Колпицов осцилатор
Овај чланак можда захтева чишћење и/или прерађивање како би се задовољили стандарди квалитета Википедије. |
Kolpicov oscilator je izmislio američki inženjer Edvin H. Kolpits 1920. U pitanju je jedan od mnogobrojnih oscilatora realizovanih pomoću kalema i kondenzatora koji služe za kontrolu frekvencije i često se još naziva LC осцилатор.
Оцилатори у три тачке уреди
Осцилатори у три тачке садрже појачавач и коло повратне спреге. Коло повратне спреге је прикључено на три тачке појачавача као на слици: излаз (тачка Б), улаз (тачка C) и масу (тачка D).
Општи услови осциловања произилазе из следећег објашњења: појачавач се обично састоји од једног појачавачког степена са фетом (са заједничким извором) или са биполарним транзистором (са заједничким емитором). Овакав појачавач нормално помера фазу са 180˚. Да би укупан фазни померај био 360˚, коло повратне спреге треба да је помери за још 180˚. Повратна спрега се код оваквих осцилатора остварује преко осцилаторног кола, које је на слици представљено преко импенданси Z1, Z2 и Z3. Повратна спрега се остварује преко импендасни Z1 и Z2, а Z3 служи да се образује паралелно осцилаторно коло.
Коефицијент повратне спреге је једнак:
- β = U1/U2 = Z2I/(Z1+Z2)I = Z2/(Z1+Z2) (1)
Импендансе су обично реактивне, па уместо Z1 може да се пише X1, уместо Z2 може да се пише X2, а X3 уместо X3. Када се ове вриједности замене у једначини (1) добија се:
- β = X2/(X1+X2) (2)
Да би коефицијент кола повратне спреге био негативан, односно да би померај фазе био 180˚, реактансе X1 и X2 морају имати различите предзнаке и модуо реактансе X1 мора бити већи од модула реактансе X2. То значи ако је реактанса X1 индуктивна, реактанса X2 ће бити капацитивна, а мора бити X1 | > | X2 |.
На резонатној учестаности збир реактанси унутар осцилаторног кола мора бити једнак нули:
- X1+X2+X3 = 0 (3)
Ако је реактанса X1 једног знака (нпр. позитивна, тј. индуктивна), ректансе X2 и X3 морају бити негативне тј. капацитивне. Из једначине (3) добија се:
- X1+X2 = -X3 (4)
Ако се ова вриједност замени у једначину (2) добија се:
- β = X2/-X3 (5)
Ако је реактанса X1 индуктивна, а X2 и X3 капацитивне онда имамо Колпицов осцилатор. Још једино треба да се задовољи услов да појачање појачавача буде једнако слабљењу кола повратне спреге односно да се задовољи услов β A | = 1. Реактансе се могу одабрати тако да читаво коло уопште нема слабљење па тада могу да се употребе појачавачи са малим појачањем (већим од 1).
Колпицов осилатор са фетом уреди
Колпицов осцилатор са фетом је приказан на слици 2. Фет са елементима Рд, Рс и Цс чини појачавач са заједничким сорсом, чије је напонско појачање релативно мало. Повратна спрега се остварује преко осцилаторног кола, које се састоји од калема L и кондензатора Ц1 и Ц2. На слици се види да је једна тачка осцилаторног кола прикључена на излаз појачавача ( тачка Б ), друга на његов улаз ( тачка C ) и трећа на масу ( тачка D ).
Обртање фазе код Колпицовог осцилатора. Учестаност осциловања. уреди
Требало би објаснити како се обрће фаза код Колпицовог осцилатора за 180˚ од тачке Б до тачке C у односу на масу. Ако се једначина (5) примени на слику 2, за слабљење кола повратне спреге може да се напише:
- 1/β = U2/U1 = -X3/X2 = -1/ωC1/1/ωC2 = -C2/C1 (6)
Из једначине (6) се види да је коефицијент повратне спреге негативан што значи да му је фазни померај 180˚. Ако су капацитивности Ц1 и Ц2 једнаке, слабљење кола је једнако јединици односно нема слабљења, па је довољно да појачање појачавача буде несто веће од 1.
