مذبذب Colpitts

المذبذب هو بناء ميكانيكي أو إلكتروني ينتج تذبذبًا بناءً على متغيرات قليلة. لدينا جميعًا أجهزة تحتاج إلى مذبذبات مثل الساعة التقليدية أو ساعة اليد. تستخدم أنواع مختلفة من أجهزة الكشف عن المعادن ، وأجهزة الكمبيوتر حيث يتم استخدام وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة ، المذبذبات ، وخاصة مذبذب الإلكترونيات الذي ينتج إشارات دورية. لقد ناقشنا بعض مؤشرات التذبذب في دروسنا السابقة:

• مذبذب تحول الطور RC
• مذبذب جسر وين
• مذبذب بلوري الكوارتز
• حلبة مذبذب تحول المرحلة
• مذبذب التحكم في الجهد (VCO)

و مذبذب Colpitts اخترعها المهندس الأمريكي إدوين H كولبيتس في عام 1918. يعمل مذبذب Colpitts مع مزيج من لفائف والمكثفات من خلال تشكيل عامل تصفية LC. مثل المذبذبات الأخرى يتكون مذبذب Colpitts من جهاز كسب ، ويتم توصيل الإخراج بحلقة تغذية مرتدة لدائرة LC. مذبذب Colpitts هو مذبذب خطي ينتج شكل موجة جيبية.

حلبة الخزان

يتم إنشاء جهاز التذبذب الرئيسي في مذبذب Colpitts باستخدام دائرة الخزان. و حلبة للدبابات يتكون من ثلاثة مغو عنصر على واثنين من المكثفات. يتم توصيل مكثفين على التوالي ، ويتم توصيل هذه المكثفات بشكل إضافي بالتوازي مع المحرِّض.

في الصورة أعلاه ، يتم عرض ثلاثة مكونات لدائرة الخزان مع التوصيلات المناسبة. تبدأ العملية بشحن مكثفين C1 و C2. ثم داخل دائرة الخزان ، يتم تفريغ هاتين السلسلتين من المكثفات في المحرض المتوازي L1 وتنقل الطاقة المخزنة في المكثف إلى المحرِّض. نظرًا لتوصيل المكثف بالتوازي ، يتم تفريغ المحرِّض الآن بواسطة المكثفين وتبدأ المكثفات في الشحن مرة أخرى. يستمر الشحن والتفريغ في كلا المكونين ، وبالتالي توفير إشارة تذبذب عبره.

يعتمد التذبذب بشكل كبير على المكثفات وقيمة المحرِّض. الصيغة أدناه هي تحديد تردد التذبذب:

F = 1/2 درجة مئوية

حيث F تردد و L مغو ، C هي السعة المكافئة الكلية.

يمكن تحديد السعة المكافئة للمكثفين باستخدام

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

خلال مرحلة التذبذب هذه في دائرة الخزان ، يحدث بعض فقدان الطاقة. لتعويض هذه الطاقة المفقودة وللحفاظ على التذبذب داخل دائرة الخزان ، يلزم وجود جهاز كسب. هناك عدة أنواع مختلفة من أجهزة الكسب تُستخدم لتعويض فقد الطاقة داخل دائرة الخزان. أجهزة الكسب الأكثر شيوعًا هي الترانزستورات ومضخمات التشغيل.

مذبذب Colpitts قائم على الترانزستورات

في الصورة أعلاه ، يظهر مذبذب Colpitts القائم على الترانزستور حيث يكون جهاز الكسب الرئيسي للمذبذب هو ترانزستور NPN T1.

في الدائرة ، المقاومة R1 و R2 مطلوبة لجهد القاعدة. هذه المقاومات اثنين تستخدم لجعل مقسم الجهد عبر قاعدة الترانزستور T1 و. يستخدم المقاوم R3 كمقاوم باعث. هذا المقاوم مفيد جدًا في استقرار جهاز الكسب أثناء الانجراف الحراري. يستخدم المكثف C3 كمكثف تجاوز للباعث وهو متصل بالتوازي مع المقاوم R3. إذا أزلنا مكثف C3 هذا ، فسيتم تفريغ إشارة التيار المتردد المضخمة عبر المقاوم R3 وينتج عن ذلك ربح ضعيف. لذلك ، يتم توفير مسار سهل للإشارة المضخمة للمكثف C3. يتم توصيل التغذية المرتدة من دائرة الخزان بشكل أكبر باستخدام C4 إلى قاعدة الترانزستور T1.

التذبذب من الترانزستور أساس Colpitts دائرة مذبذب ويعتمد على مرحلة التحول. هذا معروف بمعيار باركهاوزن للمذبذب. وفقًا لمعيار Barkhausen ، يجب أن يكون كسب الحلقة أكبر قليلاً من الوحدة ويجب أن يكون تحول الطور حول الحلقة 360 درجة أو 0 درجة. لذلك ، خلال هذه الحالة ، لتوفير التذبذب عبر الإخراج ، تحتاج الدائرة الإجمالية إلى 0 درجة أو 360 درجة إزاحة طور. يوفر تكوين الترانزستور كباعث شائع تحولًا في الطور بمقدار 180 درجة بينما تساهم دائرة الخزان أيضًا في تحول إضافي بمقدار 180 درجة. من خلال الجمع بين هذه التحولات على مرحلتين ، تحقق الدائرة الكلية تحول طور بمقدار 360 درجة وهو المسؤول عن التذبذب.

يمكن التحكم في التغذية الراجعة باستخدام المكثفين C1 و C2. يتم توصيل هذين المكثفين في سلسلة ويتم توصيل الوصلة بشكل أكبر بأرض الإمداد. الجهد عبر C1 أكبر بكثير من الجهد عبر C2. من خلال تغيير قيمتي المكثفات ، يمكننا التحكم في جهد التغذية المرتدة الذي يتم إعادته إلى دائرة الخزان. يعد تحديد جهد التغذية المرتدة جزءًا مهمًا من الدائرة لأن الكمية المنخفضة من جهد التغذية المرتدة لن تؤدي إلى تنشيط التذبذب بينما سينتهي الأمر بكمية عالية من جهد التغذية المرتدة في تدمير الموجة الجيبية الناتجة والحث على التشويه.

يمكن ضبط مذبذب Colpitts عن طريق تغيير قيمة الحث والسعة. هناك طريقتان لجعل مذبذب Colpitts يعمل في تكوين ضبط متغير.

الطريقة الأولى هي تغيير المحرِّض كمحرِّض متغير والطريقة الأخرى هي تغيير المكثفات كمكثف متغير. في الخيار الثاني ، نظرًا لأن جهد التغذية المرتدة يعتمد بشكل كبير على نسبة C1 و C2 ، فمن المستحسن استخدام عصابة بسيطة. لذلك عندما يكون هناك اختلاف في أحد المكثفات ، فإن المكثف الآخر يغير أيضًا سعته وفقًا له.

مذبذب Colpitts القائم على Op-Amp

في الصورة أعلاه تظهر دائرة Colpitts المذبذب على أساس op-amp. مضخم التشغيل في وضع التكوين العكسي. تُستخدم المقاومات R1 و R2 بسبب توفير التغذية الراجعة اللازمة لمكبر التشغيل. ترتبط دائرة الخزان مع محث واحد بالتوازي مع سلسلتين من المكثفات. يتم توصيل مدخل مكبر الصوت التشغيلي بتعليقات دائرة الخزان.

العمل هو نفسه كما تمت مناقشته في دائرة مذبذب Colpitts القائمة على الترانزستور أعلاه. أثناء بدء التشغيل ، يقوم جهاز op-amp بتضخيم إشارة الضوضاء المسؤولة عن شحن مكثفين. إن كسب Colpitts Oscillator المستند إلى Op-amp أعلى من مذبذب Colpitts القائم على الترانزستور.

الفرق بين Colpitts Oscillator و Hartley Oscillator

مذبذب Colpitts مشابه جدًا لمذبذب Hartley ولكن هناك فرق في البناء بين هذين. على الرغم من أن هاتين الدارتين المذبذبتين تتكونان من ثلاثة مكونات كدائرة دبابة ، إلا أن مذبذب Colpitts يستخدم محثًا واحدًا بالتوازي مع مكثفين في السلسلة بينما يستخدم مذبذب هارتلي مكثفًا واحدًا متعاكسًا تمامًا على التوازي مع محاثين في السلسلة. أداء مذبذب Colpitts أكثر استقرارًا في التشغيل عالي التردد من Hartley Oscillator.

مذبذب Colpitts هو خيار ممتاز في التشغيل عالي التردد. يمكن أن ينتج تردد الإخراج في نطاق Megahertz وكذلك في نطاق Kilohertz.

تطبيق حلبة Colpitts Oscillator

1. نظرًا للصعوبات في التباين السلس للمحث والمكثف ، فإن مذبذب Colpitts يستخدم بشكل أساسي لتوليد التردد الثابت.

2. الاستخدام الرئيسي لمذبذب Colpitts هو في أجهزة الاتصالات المتنقلة أو غيرها من أجهزة الاتصالات التي يتم التحكم فيها بترددات الراديو.

3. في التذبذب عالي التردد ، مذبذب Colpitts هو خيار ممتاز. وبالتالي ، فإن الأجهزة القائمة على المذبذب عالي التردد تستخدم Colpitts Oscillator.

4. في عدد قليل من التطبيقات التي تتطلب التذبذب المستمر وغير المخمد بالإضافة إلى الاستقرار الحراري ، يتم استخدام Colpitts Oscillator.

5. لتلك التطبيقات التي تحتاج إلى نطاق واسع من الترددات مع الحد الأدنى من الضوضاء المستحثة.

6. تستخدم أنواع كثيرة من أجهزة الاستشعار القائمة على SAW مذبذب Colpitts

7. أنواع مختلفة من أجهزة الكشف عن المعادن تستخدم مذبذب Colpitts.

8. تستخدم أجهزة إرسال الترددات الراديوية ذات الصلة بتعديل التردد مذبذب Colpitts.

9. لها تطبيقات ضخمة في المنتجات العسكرية والتجارية.

10. في تطبيقات الميكروويف ، فإن الدوائر الفوضوية ذات الصلة بإخفاء الإشارة مطلوبة أيضًا مذبذب Colpitts في نطاق الترددات المختلفة.