电容器会将磁能形式的静电能传递到电感器,从而产生电感器电荷。同样,当电感放电时,电容器充电。因此,电感器和电容器的充电和放电过程中会产生振荡。

利用振荡电路的谐振频率,我们可以获得振荡频率。该储能回路是能量存储,也称为储能器。这是由于电容器和电感器的连续充电和放电所致,并且为了获得恒定的反馈,两个电容被组合在一起。

LC振荡电路的谐振频率为:

fr = 1/2π√(L1 * C)

其中“ C”是等效电容,“fr”是一个共振频率。

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

晶体管放大器配置是与输入信号异相180度的普通发射极放大器。需要额外的180度相移。为此,两个电容器与感应线圈串联,导致总相移为360度或0。

基于C1和C2值,反馈量取决于。通过改变电容器的值,可以调节反馈电压。如果反馈量很小,则电路不会振荡,如果反馈量很大,则输出正弦波将失真。基于C1和C2的电容比,反馈量得到了延展。