Учестаност осциловања се одређује из једначине (3) где треба уместо X1 ставити ωЛ, уместо X2 ставити -1/ωЦ2 а уместо X3 -1/ωЦ1 па се добије:
- ωL – (1/ω) (1/C2 + 1/C1) = ωL – 1/(ωCu) = 0 (7)
Одавде учестаност осциловања је једнака:
- ω2 = 1/(LCu) тј. f 2 = 1/(4π2LCu) (8)
Еквивалентна капацитивност је једнака редној вези кондензатора C1 и C2.
Излазна отпорност код Колпицовог осцилатора уреди
Код Колпицовог осцилатора је веома важно да излазна отпорност појачавача буде што већа јер је на његов излаз прикључено паралелно осцилаторно коло. Излазна отпорност појачавача на слици 2 је приближно једнака отпорности Рд која код нормалних појачавача износи неколико кΩ. Овако мала излазна отпорност би пригушивала осцилаторно коло, па се овде узима несшто веча вредност за Рд (10 до 30 кΩ ). Тада је струја дрејна мала (нпр. 50 μА ) и треба такође ставити вечу отпорност Рс у коло сорса ( нпр. 5 кΩ ) да би се добио довољан аутоматски педнапон УГС. Излазна импенданса појачавача се може повећати стављањем мале капацитивности на место Цс1. Понекад се уместо кондензатора Цс1 ставља отпорник (обично 100 кΩ) да би пригушење осцилаторног кола било што мање и једнако на свим учестаностима. Што је пригушење осцилаторног кола мање то је његова селективност већа, а такође је веча стабилност учестаности. Понекад се уместо отпорника Рд ставља пригушница ( калем велике индуктивности ). Њена импенданса је на високим учестаностима обично већа од отпорности Рд али је зато то много скупље решење.
Употреба и карактеристике уреди
Видели смо да су кондензатори Ц1 и Ц2 обично једнаки. Ако је потребно континуално мењати учестаност, тада се употребљавају 2 иста променљива кондензатора на истој осовини, који се иначе производе за потребе радио-индустрије. Није погодно мењати само једну капацитивност јер би се тако мењало слабљење кола повратне спреге, па би се могло десити да излазни напон буде сувише изобличен или да осциловање престане. I овде се капацитивности нормално мењају у односу 1:10 а учестаности 3,16:1.
Колпицов осцилатор се може употребити у врло широком опсегу учестаности, као на пример од 100кХз до 300МХз, са истим кондензаторима уз промену калема. Изнад 300МХз би се калем свео на само један навојак, па би било тешко контролисати и стабилизовати учестаност. Овај тип осцилатора обично има јако изобличен синусни напон на излазу појачавача. Изобличен напон садржи поред синусног напона основне учестаности, такође и синусне напоне виших учестаности које су 2,3.. пута више од основне. Изобличење је знатно мање на улазу појачавача, јер се између тачке C на слици 2 и масе налази кондензатор Ц2. Он је практично кратак спој за више хармонике, чија је учестаност неколико пута виша од основне учестаности осциловања.
Колпицов осцилатор са биполарним транзисторима уреди
Колпицов осцилатор такође може да се изведе преко биполарних транзистора као што је приказано на слици 3. Принцип рада овог осцилатора је исти као код оног на слици 2, само је овде мања отпорност улазног појачавача. Да би се добила већа улазна отпорност понекад се изоставља кондензатор Це. I овде се може уместо отпорника Рц ставити пригушница што је знатно скупље решење.
Референце уреди
Литература уреди
- Улрицх L. Рохде, Ајаy К. Поддар, Георг Бöцк, Тхе Десигн оф Модерн Мицроwаве Осциллаторс фор Wирелесс Апплицатионс : Тхеорy анд Оптимизатион, Јохн Wилеy & Сонс, Неw Yорк, НY, Маy. 2005. ISBN 978-0-471-72342-4.
- Георге Венделин, Антхонy M. Павио, Улрицх L. Рохде " Мицроwаве Цирцуит Десигн Усинг Линеар анд Нонлинеар Тецхниqуес ", Јохн Wилеy & Сонс, Неw Yорк, НY, Маy. 2005. ISBN 978-0-471-41479-7.