発振器は、いくつかの変数に応じて発振を生成する機械的または電子的な構造です。私たちは皆、伝統的な時計や腕時計のような発振器を必要とするデバイスを持っています。さまざまな種類の金属探知機、マイクロコントローラーとマイクロプロセッサーが関係するコンピューターは、発振器、特に周期的な信号を生成する電子発振器を使用します。以前のチュートリアルでは、いくつかのオシレーターについて説明しました。
- RC位相シフト発振器
- ウィーンブリッジ発振器
- クォーツ水晶発振器
- 位相シフト発振器回路
- 電圧制御発振器（VCO）
コルピッツ発振器は、 LCフィルタを形成することにより、インダクタとコンデンサの組み合わせで1918コルピッツ発振器の動作にアメリカンエンジニアエドウィンH.コルピッツによって発明されました。他の発振器と同じように、コルピッツ発振器はゲインデバイスで構成され、出力はLC回路フィードバックループに接続されています。コルピッツ発振器は、正弦波形を生成する線形発振器です。
タンク回路
コルピッツ発振器の主な発振装置は、タンク回路を使用して作成されます。タンク回路は、インダクタと二つのキャパシタcomponents- 3から成ります。2つのコンデンサが直列に接続され、これらのコンデンサはさらにインダクタと並列に接続されます。
上の画像では、タンク回路の3つのコンポーネントが適切に接続されて示されています。このプロセスは、2つのコンデンサC1とC2の充電から始まります。次に、タンク回路内で、これらの2つの直列コンデンサが並列インダクタL1に放電され、コンデンサに蓄積されたエネルギーがインダクタに転送されます。コンデンサが並列に接続されているため、インダクタは2つのコンデンサによって放電され、コンデンサは再び充電を開始します。両方のコンポーネントでのこれらの充電と放電は継続し、したがって、コンポーネント全体に発振信号を提供します。
発振はコンデンサとインダクタの値に大きく依存します。以下の式は、発振周波数を決定するためのものです。
F = 1 /2π√LC
ここで、Fは周波数、Lはインダクタ、Cは総等価静電容量です。
2つのコンデンサの等価静電容量は、
C =（C1 x C2）/（C1 + C2）
タンク回路のこの発振フェーズ中に、いくらかのエネルギー損失が発生します。この失われたエネルギーを補償し、タンク回路内の振動を維持するには、ゲイン装置が必要です。タンク回路内のエネルギー損失を補償するために使用されるゲインデバイスには、さまざまな種類があります。最も一般的なゲインデバイスは、トランジスタとオペアンプです。
トランジスタベースのコルピッツ発振器
上の画像では、トランジスタベースのコルピッツ発振器が示されています。発振器の主なゲインデバイスはNPNトランジスタT1です。
この回路では、ベース電圧に抵抗R1とR2が必要です。これらの2つの抵抗は、トランジスタT1のベースの両端に分圧器を作るために使用されます。抵抗R3はエミッタ抵抗として使用されます。この抵抗は、熱ドリフト中にゲインデバイスを安定させるのに非常に役立ちます。コンデンサC3は、抵抗R3と並列に接続され、エミッタバイパスコンデンサとして使用されます。このC3コンデンサを取り外すと、増幅されたAC信号が抵抗R3の両端にダンプされ、ゲインが低下します。したがって、コンデンサＣ３は、増幅された信号のための容易な経路を提供される。タンク回路からのフィードバックは、C4を使用してトランジスタT1のベースにさらに接続されます。
発振トランジスタベースのコルピッツ発振回路は、位相シフトに依存しています。これは、発振器のバルクハウゼン基準としてよく知られています。Barkhausen Criterionによると、ループゲインは1よりわずかに大きく、ループの周りの位相シフトは360度または0度である必要があります。したがって、この場合、出力全体に発振を提供するには、回路全体で0度または360度の位相シフトが必要です。エミッタ接地としてのトランジスタ構成は180度の位相シフトを提供しますが、タンク回路も追加の180度の位相シフトに寄与します。この2相シフトを組み合わせることにより、回路全体が発振の原因となる360度の位相シフトを実現します。
フィードバックは、2つのコンデンサC1とC2を使用して制御できます。これらの2つのコンデンサは直列に接続され、接合部はさらに電源グランドに接続されます。 C1の両端の電圧は、C2の両端の電圧よりもはるかに高くなります。これらの2つのコンデンサの値を変更することにより、タンク回路にさらにフィードバックされるフィードバック電圧を制御できます。フィードバック電圧の決定は回路の重要な部分です。なぜなら、フィードバック電圧の量が少ないと発振がアクティブにならず、フィードバック電圧の量が多いと出力正弦波が破壊されて歪みが生じるためです。
コルピッツ発振器は、インダクタンスと静電容量の値を変更することで調整できます。コルピッツ発振器を可変チューニング構成で機能させるには、2つの方法があります。
最初の方法はインダクタを可変インダクタとして変更することであり、もう1つの方法はコンデンサを可変コンデンサとして変更することです。2番目のオプションでは、フィードバック電圧はC1とC2の比率に大きく依存するため、単純なギャングを使用することをお勧めします。そのため、一方のコンデンサに変動があると、もう一方のコンデンサもそれに応じて静電容量が変化します。
オペアンプベースのコルピッツ発振器
上の画像には、オペアンプベースのコルピッツ発振回路が示されています。オペアンプは反転構成モードです。抵抗R1とR2は、オペアンプに必要なフィードバックを提供するために使用されます。タンク回路は、2つの直列コンデンサと並列に単一のインダクタとともに接続されています。オペアンプの入力は、タンク回路のフィードバックに接続されています。
動作は、上記のトランジスタベースのコルピッツ発振回路で説明したものと同じです。起動時に、オペアンプは2つのコンデンサを充電する原因となるノイズ信号を増幅します。オペアンプベースのコルピッツオシレータのゲインは、トランジスタベースのコルピッツオシレータよりも高くなっています。
コルピッツオシレーターとハートレーオシレーターの違い
コルピッツ発振器はハートレー発振器と非常に似ていますが、これら2つの間の構造に違いがあります。これらの2つの発振器回路はタンク回路として3つのコンポーネントで構成されていますが、コルピッツ発振器は直列の2つのコンデンサと並列に単一のインダクタを使用しますが、ハートレー発振器はまったく反対の、直列の2つのインダクタと並列に1つの単一のコンデンサを使用します。コルピッツ発振器は、ハートレー発振器よりも高周波動作でより安定しています。
コルピッツ発振器は、高周波動作に最適です。メガヘルツ範囲とキロヘルツ範囲の出力周波数を生成できます。
コルピッツ発振器回路の応用
1.インダクタとコンデンサのスムーズな変化が難しいため、コルピッツ発振器は主に固定周波数の生成に使用されます。
2.コルピッツ発振器の主な用途は、モバイルまたはその他の無線周波数制御通信デバイスです。
3.高周波発振では、コルピッツ発振器が最適です。したがって、高周波発振器ベースのデバイスはコルピッツ発振器を使用します。
4.熱安定性に加えて、連続的で減衰のない発振が必要ないくつかのアプリケーションでは、コルピッツ発振器が使用されます。
5.ノイズの発生を最小限に抑えながら広範囲の周波数を必要とするアプリケーション向け。
6.多くのタイプのSAWベースのセンサーはコルピッツ発振器を使用します
7.さまざまなタイプの金属探知機がコルピッツ発振器を使用しています。
8.周波数変調関連の無線周波数送信機はコルピッツ発振器を使用します。
9.軍用および商用グレードの製品に大きな用途があります。
10.マイクロ波アプリケーションでは、信号マスキング関連のカオス回路も、異なる周波数範囲のコルピッツ発振器に必要です。