آموزش الکترونیکالکترونیک

اسیلاتور کولپیتس چیست؟ آموزش کامل نوسانگر کولپیتس

نوسانگر ساختاری مکانیکی یا الکترونیکی است که بسته به متغیرهای کمی ، نوسان ایجاد می کند.  همه ما دستگاه هایی داریم که مانند یک ساعت قدیمی یا ساعت مچی به اسیلاتور نیاز دارند.  انواع مختلفی از فلز یاب ، رایانه هایی که میکروکنترلر و میکروپردازنده ها در آن دخیل هستند ، از اسیلاتور استفاده می کنند ، به خصوص اسیلاتور الکترونیکی که سیگنال های دوره ای را تولید می کند. پیشنهاد میکنم در مورد کریستال کوارتز اسیلاتور چیست؟ هم بخوانید.

نوسانگر Colpitts در سال 1918 توسط مهندس آمریکایی Edvin H. Colpitts اختراع شد. اسیلاتور کولپیتس با ایجاد فیلترهای LC با ترکیبی از القاگر و خازن کار می کند.   نوسان ساز کولپیتس ، همانند سایر نوسانگر ها از یک دستگاه افزایش برخوردار است و خروجی با یک حلقه بازخورد مدار LC متصل می شود.  اسیلاتور کولپیتس اسیلاتور خطی است که یک موج سینوسی تولید می کند.

مدار مخزن Tank

دستگاه نوسان اصلی در اسیلاتور کولپیتس، با استفاده از مدار مخزن ایجاد می شود. مدار مخزن از سه مؤلفه، یکی القاگر و دو خازن تشکیل شده است. دو خازن به صورت سری به هم متصل شده اند و این خازن ها به موازات القاگر به یکدیگر وصل می شوند.

مدار مخزن Tank

در تصویر بالا سه جزء مدار مخزن با اتصالات مناسب نشان داده شده است. این روند با شارژ دو خازن C1 و C2 آغاز می شود. سپس در داخل مدار مخزن ، این دو خازن سری در داخل القاگر موازی L1 تخلیه میشوند و انرژی ذخیره شده در خازن، به القاگر منتقل می شود. با توجه به خازنی که به طور موازی متصل شده ، اکنون القاگر توسط دو خازن تخلیه شده و خازن ها مجدداً شروع به شارژ شدن می کنند. این شارژ شدن و تخلیه شدن در هر دو مؤلفه همچنان ادامه دارد و بدین ترتیب سیگنال نوسان در سراسر آن فراهم می شود.

برای یادگیری کامل آردوینو ، روی دوره آموزش آردوینو و برای یادگیری کامل الکترونیک، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

نوسان بسیار وابسته به خازن و مقدار القاگر است. فرمول زیر برای تعیین فرکانس نوسانات است:

F = 1 / 2π√LC

که در اینجا F فرکانس ، L برابر با القاگر و C ظرفیتِ معادل کل آن است.

ظرفیت معادل دو خازن با استفاده از فرمول زیر به دست می آید:

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

در طی این مرحله نوسان در مدار تانک ، مقداری اتلاف انرژی رخ می دهد. برای جبران این انرژی از دست رفته و تداوم نوسان درون مدار مخزن ، یک دستگاه بهره نیاز است. انواع مختلفی از دستگاه های بهره وجود دارد که برای جبران اتلاف انرژی در مدار مخزن استفاده می شود. متداول ترین دستگاه های بهره ترانزیستور و تقویت کننده های کاربردی هستند.

ترانزیستور مبتنی بر اسیلاتور کولپیتس

ترانزیستور های مبتنی بر نوسانگر Colpitts

در تصویر بالا ، نوسانگر کولپیتس بر پایه ترانزیستور نشان داده شده است که اصلی ترین وسیله افزایش اسیلاتور یک ترانزیستور NPN T1 است.

در مدار ، مقاومت R1 و R2 برای ولتاژ پایه لازم است.  از این دو مقاومت برای ایجاد مقسم ولتاژ در پایه ترانزیستور T1 استفاده می شود.  از مقاومت R3 به عنوان مقاومت امیتر استفاده می شود.  این مقاومت برای پایدار کردن وسیله افزایش در حین رانش حرارتی بسیار مفید است.  خازن C3 به عنوان خازن کنار گذر امیتر که به طور موازی با مقاومت R3 وصل می شود ، استفاده می شود.  اگر این خازن C3 را حذف کنیم ، سیگنال تقویت شده AC در سراسر مقاومت R3 تخلیه می شود و باعث ضعف می شود.  بنابراین ، خازن C3 یک مسیر آسان برای سیگنال تقویت شده فراهم می کند.  پسخورد از مدار مخزن با استفاده از C4 به پایه ترانزیستور T1 بیشتر متصل می شود.

مطلب پیشنهادی:  اینورتر چیست؟ انواع اینورتر ها و بررسی کامل Inverters

نوسان مدار اسیلاتور کولپیتس مبتنی بر ترانزیستور، به تغییر فاز بستگی دارد.  این به عنوان معیار barkhausen برای اسیلاتور شناخته شده است.  طبق معیار Barkhausen ، افزایش حلقه باید کمی بیشتر از بسامد باشد و تغییر فاز در اطراف حلقه باید 360 درجه یا 0 درجه باشد. در این حالت ، برای تأمین نوسانات در سراسر خروجی ، مدار کل به 0 درجه یا تغییر فاز 360 درجه نیاز دارد.  ساختار ترانزیستور به عنوان امیتر معمول ، امکان تغییر فاز 180 درجه را فراهم می کند در حالی که مدار مخزن نیز در یک تغییر فاز 180 درجه ای دیگر نقش دارد.  با ترکیب تغییر های دو فاز ، مدار کل به فاز 360 درجه ای می رسد که مسئول نوسانات است.

