Oscillateur Colpitts

Un oscillateur est une construction mécanique ou électronique qui produit une oscillation en fonction de quelques variables. Nous avons tous des appareils qui nécessitent des oscillateurs comme une horloge traditionnelle ou une montre-bracelet. Différents types de détecteurs de métaux, les ordinateurs où le microcontrôleur et les microprocesseurs sont impliqués utilisent des oscillateurs, en particulier un oscillateur électronique qui produit des signaux périodiques. Nous avons discuté de quelques oscillateurs dans nos tutoriels précédents:

• Oscillateur à décalage de phase RC
• Oscillateur Wein Bridge
• Oscillateur à cristal de quartz
• Circuit d'oscillateur à déphasage
• Oscillateur contrôlé en tension (VCO)

L' oscillateur Colpitts a été inventé par l'ingénieur américain Edwin H. Colpitts en 1918. L'oscillateur Colpitts fonctionne avec une combinaison d'inducteurs et de condensateurs en formant un filtre LC. Identique aux autres oscillateurs L'oscillateur Colpitts se compose d'un dispositif de gain et la sortie est connectée à une boucle de retour de circuit LC. L'oscillateur Colpitts est un oscillateur linéaire qui produit une forme d'onde sinusoïdale.

Le circuit des réservoirs

Le principal dispositif d'oscillation de l' oscillateur Colpitts est créé à l'aide du circuit de réservoir. Le circuit du réservoir se compose de trois composants: un inducteur et deux condensateurs. Deux condensateurs sont connectés en série et ces condensateurs sont en outre connectés en parallèle avec l'inducteur.

Dans l'image ci-dessus, trois composants du circuit du réservoir sont représentés avec les connexions appropriées. Le processus commence par la charge de deux condensateurs C1 et C2. Puis à l'intérieur du circuit réservoir, ces deux condensateurs série se déchargent dans l'inductance parallèle L1 et l'énergie stockée dans le condensateur est transférée vers l'inductance. En raison du condensateur connecté en parallèle, l'inductance maintenant déchargée par les deux condensateurs et les condensateurs recommencent à se charger. Ces charges et décharges dans les deux composants se poursuivent et fournissent ainsi un signal d'oscillation à travers elles.

L'oscillation dépend fortement des condensateurs et de la valeur de l'inducteur. La formule ci-dessous permet de déterminer la fréquence d'oscillation:

F = 1 / 2π√LC

où F est la fréquence et L est l'inductance, C est la capacité équivalente totale.

La capacité équivalente des deux condensateurs peut être déterminée en utilisant

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

Pendant cette phase d'oscillation dans le circuit réservoir, une certaine perte d'énergie se produit. Pour compenser cette perte d'énergie et maintenir l'oscillation à l'intérieur du circuit de réservoir, un dispositif de gain est nécessaire. Il existe de nombreux types de dispositifs de gain utilisés pour compenser la perte d'énergie à l'intérieur du circuit du réservoir. Les dispositifs de gain les plus courants sont les transistors et les amplificateurs opérationnels.

Oscillateur Colpitts à base de transistors

Dans l'image ci-dessus, l' oscillateur Colpitts basé sur un transistor est montré où le dispositif de gain principal de l'oscillateur est un transistor NPN T1.

Dans le circuit, les résistances R1 et R2 sont nécessaires pour la tension de base. Ces deux résistances sont utilisées pour créer un diviseur de tension sur la base du transistor T1. La résistance R3 est utilisée comme résistance d'émetteur. Cette résistance est très utile pour stabiliser le dispositif de gain lors de la dérive thermique. Le condensateur C3 est utilisé comme condensateur de dérivation d'émetteur qui est connecté en parallèle avec la résistance R3. Si nous supprimons ce condensateur C3, le signal CA amplifié sera déversé sur la résistance R3 et entraînera un gain médiocre. Ainsi, le condensateur C3 est fourni un chemin facile pour le signal amplifié. La rétroaction du circuit de réservoir est en outre connectée à l'aide du C4 à la base du transistor T1.

L'oscillation du circuit oscillateur Colpitts basé sur un transistor dépend du déphasage. Ceci est bien connu sous le nom de critère de barkhausen pour l'oscillateur. Selon le critère de Barkhausen, le gain de la boucle doit être légèrement supérieur à l'unité et le déphasage autour de la boucle doit être de 360 ​​degrés ou 0 degrés. Ainsi, dans ce cas, pour fournir l'oscillation sur la sortie, le circuit total a besoin d'un déphasage de 0 degrés ou de 360 ​​degrés. La configuration du transistor en tant qu'émetteur commun fournit un déphasage de 180 degrés tandis que le circuit de réservoir contribue également à un déphasage supplémentaire de 180 degrés. En combinant ces décalages en deux phases, l'ensemble des circuits réalise un déphasage de 360 ​​degrés qui est responsable de l'oscillation.

