コルピッツ発振器:回路の応用とその利点

コルピッツ発振器は線形発振器であり、多くの LC 発振器の 1 つにすぎません。重要なことに、この発振器はコンデンサ (C) とインダクタ (L) の機能単位を使用するため、LC 発振器という名前が付けられています。

この記事では、コルピッツ発振器、その利点、用途などについて説明します。また、ニーズに適したコルピッツ発振器の接続を学び、理解するのにも役立ちます!

1.コルピッツ発振器とは?

コルピッツは電子発振器です。重要なことに、この発振器は LC 回路に寄与するインダクタとコンデンサを使用します。

この発振器の機能には、トランジスタ、オペアンプ、電界効果トランジスタ、およびバルブの使用が含まれます。また、多くの用途と利点を持つ電気高調波発振器です。

この特定の発振器の設計は、ハートレー発振器の設計に似ています。ただし、特徴的な要因は、コルピッツ発振器にはタンク回路が含まれているのに対し、ハートレーには回路がないことです.

注;

特に、2 つのオシレーターがあります。非線形発振器と線形発振器。非線形発振器は、非正弦波出力波形 (非線形) を生成します。一方、コルピッツ発振器のような線形発振器は、線形または正弦波を生成します。

(マザーボードによる発振器技術)

2.基本的なコルピッツ発振回路とその仕組み

• コルピッツ理論

この発振器の理論は、インダクタに並列に接続された直列の二重コンデンサを持っているということです。特に、これらの電気部品の配置は、共振タンク回路を形成します。コンデンサとインダクタの組み合わせにより、並列 LC 共振回路になります。さらに、これらのコンデンサとインダクタから得られる値は、発振周波数の決定に役立ちます。

コルピッツの発明は、無線周波数を使用して高い線形振動周波数を生成する必要があったためです。

追加のヒント

コルピッツ発振器はハートレーに似た設計であるため、ハートレー発振器の電気的デュアルと呼ばれることがあります。ただし、タンク回路の存在は、2 つの発振器設計における唯一の相違点です。それ以外の場合、機能の違いは、Hartley がタップ付きインダクタンスを使用するのに対し、Colpitts はタップ付きキャパシタンスを使用することです。

(LC発振回路)

• コルピッツ発振回路

(コルピッツ発振回路図)

線形波を生成する発振回路と同様に、回路内に LC 共振が存在することが必須です。ただし、コースで LC 共振を必要としない RC 発振器は例外です。

さらに、バイポーラ接合トランジスタ、オペアンプまたは電界効果トランジスタなどのゲイン デバイスを使用して、発振機能を実現します。重要なことは、コンデンサ C1 と C2 が分圧器を作成することです。その結果、Colpitts の周波数安定性は、タップされた静電容量に由来します。タンク回路に存在するこのタップされた静電容量は、フィードバックのソースです。

しかし、温度変化のある環境下でも安定した回路を実現することは容易ではありません。したがって、抵抗器（Re）をコースに配置することが重要です。抵抗器は、回路を安定に保ち、損傷を防ぎます。

また、Re と並列にコンデンサ (Ce) があります。 Ce コンデンサは、AC 増幅信号への低リアクタンス パスを生成するバイパス コンデンサとして機能します。さらに、R1 と R2 によって形成される分圧器は、電流の流れを制御するトランジスタ バイアスを作成します。

特に、回路図から、RC結合アンプは共通エミッタトランジスタを持っています。出力 AC カップリング コンデンサは DC をブロックします。その結果、コレクターからタンク回路への AC パスが提供されます。

(LC発振器の電気回路。)

コルピッツ振動子の働き

電源がオンになると、コンデンサ C1 と C2 が充電を開始します。これらのコンデンサは完全に充電されるとすぐに、インダクタ L1 を介して電力の一部を放電し始めます。その結果、放電プロセスにより、タンク回路の高調波振動が減衰します。

ここでも、振動電流が C1 と C2 の両端に AC 電圧を生成します。放電プロセス中、コンデンサには静電エネルギーが存在します。このエネルギーは磁束でインダクタに移動し、インダクタを充電します。

同様に、インダクタが放電を開始すると、コンデンサは再び充電を開始します。その結果、この充電と放電の連続プロセスは振動を発生させます。これらの振動の周波数を決定するには、回路の共振周波数を使用します。

(発振器搭載基板)

タンク回路は主に、絶え間ない充電と放電によって引き起こされる回路のエネルギー貯蔵領域として機能します。また、タンク電子回路の形成は、コンデンサとインダクタの継続的な充電と放電に由来します。このプロセスは、LC ネットワークの分断につながります。

さらに、バルクハウゼン安定性基準は、減衰されていない連続振動の計算に役立ちます。ただし、持続的な振動の場合、完全な位相シフトは 00 または 3600 である必要があります。

回路式の計算

回路から、両方のコンデンサが接地またはセンタータップになります。したがって、フィードバック電圧、C2 の両端の電圧は 1800 と読み取られ、C1 の両端の電圧である出力電圧が組み合わされます。特に、入力電圧と出力電圧の間で、コモンエミッタトランジスタは1800度の位相シフトを生成します。

重要なことに、共振周波数は次の式から計算されます;

ƒr=1/(2П√(L1*C))

ここで、f は共振周波数です。 C=C1 + C2 の等価静電容量、L1 はコイルの自己インダクタンスです。

そして、Cの計算は式からです

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

(ジョイスティックのマザーボード内の発振器。)

3.コルピッツ振動子図

• オペアンプの使用

(オペアンプを使用したコルピッツ発振器。)

オペアンプの配置は反転モードで、R1 は入力抵抗、RF は帰還抵抗です。特に、オペアンプ発振器のゲインの RF と R1 の個別設定には大きな利点があります。重要なのは、方程式 A =-Rf/R1 反転増幅器のゲインを計算します。

ただし、カップリング コンデンサやタンク回路などの重要な要素は、オペアンプ アンプのゲインに影響を与えないことに注意してください。ただし、トランジスタ ベースのバージョンでは、すべてのコンポーネント、特にタンク電子回路がゲインに影響します。

オペアンプ発振器の周波数方程式、動作原理、動作理論は、トランジスタ バージョンと同じであることに注意してください。

4.コルピッツ発振器の応用

• まず、発振器は高周波正弦波出力信号を生成できます。
• 第二に、コルピッツ発振器は携帯電話や無線の開発に役立ちます。
• 3 つ目は、広範囲の周波数を変更する必要があるアプリケーションで使用することです。
• また、高温と低温が頻繁に変化する用途でも完璧に機能します。
• 最後に、Colpitts は、減衰されていない継続的な振動が必要なセットアップでうまく機能します。

(発振器の結晶の写真。)

5.利点

• コルピッツは振動周波数の高い線形波を生成します。
• 発振器デバイスは、低温および高温に対応できます。
• また、可変コンデンサを使用すると、さまざまな周波数を実現できます。
• コルピッツ発振回路で使用する多くのコンポーネントを提供します。
• さらに、コルピッツには非常に安定した振動周波数があります。
• デバイスが一定の周波数範囲にある場合、出力の振動振幅は同じままです。

(いくつかの発振器クリスタル。)

まとめ

コルピッツ発振器は、使いやすく信頼性の高い電子部品となる優れた特性を提供します。関連するオシレータ プロジェクトについて詳しく知りたい場合は、お問い合わせください。私たちのチームは、いつでもあなたからの質問に喜んでお答えします。