آموزش الکترونیک

نوسانگر کولپیتس چیست؟ جامع ترین مقاله نوسان ساز Colpitts

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 نوسانگر نیاز دارند.  انواع مختلفی از فلز یاب ، رایانه هایی که میکروکنترلر و میکروپردازنده ها در آن دخیل هستند ، از نوسانگر استفاده می کنند ، به خصوص نوسانگر الکترونیکی که سیگنال های دوره ای را تولید می کند. پیشنهاد میکنم در مورد کریستال کوارتز اسیلاتور چیست؟ انواع و محاسبات نوسان ساز ها هم بخوانید.

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

مدار مخزن Tank

دستگاه نوسان اصلی در نوسانگر Colpitts،  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.

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 نوسانگر Colpitts

ترانزیستور های مبتنی بر نوسانگر Colpitts

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

حتما ببینید :  تست برد آردوینو (آموزش تعمیر خرابی سوختن آردوینو)

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.

نوسان مدار نوسانگر Colpitts مبتنی بر ترانزیستور، به تغییر فاز بستگی دارد.  این به عنوان معیار barkhausen برای نوسانگر 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.

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.

حتما ببینید :  مقایسه ویژگی های انواع برد آردوینو (معرفی قویترین و بهترین)

نوسانگر کولپیتس بر اساس Op-Amp

نوسانگر کولپیتس بر اساس Op-Amp

در تصویر بالا مدار نوسانگر Colpitts 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 Colpitts 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 Colpitts نوسانگر مبتنی بر Op-amp بیشتر از نوسانگرهای مبتنی بر ترانزیستور است.

تفاوت بین نوسانگر Colpitts و نوسانگر هارتلی

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

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 نوسانگر کولپیتس

  1. به دلیل مشکلات در تغییر یکنواختی القاگر و خازن ، نوسانگر Colpitts 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 ، نوسانگر Colpitts یک انتخابی عالی است. بنابراین دستگاههایی برپایه ی نوسانگر فرکانس بالا ، از نوسانگر Colpitts استفاده می کنند.
  4. در بعضی کاربردها ، جاییکه تداوم و نامیرا بودن نوسان ، علاوه بر پایداری حرارتی مورد نیاز است ، از نوسانگر 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 نوسانگر Colpitts استفاده می کنند.
  7. انواع مختلفی از فلزیاب ها از نوسانگر Colpitts استفاده می کنند.
  8. فرستنده ی فرکانس رادیویی مربوط به مدولاسیون فرکانس ، از نوسانگر Colpitts 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 نوسانگر Colpitts در محدوده ی فرکانس مختلف مورد نیاز است.

نظرتان را در مورد این مطلب با ستاره دادن اعلام کنید امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. نظرات ، مشکلات و پیشنهادات خود را در پایین صفحه اعلام کنید

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)

دیدگاهتان را بنویسید

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

دکمه بازگشت به بالا