Un oscilador Colpitts consiste en dos reactancias capacitivas y una reactancia inductiva en el circuito del tanque o en la red de retroalimentación. El circuito del oscilador Colpitts es similar al del oscilador Hartley, excepto la diferencia de que, en lugar de hacer una conexión derivada en las uniones del inductor, se realiza en la unión del condensador.
Por lo tanto, el circuito del tanque forma una red de inversión de fase. Colpitts se utilizan en aplicaciones que requieren la generación de oscilaciones sinusoidales de alta frecuencia. Estos se usan comúnmente en generadores de señales comerciales de hasta 100 MHz.
Antes de hablar sobre la configuración del circuito de un oscilador Colpitts, infórmenos sobre el funcionamiento de su circuito de tanques.
Circuito del tanque del oscilador Colpitts
Circuito del tanque oscilador de onda sinusoidal compuesto por un inductor único y dos condensadores conectados en serie que están conectados a tierra en su conexión común como se muestra en la figura. Los valores C1 y C2 se seleccionan de manera que su proporción de los valores produzca la señal de realimentación proporcional deseada.
Debido a la disposición en serie de estos condensadores, la relación de voltaje en esta disposición es inversamente proporcional a su relación valores. Por lo tanto, la capacitancia total del circuito del tanque se encuentra mediante la regla del producto sobre la suma aplicada a los valores de los condensadores.
Similar al oscilador Hartley, el oscilador Colpitts consiste en dos secciones principales a saber, la sección del amplificador y la sección del tanque. Cada sección es responsable de producir un desplazamiento de fase de 180 grados del voltaje de salida de CA por lo que la forma de onda en la salida de este oscilador es como una onda sinusoidal estándar cuando el tiempo sale del oscilador.
Cuando se proporciona la fuente de alimentación al circuito, el transistor se enciende mediante el pequeño voltaje de ruido como voltaje de polarización. Esto hace que la corriente del colector crezca y los condensadores C1 y C2 comiencen a cargarse.
Una vez que están completamente cargados, comienzan a descargar a través del inductor L estableciendo oscilaciones amortiguadas en el circuito del tanque.
Por lo tanto, se desarrolla una tensión de CA a través de la combinación de condensadores. Las oscilaciones a través del condensador C2 se aplican al transistor en la unión base-emisor.
Estas oscilaciones se amplifican y se desplazan en fase en el amplificador transistor. Por lo tanto, en la salida del amplificador, se producen oscilaciones sostenidas no amortiguadas.
La frecuencia de las oscilaciones en el oscilador Colpitts está dada por
f = 1/(2π√ (LCeq))
Donde Ceq = C1 C2/(C1 + C2)
De la ecuación anterior podemos observe que el oscilador Colpitts es similar a los otros osciladores LC excepto el circuito tanque. Por lo general, estos osciladores se sintonizan variando la inductancia o la capacitancia del circuito.
Sin embargo, es difícil obtener una variación suave utilizando la inductancia L, por lo que las capacidades C1 y C2 deben ajustarse simultáneamente en la proporción de 100 : 1 para obtener la frecuencia variable.
Esta es una tarea difícil que requiere un gran valor especial de condensador variable. Por lo tanto, para generar frecuencias fijas de señales, estos osciladores se emplean en general.
Ejemplo de un oscilador Colpitts transistorizado
Calcule la frecuencia de oscilaciones de un oscilador Colpitts usando un transistor que tenga C1 = C2 = 0.001μF y L = 5μH. También determine el valor de la inductancia si la frecuencia de operación se duplica.
Sabemos que, para un oscilador Colpitts, la frecuencia de operación es igual a la frecuencia de resonancia de la red de retroalimentación, es decir,
f = 1/(2π√ (LCeq))
Donde Ceq = C1 C2/(C1 + C2)
Pero en datos dados, C1 = C2 = 0.001μF
Por lo tanto, Ceq = (0.001 × 10-6 × 0.001 × 10-6)/(C0.001 × 10-6 + 0.001 × 10-6)
= 5 × 10-10 F
f = 1/(2π√ (5 × 10-6 × 5 × 10-10))
= 3. 183 MHz
El nuevo valor de frecuencia, f = 2 × 3. 183
= 6.366 MHz
Por lo tanto, la ecuación de frecuencia operativa se convierte en
6.366 × 106 = 1/(2π√ (L × 5 × 10-10))
L = 1.25 μH
Oscilador Colpitts usando el amplificador operacional
En este tipo de circuito, el amplificador operacional se usa en la etapa amplificadora de transistor El circuito del tanque permanece igual que el circuito discutido anteriormente. Por lo tanto, el amplificador operacional proporciona la amplificación básica necesaria, mientras que la red de retroalimentación es responsable de establecer la frecuencia del oscilador.
La figura siguiente muestra el diagrama de circuito del oscilador Colpitts utilizando un amplificador operacional. En el circuito dado, el amplificador operacional se conecta como un amplificador inversor con una ganancia alta en comparación con el circuito transistor. La red LC se coloca en una respuesta positiva del amplificador operacional
Cuando se da alimentación al circuito, no hay señal, pero los voltajes pequeños de ruido son amplificados por el amplificador operacional. Esto hace que ambos condensadores comiencen a cargarse y descargarse.
La parte de la señal a través del condensador C2 se alimenta al amplificador inversor. Luego se amplifica y mantiene la red oscilando fuertemente. La frecuencia de oscilación del oscilador Colpitts usando el amplificador operacional viene dada por
f = 1/(2π√ (LCeq))
Donde Ceq = C1 C2/(C1 + C2)
Aplicaciones del oscilador Colpitts
- Los osciladores Colpitts se utilizan para el rango de alta frecuencia y estabilidad de alta frecuencia
- Un resonador de onda acústica superficial (SAW)
- Aplicaciones de microondas
- Sistemas móviles y de comunicación
- Se utilizan en caótica circuitos que son capaces de generar oscilaciones desde el rango de frecuencia de audio a la banda óptica. Estas áreas de aplicación incluyen comunicaciones de banda ancha, difusión de espectro, enmascaramiento de señal, etc.