La rétroaction peut être contrôlée à l'aide des deux condensateurs C1 et C2. Ces deux condensateurs sont connectés en série et la jonction est en outre connectée à la masse d'alimentation. La tension aux bornes de C1 est bien supérieure à la tension aux bornes de C2. En modifiant ces deux valeurs de condensateur, nous pouvons contrôler la tension de rétroaction qui est ensuite renvoyée au circuit du réservoir. La détermination de la tension de rétroaction est une partie cruciale du circuit car la faible quantité de tension de rétroaction n'activerait pas l'oscillation alors qu'une quantité élevée de tension de rétroaction finirait par détruire l'onde sinusoïdale de sortie et induire une distorsion.

L'oscillateur Colpitts peut être réglé en modifiant la valeur de l'inductance et de la capacité. Il existe deux façons de faire fonctionner l'oscillateur Colpitts dans une configuration d'accord variable.

La première façon est de changer l'inductance en tant qu'inductance variable et l'autre consiste à changer les condensateurs en tant que condensateur variable. Dans la deuxième option, comme la tension de retour est très dépendante du rapport de C1 et C2, il est conseillé d'utiliser un simple gang. De sorte qu'en cas de variation d'un condensateur, l'autre condensateur modifie également sa capacité en fonction de celui-ci.

Oscillateur Colpitts basé sur un ampli opérationnel

Dans l'image ci-dessus, le circuit d'oscillateur Colpitts basé sur l'amplificateur opérationnel est montré. L'amplificateur opérationnel est en mode de configuration inversée. Les résistances R1 et R2 sont utilisées pour fournir la rétroaction nécessaire à l'amplificateur opérationnel. Le circuit du réservoir est connecté avec l'inducteur unique en parallèle avec deux condensateurs en série. L'entrée de l'amplificateur opérationnel est connectée à la rétroaction du circuit de réservoir.

Le fonctionnement est le même que celui décrit dans le circuit oscillateur Colpitts à base de transistors ci-dessus. Au démarrage, l'ampli opérationnel amplifie le signal de bruit qui est responsable de la charge de deux condensateurs. Le gain de l'oscillateur Colpitts basé sur un ampli opérationnel est plus élevé que celui de l'oscillateur Colpitts basé sur un transistor.

Différence entre l'oscillateur Colpitts et l'oscillateur Hartley

L'oscillateur Colpitts est très similaire à l'oscillateur Hartley mais il existe une différence de construction entre ces deux. Bien que ces deux circuits oscillateurs se composent de trois composants en tant que circuit de réservoir, l' oscillateur Colpitts utilise un seul inducteur en parallèle avec deux condensateurs en série, tandis que l'oscillateur Hartley utilise exactement le contraire, un seul condensateur en parallèle avec deux inductances en série. L'oscillateur Colpitts est plus stable en fonctionnement haute fréquence que l'oscillateur Hartley.

L'oscillateur Colpitts est un excellent choix en fonctionnement à haute fréquence. Il peut produire une fréquence de sortie dans la gamme Megahertz ainsi que dans la gamme Kilohertz.

Application du circuit oscillateur Colpitts

1. En raison des difficultés dans une variation régulière de l'inducteur et du condensateur, l'oscillateur Colpitts est principalement utilisé pour la génération de fréquence fixe.

2. L'oscillateur Colpitts est principalement utilisé dans les appareils de communication mobiles ou contrôlés par radiofréquence.

3. En oscillation haute fréquence, l'oscillateur Colpitts est un excellent choix. Ainsi, les appareils basés sur un oscillateur haute fréquence utilisent l'oscillateur Colpitts.

4. Dans quelques applications où une oscillation continue et non amortie est nécessaire en plus de la stabilité thermique, l'oscillateur Colpitts est utilisé.

5. Pour les applications qui nécessitent une large gamme de fréquences avec un minimum de bruit induit.

6. De nombreux types de capteurs basés sur SAW utilisent l'oscillateur Colpitts

7. Différents types de détecteurs de métaux utilisent l'oscillateur Colpitts.

8. L'émetteur de fréquence radio associé à la modulation de fréquence utilise l'oscillateur Colpitts.

9. Il a une énorme application dans les produits de qualité militaire et commerciale.

10. Dans les applications hyperfréquences, les circuits chaotiques liés au masquage des signaux sont également nécessaires. Oscillateur Colpitts dans la gamme de fréquences différente.