Colpitts Oscillator: العمل والتطبيقات

جرب أداة القضاء على المشاكل





ال دائرة كهربائية التي تنتج إشارة إلكترونية متذبذبة بشكل دوري مثل موجة جيبية أو موجة مربعة أو أي موجة أخرى تسمى المذبذب الإلكتروني. يمكن تصنيف المذبذبات إلى أنواع مختلفة بشكل عام بناءً على تردد خرجها. يمكن تسمية المذبذبات الإلكترونية بـ مذبذبات الجهد حيث يمكن التحكم في تردد التذبذبات عن طريق جهد الدخل. يمكن اعتبار المذبذبات الإلكترونية التي يتم التحكم في الجهد الكهربائي فيها على أنها نوعين هما: المذبذب الخطي والمذبذب غير الخطي.

مذبذب إلكتروني

مذبذب إلكتروني



تستخدم المذبذبات غير الخطية لإنتاج أشكال موجية ناتجة غير جيبية. تُستخدم المذبذبات الخطية لإنتاج أشكال موجية ناتجة جيبية ويتم تصنيفها أيضًا في العديد من الأنواع ، مثل مذبذب التغذية الخلفية ، ومذبذب المقاومة السلبية ، ومذبذب Colpitts ، ومذبذب هارتلي ، ومذبذب Armstrong ، ومذبذب تحول الطور ، ومذبذب Clapp ، ومذبذب خط التأخير ، ومذبذب بيرس ، مذبذب جسر فيينا ، مذبذب روبنسون ، وما إلى ذلك. في هذه المقالة بالذات ، نناقش واحدة من الأنواع العديدة لدوائر المذبذب الخطي وهي Colpitts Oscillator.


مذبذب كولبيتس

المذبذب هو مكبر للصوت مع ردود الفعل الإيجابية ويقوم بتحويل إشارة دخل التيار المستمر إلى شكل موجة خرج التيار المتردد بشكل معين محرك التردد المتغير وشكل معين لشكل الموجة الناتج (مثل موجة جيبية أو موجة مربعة ، إلخ) باستخدام التغذية المرتدة الإيجابية بدلاً من إشارة الإدخال. تسمى المذبذبات التي تستخدم المحرِّض L والمكثف C في دائرتها باسم مذبذب LC وهو نوع من المذبذبات الخطية.



مذبذب كولبيتس

مذبذب كولبيتس

يمكن تصميم مذبذبات LC باستخدام طرق مختلفة. مذبذبات LC المعروفة هي مذبذب هارتلي ومذبذب كولبيتس. من بين هذين التصميمين الأكثر استخدامًا هو Colpitts Oscillator الذي صممه واسمه المهندس الأمريكي Edwin H Colpitts في عام 1918.

نظرية كولبيتس المذبذب

وتتكون من دائرة خزان وهي دائرة فرعية للرنين LC مصنوعة من سلسلتين من المكثفات المتصلة بالتوازي مع محث ويمكن تحديد تردد التذبذبات باستخدام قيم هذه المكثفات ومحث لدائرة الخزان.

يشبه هذا المذبذب تقريبًا مذبذب هارتلي من جميع الجوانب ، ومن ثم يُطلق عليه اسم ثنائي كهربائي لمذبذب هارتلي ومصمم لتوليد اهتزازات جيبية عالية التردد مع ترددات الراديو التي تتراوح عادةً من 10 كيلو هرتز إلى 300 ميجا هرتز. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذين المذبذبين في أنه يستخدم السعة المستغلة ، في حين يستخدم مذبذب هارتلي الحث المسنن.


حلبة مذبذب Colpitts

كل دارة مذبذب أخرى تولد أشكال موجية جيبية تستخدم دائرة طنين LC باستثناء بعض الدوائر الإلكترونية مثل مذبذبات RC ومذبذب Wien-Robinson وعدد قليل من المذبذبات البلورية التي لا تتطلب محاثات إضافية لهذا الغرض.

مخطط حلبة Colpitts Oscillator

مخطط حلبة Colpitts Oscillator

يمكن تحقيق ذلك باستخدام جهاز كسب مثل ترانزستور مفرق ثنائي القطب (BJT) ، مكبر للصوت التشغيلي و ترانزستور تأثير المجال (FET) كما هو الحال في مذبذبات LC الأخرى أيضًا. تشكل المكثفات C1 و C2 مقسمًا محتملاً ويمكن استخدام هذه السعة المستغلة في دائرة الخزان كمصدر للتغذية المرتدة ويمكن استخدام هذا الإعداد لتوفير استقرار تردد أفضل مقارنةً بمذبذب هارتلي حيث يتم استخدام الحث المرن لإعداد التغذية المرتدة.

يوفر المقاوم المقاوم في الدائرة أعلاه استقرارًا للدائرة ضد التغيرات في درجة الحرارة. يوفر المكثف Ce المتصل في الدائرة الموازية لـ Re مسارًا منخفض التفاعل لإشارة التيار المتردد المضخمة التي تعمل مكثف تجاوز . ال المقاومات R1 و R2 شكل مقسم جهد للدائرة ويوفر تحيزًا للترانزستور. الدائرة تتكون من مكبر للصوت RC المقترن مع ترانزستور تكوين باعث مشترك. مكثف اقتران Coutblocks DC من خلال توفير مسار التيار المتردد من المجمع إلى دائرة الخزان.

مذبذب Colpitts العمل

عندما يتم تشغيل مصدر الطاقة ، تبدأ المكثفات C1 و C2 الموضحة في الدائرة أعلاه في الشحن وبعد أن يتم شحن المكثفات بالكامل ، تبدأ المكثفات في التفريغ من خلال المحرِّض L1 في الدائرة مما يتسبب في تذبذبات توافقية رطبة في دائرة الخزان.

دائرة الخزان بالمكثفات والمحاثات

دائرة الخزان بالمكثفات والمحاثات

وبالتالي ، يتم إنتاج جهد التيار المتردد عبر C1 و C2 بواسطة التيار المتذبذب في دائرة الخزان. بينما يتم تفريغ هذه المكثفات بالكامل ، يتم نقل الطاقة الكهروستاتيكية المخزنة في المكثفات في شكل تدفق مغناطيسي إلى المحرِّض وبالتالي يتم شحن المحرِّض.

وبالمثل ، عندما يبدأ الحث في التفريغ ، تبدأ المكثفات في الشحن مرة أخرى وتستمر عملية شحن وتفريغ الطاقة والمكثفات والمحث مما يتسبب في توليد التذبذبات ويمكن تحديد تردد هذه التذبذبات باستخدام تردد الرنين لدائرة الخزان التي تتكون من محث والمكثفات. تعتبر دائرة الخزان هذه بمثابة خزان للطاقة أو تخزين الطاقة. هذا بسبب الشحن والتفريغ المتكرر للطاقة للمحث ، والمكثفات التي تشكل الجزء من شبكة LC التي تشكل دائرة الخزان.

يمكن الحصول على التذبذبات المستمرة غير المثبطة من معيار باركهاوزن. بالنسبة إلى التذبذبات المستمرة ، يجب أن يكون إجمالي إنزياح الطور 3600 أو 00. في الدائرة أعلاه ، حيث أن مكثفتين C1 و C2 موصلة بالمركز ومؤرضة ، يكون الجهد عبر المكثف C2 (جهد التغذية المرتدة) 1800 مع الجهد عبر المكثف C1 (جهد الخرج ). ينتج ترانزستور الباعث المشترك 1800 طور تحول بين جهد الدخل والإخراج. وبالتالي ، من معيار باركهاوزن يمكننا الحصول على تذبذبات مستمرة غير مخمدة.
يتم إعطاء تردد الرنين بواسطة

ƒr = 1 / (2П√ (L1 * C))

حيث ƒr هو تردد الطنين

C هي السعة المكافئة لمجموعة متسلسلة من C1 و C2 لدائرة الخزان

يتم إعطاؤه كـ

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

يمثل L1 الحث الذاتي للملف.

تطبيقات Colpitts Oscillator

  • يتم استخدامه لتوليد إشارات خرج جيبية بترددات عالية جدًا.
  • يمكن استخدام مذبذب Colpitts باستخدام جهاز SAW كمختلف نوع المستشعرات مثل جهاز استشعار درجة الحرارة . نظرًا لأن الجهاز المستخدم في هذه الدائرة شديد الحساسية للاضطرابات ، فإنه يستشعر مباشرة من سطحه.
  • يتم استخدامه بشكل متكرر للتطبيقات التي تتضمن نطاقًا واسعًا جدًا من الترددات.
  • تستخدم للتطبيقات التي تكون فيها التذبذبات المستمرة وغير المثبطة مرغوبة للعمل.
  • يُفضل استخدام هذا المذبذب في المواقف التي يُقصد فيها تحمل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة بشكل متكرر.
  • يمكن استخدام الجمع بين هذا المذبذب مع بعض الأجهزة (بدلاً من دائرة الخزان) لتحقيق استقرار كبير في درجة الحرارة وتردد عالٍ.
  • يتم استخدامه لتطوير المحمول و الاتصالات اللاسلكية .
  • لها العديد من التطبيقات المستخدمة للأغراض التجارية.

ومن ثم ، تناقش هذه المقالة بإيجاز حول مذبذب Colpitts ونظرية وعمل وتطبيقات مذبذب Colpitts جنبًا إلى جنب مع دائرة الخزان الخاصة به المستخدمة في مجموعات المشاريع الإلكترونية المجانية . لمزيد من المعلومات حول مذبذب Colpitts ، يرجى نشر استفساراتك من خلال التعليق أدناه.

اعتمادات الصورة: