Condensadores, tierra entre conexión, oscilador Colpitts

En términos de análisis de frecuencia de oscilación, puede concentrarse en la corriente CA oscilante que ingresa a tierra desde un capacitor y sale de tierra y entra al otro capacitor. El hecho de que use tierra no tiene importancia. Por ejemplo, esa red común podría conectarse a tierra a través de un capacitor de gran valor y eso no haría ninguna diferencia en el resultado; la corriente CA de un condensador seguirá siendo en gran medida la corriente CA del otro condensador.

La frecuencia de oscilación seguirá siendo esta: -

Y si analizas la fórmula verás que la capacitancia efectiva es la combinación en serie de C1 y C2. Sin embargo, creo que muchos autores pierden el sentido de cómo funciona el oscilador Colpitts y se apresuran a afirmar que los dos condensadores están en serie (basando esta conclusión en la fórmula de la frecuencia de oscilación). Es más sutil que eso.

Mi elección personal (debería haber escrito un artículo sobre el oscilador colpitts) es no confundir el problema, sino simplemente derivar la frecuencia de oscilación sobre la base de que hay dos redes de cambio de fase en serie.

El primer cambio de fase proviene de R1 y C1 y el segundo cambio de fase proviene de L1 y C2. Aquí hay un extracto de la derivación y tenga en cuenta que esta derivación solo considera la tierra como tierra: -

Y, en el análisis final, la frecuencia de oscilación tiene una fórmula que se puede reescribir para implicar que C1 está en serie con C2 (pero eso no es el punto porque lo que importa es el cambio de fase y es una fase de 0 grados cambio que dicta la frecuencia de oscilación).

Esa fórmula de frecuencia de oscilación final también oculta el hecho de que R1 juega un papel importante en la determinación del cambio de fase, PERO, su valor se cancela en el álgebra. No significa que un oscilador colpitts pueda funcionar con R1 = 0, significa que R1 puede ser un rango de valores.

Habrá corriente de tierra C1 (V+/90=I), por lo que un diseñador debe factorizar la impedancia de tierra al límite de derivación de circulación de corriente más cercano que desacopla esta corriente para que no produzca ruido fuera del bucle. La inductancia de tierra es de aproximadamente 1 nH/mm para una pista delgada, por lo que a esta baja frecuencia, la impedancia del tanque, la tapa de desacoplamiento y Vdd+Vss con cualquier ruido externo pueden agregar una fluctuación de fase determinada por estas relaciones divisorias de impedancia multiplicadas por el voltaje de ruido externo. Esto puede ser imposible de ver en un osciloscopio pero posible en un analizador de espectro. En casos de RF, se puede usar una serie R para desacoplar aún más el ruido de suministro con un plano de tierra para limitar la inductancia a <1nH. Normalmente, un tanque LC no se usa para ruido de fase extremadamente bajo, por lo que el ruido de suministro/tierra se suprime fácilmente con un límite de 0,01 a 0,1 uF cerca del IC en ambos rieles a tierra que se usan aquí.

PD

Puede reducir el ruido de fase y la corriente de tierra elevando la serie R mucho más, ya que -3dB BW se reduce con$BW=X(f)/R * \omega$mientras aumenta simultáneamente la ganancia del amplificador operacional para mantener una onda sinusoidal. Habrá un límite determinado por el producto GBW del amplificador. y el factor de calidad del inductor. Aunque esta mayor impedancia lo hace más propenso al ruido radiado en bucle.

pps

Olvidé mencionar que dado que el segundo capacitor, C2 y L están en serie, cambia la fase 180 ° en resonancia, la corriente de tierra de C1 regresa, cancelando así la salida de la corriente de la ruta de tierra.