Condensadores del oscilador Colpitts

Oscilador Colpitts básico

He estado leyendo más sobre cómo funcionan los osciladores y uno de los más simples es el oscilador Colpitts. Tengo entendido que dos condensadores en combinación con el inductor pueden producir oscilaciones a una frecuencia dada, y el transistor asegura que las oscilaciones persistan. Otros esquemas usan condensadores adicionales que no tengo claros, pero que no creo que afecten la frecuencia a menos que sean parte del circuito del tanque. Definitivamente estoy confundido acerca de cuáles deberían ser los valores de los capacitores entre sí, porque algunos esquemas sugieren usar capacitores con los mismos valores o dos valores diferentes, y no tengo claro cómo o si eso afecta la salida del circuito. (si tuviera dos capacitores con el mismo valor o dos con valores diferentes pero su capacitancia combinada fuera la misma). También, ¿Qué parte del oscilador se usa generalmente para la salida? ¿Deberían ser el colector y el emisor para obtener una forma de onda de CA completa?

Ha mostrado un oscilador válido del tipo Pierce , no Colpitts . Así que es difícil saber si realmente quieres saber cómo funciona un Colpitts.
@glen_geek No sé cómo diferenciarlos. Es solo cuestión de cambiar las cosas en tu mente, casi, creo. Ver: Colpitts Oscillator donde dicen: "El oscilador Pierce, con dos condensadores y un inductor, es equivalente al oscilador Colpitts". Entonces eche un vistazo a esta nota de aplicación de Maxim .
Aquí hay buena información: Oscilador Colpitts = hacer una frecuencia fija con 2 capacitores y un inductor. Oscilador Pierce = haciendo una frecuencia fija con 2 condensadores y un cristal. Oscilador Hartley = haciendo una frecuencia fija con 2 inductores y un condensador. No importa si se trata de npn/bjt/nmos/pmos/cmos/otros transistores. Este en particular es un oscilador Colpitts .
Parafraseando al padre del Dr. Feynman hablando con él cuando era niño; sobre los nombres de las cosas, dijo: "Puedes saber el nombre de algo en todos los idiomas de la Tierra. Y no saber nada al respecto. Así que observemos y aprendamos".
@glen_geek ¿El oscilador Pierce no tiene un cristal (y un inversor)?
@KingDuken Pierce puede tener cristal o inductor. En cualquier caso, esa rama tiene una reactancia inductiva a la frecuencia de oscilación. Y sí, la retroalimentación de Pierce del colector a la base tiene una inversión de fase (con respecto a tierra).
@jonk Ciertamente estoy de acuerdo con su nota sobre los nombres. Pero dónde aplica la tierra con esos dos condensadores importa. Colpitts tiene nodos en su mayoría en fase. Pierce requiere inversión de fase de la salida del dispositivo de ganancia antes de retroalimentar. El dispositivo de ganancia en Colpitts parece un colector común, en comparación con el emisor común de Pierce.
@glen_geek ¿Revisaste las referencias que te di? Son bastante específicos en este punto y... tampoco está en desacuerdo con mi forma de pensar al respecto. Es solo una cuestión de dónde colocas tus referencias mentales. Y dado que eso es bastante flexible en mi cabeza, no me siento en desacuerdo con las referencias que proporcioné. Probablemente estén "más o menos en lo correcto". Pero también he dicho que defiendo a mis superiores en todos los temas. Aquí, es una cuestión de quién, supongo...
Con respecto a la inversión de fase: tenga en cuenta que todos estos osciladores en discusión se pueden realizar en emisor común (con inversión de fase) o en base común (sin inversión de fase).

Respuestas (3)

El oscilador colpitts del colector común no es lo que ha dibujado. Es así: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Y aquí hay un documento que escribí que deriva la frecuencia de oscilación y habla sobre la relación del capacitor: -

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Si bien aprecio el detalle en su respuesta con la frecuencia y el voltaje, me gustaría que me aclare qué es C1 y C2 en el primer diagrama que publicó. Veo un capacitor variable etiquetado como C1, pero no estoy seguro de si es C1 en la ecuación de frecuencia. Puedo preguntar; basándome en la ecuación de la frecuencia, ¿tengo razón al pensar que los dos capacitores orientados verticalmente en el diagrama y L1 son los componentes que se necesitan y determinan la frecuencia? ¿Se requieren el capacitor horizontal 1n0 y la variable en el primer diagrama?
@Tom, sí, fue un poco confuso, así que modifiqué el diagrama superior para que quede más claro. También aumenté el valor del condensador de bloque de CC (evita que la polarización en la base se cortocircuite a tierra/0 voltios).
Oh, eso definitivamente lo aclara. El circuito tendría alguna capacitancia parásita, ¿verdad? Además, los valores de la resistencia deberían tener un efecto en la corriente, ¿verdad?
Los valores de la resistencia establecen el punto de polarización y las corrientes de CC del colector/emisor.

La clave para diseñar un circuito oscilador que funcione es conocer el principio básico del arreglo de retroalimentación.

La condición de oscilación (Barkhausen) requiere una ganancia de bucle (positiva) de la unidad (o, por razones prácticas, algo mayor que la unidad). Eso significa: retroalimentación con cambio de fase cero. Debido a que hay una inversión de fase entre la base y el colector del transistor (cambio de fase de 180 grados), necesitamos una red de retroalimentación que pueda producir otro cambio de fase de 180 grados en una sola frecuencia.

Para ello, estos tipos de osciladores (Colpitt, Pierce, Clapp) utilizan una red de paso bajo o paso alto de tercer orden (topología de escalera).

El circuito dado contiene una red en escalera de paso bajo de tercer orden:

(100+1k)-C2-L-C1.

Por lo tanto, no tiene nada que hacer más que encontrar la función de transferencia del circuito de retroalimentación pasiva (paso bajo) y seleccionar los valores de las partes adecuadas para realizar un cambio de fase de -180 grados a la frecuencia de oscilación deseada. (Por supuesto, también puede usar las fórmulas correspondientes que se pueden encontrar en la literatura).

Comentario 1: Como habrás notado, no mencioné el término "circuito de tanque" en absoluto. El principio de funcionamiento del oscilador se puede explicar mejor utilizando la vista de paso bajo.

Comentario 2: el transistor necesita un punto de polarización de CC adecuado; de lo contrario, no puede esperar un voltaje de salida sinusoidal.

Comentario 3: Es una tarea simple encontrar la frecuencia para la cual el cambio de fase es de 180 grados. Encuentre la parte imaginaria de la función de transferencia para la red de retroalimentación pasiva y configure la imagen. parte igual a cero) porque para un cambio de fase de 180 grados, la función es negativa-real). Luego, resuelve para la frecuencia wo.

Tenemos un balancín, en el que inyectamos energía. Inicialmente, la energía es solo ruido térmico amplificado, probablemente algunos nanovoltios moderados, a menos que el ruido de la fuente de alimentación ocurra en la frecuencia Fosc.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Si el amplificador (el NOT1) tiene una ganancia de -10x, la señal aumentará aproximadamente 10x en cada paso a través del filtro resonante de balancín. A partir de unos pocos nanovoltios, la amplitud crece, restringida en cada paso por la capacidad de transferir energía a través de la resistencia de 100 ohmios al condensador C2.

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