بازخورد را می توان با استفاده از دو خازن C1 و C2 کنترل کرد.  این دو خازن به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند و محل اتصال بیشتر با زمین تأمین می شود.  ولتاژ در سراسر C1 بسیار بیشتر از ولتاژ در سراسر C2 است.  با تغییر این دو مقدار خازن می توانیم ولتاژ بازخورد را که دوباره به مدار مخزن برگردانده شده  را کنترل کنیم.  تعیین ولتاژ بازخورد بخش مهمی از مدار است زیرا مقدار کم ولتاژ بازخورد نمی گذارد نوسان فعال شود در حالی که مقدار بالایی از ولتاژ بازخورد باعث از بین رفتن موج سینوس خروجی و ایجاد تغییرات نامطلوب می شود.

نوسانگر Colpitts را می توان با تغییر مقدار القاء و خازن تنظیم کرد.  دو روش برای ساخت نوسانگزر Colpitts در ساختار تنظیم متغیر وجود دارد.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

روش اول، تغییر القاگر به عنوان القاگر متغیر و راه دیگر تغییر خازن ها به عنوان خازن متغیر است.  در روش دوم ، از آنجا که ولتاژ بازخورد به نسبت C1 و C2 بسیار اتکا پذیر است ، توصیه می شود از یک باند ساده استفاده کنید.  به طوری که وقتی در یک خازن تغییراتی ایجاد شود ، خازن دیگر نیز مطابق با آن ، ظرفیت را تغییر می دهد.

اسیلاتور کولپیتس بر اساس Op-Amp

نوسانگر کولپیتس بر اساس Op-Amp

در تصویر بالا مدار اسیلاتور کولپیتس برپایه ی op-amp نشان داده شده است. آمپلی فایر کاربردی ، ساختاری معکوس دارد. از مقاومت های R1 و R2 به دلیل ارائه بازخورد لازم به آمپلی فایر کاربردی، استفاده می شود. مدار مخزن به همراه یک القاگر  به طور موازی به دو خازن سری وصل می شود. ورودی آمپلی فایر به بازخورد مدار مخزن وصل می شود.

کار همان است که در مدار نوسانگر کولپیتس مبتنی بر ترانزیستور بالا مورد بحث قرار گرفته است. در هنگام راه اندازی ، OP-amp سیگنال صوتی را تقویت می کند که وظیفه شارژ دو خازن را دارد. بهره کولپیتس اسیلاتور مبتنی بر Op-amp بیشتر از نوسانگرهای مبتنی بر ترانزیستور است.

تفاوت بین اسیلاتور کولپیتس و اسیلاتور هارتلی

نوسانگر Colpitts بسیار شبیه به اسیلاتور هارتلی است اما در ساخت این دو تفاوتی وجود دارد. اگرچه این دو مدار اسیلاتور شامل سه جزء به عنوان مدار مخزن هستند اما نوسانگر کولپیتس از یک القاگر  به طور موازی با دو خازن سری استفاده می کند در حالی که اسیلاتور هارتلی دقیقاً برعکس است ، از یک خازن تک به موازات دو القاگر سری استفاده می کند. اسیلاتور کولپیتس در عمل با فرکانس بالا نسبت به اسیلاتور هارتلی پایدارتر عمل می کند.

مطلب پیشنهادی:  برق چیست؟ جریان الکتریسیته به زبان ساده

تفاوت بین نوسانگر Colpitts و نوسانگر هارتلی

نوسانگر Colpitts یک انتخاب عالی در عملکرد فرکانس بالا است. این می تواند فرکانس خروجی را در  دامنه Megahertz و همچنین در Kilohertz تولید کند.

کاربرد های مدار اسیلاتور کولپیتس

  1. به دلیل مشکلات در تغییر یکنواختی القاگر و خازن ، اسیلاتور کولپیتس به طور عمده برای تولید فرکانس ثابت استفاده می شود.
  2. استفاده ی اصلی از نوسانگر Colpitts در موبایل یا سایر دستگاه های ارتباطی کنترل شده با فرکانس رادیویی است.
  3. در نوسان با فرکانس بالا ، اسیلاتور کولپیتس یک انتخابی عالی است. بنابراین دستگاههایی برپایه ی نوسانگر فرکانس بالا ، از اسیلاتور Colpitts استفاده می کنند.
  4. در بعضی کاربردها ، جاییکه تداوم و نامیرا بودن نوسان ، علاوه بر پایداری حرارتی مورد نیاز است ، از اسیلاتور Colpitts استفاده می شود.
  5. برای آن دسته از برنامه های کاربردی که به یک محدوده ی گسترده ای از فرکانس ها همراه با حداقل نویز القا شده احتیاج دارند.
  6. بسیاری از انواع حسگرها برپایه ی SAW ، از اسیلاتور Colpitts استفاده می کنند.
  7. انواع مختلفی از فلزیاب ها از نوسانگر کولپیتس استفاده می کنند.
  8. فرستنده ی فرکانس رادیویی مربوط به مدولاسیون فرکانس ، از اسیلاتور کولپیتس استفاده می کند.
  9. یک برنامه ی کاربردی بزرگ در محصولات درجه نظامی و تجاری دارد.
  10. در برنامه های مایکرو ویو ، مدارهای آشفته مربوط به سیگنال ماسک نیز ، به اسیلاتور کولپیتس در محدوده ی فرکانس مختلف مورد نیاز است.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *