Osilator Colpitts

Osilator adalah konstruksi mekanis atau elektronik yang menghasilkan osilasi bergantung pada beberapa variabel. Kita semua memiliki perangkat yang membutuhkan osilator seperti jam tradisional atau jam tangan. Berbagai jenis detektor logam, komputer yang melibatkan mikrokontroler dan mikroprosesor menggunakan osilator, terutama osilator elektronik yang menghasilkan sinyal periodik. Kami membahas beberapa osilator di tutorial kami sebelumnya:

• Osilator Pergeseran Fase RC
• Osilator Jembatan Wein
• Osilator Kristal Kuarsa
• Rangkaian Osilator Pergeseran Fase
• Osilator Kontrol Tegangan (VCO)

The Colpitts osilator diciptakan oleh insinyur Amerika Edwin H. Colpitts pada tahun 1918. Colpitts osilator bekerja dengan kombinasi induktor dan kapasitor dengan membentuk filter LC. Sama seperti osilator lain, osilator Colpitts terdiri dari perangkat penguatan, dan keluarannya dihubungkan dengan loop umpan balik rangkaian LC. Osilator Colpitts adalah osilator linier yang menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal.

Sirkuit Tangki

Perangkat osilasi utama pada osilator Colpitts dibuat menggunakan rangkaian tangki. Rangkaian tangki terdiri dari tiga komponen - induktor dan dua kapasitor. Dua kapasitor dihubungkan secara seri, dan kapasitor ini selanjutnya dihubungkan secara paralel dengan induktor.

Pada gambar di atas, tiga komponen rangkaian tangki ditunjukkan dengan koneksi yang tepat. Prosesnya dimulai dengan pengisian dua kapasitor C1 dan C2. Kemudian di dalam rangkaian tangki, kedua kapasitor seri ini dibuang ke induktor paralel L1 dan energi yang tersimpan di kapasitor ditransfer ke induktor. Karena kapasitor terhubung secara paralel, induktor sekarang dibuang oleh dua kapasitor dan kapasitor mulai mengisi daya lagi. Pengisian dan pengosongan di kedua komponen ini berlanjut dan dengan demikian memberikan sinyal osilasi di atasnya.

Osilasi sangat tergantung pada kapasitor dan nilai induktor. Rumus di bawah ini adalah untuk menentukan frekuensi osilasi:

F = 1 / 2π√LC

di mana F adalah frekuensi dan L adalah Induktor, C adalah total kapasitansi ekuivalen.

Kapasitansi ekuivalen dari dua kapasitor dapat ditentukan dengan menggunakan

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

Selama fase osilasi di sirkuit tangki ini, beberapa kehilangan energi terjadi. Untuk mengkompensasi energi yang hilang ini dan untuk mempertahankan osilasi di dalam rangkaian tangki, diperlukan perangkat penguatan. Ada banyak jenis perangkat penguatan yang digunakan untuk mengkompensasi hilangnya energi di dalam rangkaian tangki. Perangkat penguatan yang paling umum adalah transistor dan penguat operasional.

Osilator Colpitts Berbasis Transistor

Pada gambar di atas, Osilator Colpitts berbasis Transistor ditunjukkan di mana perangkat penguatan utama osilator adalah transistor NPN T1.

Di rangkaian, resistor R1 dan R2 diperlukan untuk tegangan basis. Ini dua resistor digunakan untuk membuat pembagi tegangan di basis transistor T1. Resistor R3 digunakan sebagai resistor emitor. Resistor ini sangat berguna untuk menstabilkan perangkat penguatan selama penyimpangan termal. The kapasitor C3 digunakan sebagai emitor kapasitor bypass yang terhubung secara paralel dengan resistor R3. Jika kita melepas kapasitor C3 ini, sinyal AC yang diperkuat akan dibuang melintasi resistor R3 dan menghasilkan penguatan yang buruk. Jadi, kapasitor C3 disediakan jalur yang mudah untuk sinyal yang diperkuat. Umpan balik dari rangkaian tangki selanjutnya dihubungkan menggunakan C4 ke basis transistor T1.

Osilasi dari berdasarkan transistor Colpitts rangkaian osilator ini tergantung pada pergeseran fasa. Ini dikenal sebagai kriteria barkhausen untuk osilator. Sesuai Kriteria Barkhausen, penguatan loop harus sedikit lebih besar dari kesatuan dan pergeseran fasa di sekitar loop harus 360 derajat atau 0 derajat. Jadi, dalam kasus ini, untuk memberikan osilasi di seluruh output, rangkaian total membutuhkan pergeseran fasa 0 derajat atau 360 derajat. Konfigurasi transistor sebagai common emitor memberikan pergeseran fasa 180 derajat sedangkan rangkaian tangki juga memberikan tambahan pergeseran fasa 180 derajat. Dengan menggabungkan pergeseran dua fase ini, total sirkuit mencapai pergeseran fase 360 ​​derajat yang bertanggung jawab atas osilasi.

Umpan balik dapat dikontrol menggunakan dua kapasitor C1 dan C2. Kedua kapasitor ini dihubungkan secara seri dan sambungan selanjutnya dihubungkan dengan ground suplai. Tegangan di C1 jauh lebih besar daripada tegangan di C2. Dengan mengubah kedua nilai kapasitor tersebut kita dapat mengontrol tegangan umpan balik yang selanjutnya diumpankan kembali ke rangkaian tangki. Penentuan tegangan umpan balik adalah bagian penting dari rangkaian karena jumlah tegangan umpan balik yang rendah tidak akan mengaktifkan osilasi sedangkan jumlah tegangan umpan balik yang tinggi akan berakhir dengan menghancurkan gelombang sinus keluaran dan menyebabkan distorsi.

Osilator Colpitts dapat disetel dengan mengubah nilai induktansi dan kapasitansi. Ada dua cara untuk membuat osilator Colpitts berfungsi dalam konfigurasi penyetelan variabel.

Cara pertama adalah mengubah induktor sebagai induktor variabel dan cara lainnya adalah dengan mengubah kapasitor sebagai kapasitor variabel. Pada opsi kedua, karena tegangan umpan balik sangat bergantung pada rasio C1 dan C2, disarankan untuk menggunakan geng sederhana. Sehingga ketika terjadi variasi pada satu kapasitor maka kapasitor yang lain juga mengalami perubahan kapasitansinya sesuai dengan itu.

Osilator Colpitts Berbasis Op-Amp

Pada gambar di atas rangkaian osilator Colpitts berbasis op-amp ditampilkan. Penguat operasional dalam mode konfigurasi pembalik. Resistor R1 dan R2 digunakan karena memberikan umpan balik yang diperlukan untuk penguat operasional. Rangkaian tangki dihubungkan bersama dengan induktor tunggal secara paralel dengan dua kapasitor seri. Input dari penguat operasional dihubungkan ke umpan balik dari rangkaian tangki.

Cara kerjanya sama seperti yang dibahas dalam rangkaian osilator Colpitts berbasis transistor di atas. Selama penyalaan, op-amp memperkuat sinyal gangguan yang bertanggung jawab untuk mengisi dua kapasitor. The gain dari Op-amp berdasarkan Colpitts Oscillator lebih tinggi dari Transistor berdasarkan Colpitts Oscillator.

Perbedaan antara Osilator Colpitts dan Osilator Hartley

Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Hartley tetapi ada perbedaan konstruksi di antara keduanya. Walaupun kedua rangkaian osilator ini terdiri dari tiga komponen sebagai rangkaian tangki tetapi osilator Colpitts menggunakan induktor tunggal yang diparalelkan dengan dua kapasitor secara seri sedangkan osilator Hartley menggunakan hal yang berlawanan, satu kapasitor tunggal secara paralel dengan dua induktor secara seri. Osilator Colpitts bekerja lebih stabil dalam operasi frekuensi tinggi daripada Osilator Hartley.

Osilator Colpitts adalah pilihan yang sangat baik dalam operasi frekuensi tinggi. Ini dapat menghasilkan frekuensi keluaran dalam kisaran Megahertz serta dalam kisaran Kilohertz.

Penerapan Rangkaian Osilator Colpitts

1. Karena kesulitan dalam variasi halus dari induktor dan kapasitor, osilator Colpitts terutama digunakan untuk pembangkitan frekuensi tetap.

2. Penggunaan utama osilator Colpitts adalah di perangkat komunikasi yang dikendalikan frekuensi radio seluler atau lainnya.

3. Dalam osilasi frekuensi tinggi, osilator Colpitts adalah pilihan yang sangat baik. Dengan demikian perangkat berbasis osilator frekuensi tinggi menggunakan Osilator Colpitts.

4. Dalam beberapa aplikasi di mana osilasi kontinu dan undamped diperlukan selain stabilitas termal, Osilator Colpitts digunakan.

5. Untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan berbagai frekuensi dengan induksi noise minimum.

6. Banyak jenis sensor berbasis SAW yang menggunakan osilator Colpitts

7. Berbagai jenis detektor logam menggunakan osilator Colpitts.

8. Modulasi frekuensi terkait pemancar frekuensi radio menggunakan osilator Colpitts.

9. Ini memiliki aplikasi besar dalam produk kelas militer dan komersial.

10. Dalam aplikasi gelombang mikro, sirkuit kacau terkait penyamaran sinyal juga diperlukan osilator Colpitts dalam rentang frekuensi yang berbeda.