Oscilador Colpitts: funcionamiento y aplicaciones

El circuito electrónico que produce una señal electrónica que oscila periódicamente, como una onda sinusoidal, una onda cuadrada o cualquier otra onda, se denomina oscilador electrónico. Los osciladores se pueden clasificar en diferentes tipos generalmente en función de su frecuencia de salida. Los osciladores electrónicos pueden denominarse osciladores controlados por voltaje porque su frecuencia de oscilaciones puede controlarse mediante su voltaje de entrada. Los principales osciladores electrónicos controlados por voltaje se pueden considerar como dos tipos, a saber: oscilador lineal y oscilador no lineal.

Los osciladores no lineales se utilizan para producir formas de onda de salida no sinusoidales. Los osciladores lineales se utilizan para producir formas de onda de salida sinusoidales y se clasifican además en varios tipos, como oscilador de retroalimentación, oscilador de resistencia negativa, oscilador Colpitts, oscilador Hartley, oscilador Armstrong, oscilador de cambio de fase, oscilador Clapp, oscilador de línea de retardo, oscilador Pierce, Wien Oscilador de puente, Oscilador de Robinson, etc. En este artículo en particular, estamos discutiendo uno de los muchos tipos de circuitos osciladores lineales, a saber, el oscilador Colpitts.

Oscilador Colpitts

El oscilador es un amplificador con retroalimentación positiva y convierte la señal de entrada de CC en una forma de onda de salida de CA con alguna unidad de frecuencia variable y alguna forma de onda de salida (como una onda sinusoidal o una onda cuadrada, etc.) utilizando la retroalimentación positiva en lugar de la señal de entrada. Los osciladores que utilizan el inductor L y el condensador C en su circuito se denominan oscilador LC, que es un tipo de oscilador lineal.

Los osciladores LC se pueden diseñar utilizando diferentes métodos. Los osciladores LC bien conocidos son el oscilador Hartley y el oscilador Colpitts. Entre estos dos, el diseño de uso frecuente es el oscilador Colpitts diseñado y nombrado en honor al ingeniero estadounidense Edwin H Colpitts en 1918.

Teoría del oscilador de Colpitts

Consiste en un circuito tanque que es un subcircuito resonante LC que consta de dos capacitores en serie conectados en paralelo a un inductor y la frecuencia de las oscilaciones se puede determinar usando los valores de estos capacitores y el inductor del circuito tanque .

Este oscilador es casi similar al oscilador Hartley en todos los aspectos; por lo tanto, se llama oscilador dual eléctrico de Hartley y está diseñado para generar oscilaciones sinusoidales de alta frecuencia con frecuencias de radio que generalmente van desde 10 KHz a 300 MHz. La principal diferencia entre estos dos osciladores es que utiliza una capacitancia con derivación, mientras que el oscilador Hartley utiliza un inductor con derivación.

Circuito oscilador Colpitts

Todos los demás circuitos osciladores que generan formas de onda sinusoidales utilizan el circuito resonante LC, excepto algunos circuitos electrónicos como los osciladores RC, el oscilador Wien-Robinson y algunos osciladores de cristal que no requieren inductores adicionales para este fin.

Se puede realizar mediante el uso de un dispositivo de ganancia como el transistor de unión bipolar (BJT), el amplificador operacional y el transistor de efecto de campo (FET) como también en otros osciladores LC. Los capacitores C1 y C2 forman un divisor de potencial y esta capacitancia con derivación en el circuito del tanque se puede usar como fuente de retroalimentación y esta configuración se puede usar para brindar una mejor estabilidad de frecuencia en comparación con el oscilador Hartley en el que el inductor con derivación se usa para el configuración de retroalimentación.

La resistencia Re en el circuito anterior asegura la estabilización del circuito contra variaciones de temperatura. El condensador de Ce conectado en el circuito que es paralelo al Re proporciona un camino reactivo débil a la señal de CA amplificada que actúa como un condensador de derivación. Las resistencias R1 y R2 forman un divisor de voltaje para el circuito y proporcionan polarización al transistor. El circuito consta de un amplificador acoplado RC con un transistor de configuración de emisor común. El condensador de acoplamiento Cout bloquea la corriente continua al proporcionar una ruta de corriente alterna desde el colector hasta el circuito del tanque.

Cómo funciona el oscilador Colpitts

Cada vez que se enciende la fuente de alimentación, los capacitores C1 y C2 que se muestran en el circuito de arriba comienzan a cargarse y una vez que los capacitores están completamente cargados, los capacitores comienzan a descargarse a través del inductor L1 en el circuito causando oscilaciones armónicas amortiguadas en el circuito del tanque.

Así, se produce un voltaje alterno entre C1 y C2 por la corriente oscilante en el circuito del tanque. Mientras estos condensadores están completamente descargados, la energía electrostática almacenada en los condensadores se transfiere como flujo magnético al inductor y, por lo tanto, el inductor se carga.

De manera similar, cuando el inductor comienza a descargarse, los capacitores comienzan a cargarse nuevamente y este proceso de carga y descarga de energía de los capacitores y el inductor continúa generando oscilaciones y la frecuencia de esas oscilaciones se puede determinar utilizando la frecuencia resonante de el circuito del tanque que consta de inductor y condensador. Este circuito reservorio se considera como reservorio de energía o almacenamiento de energía. Esto se debe a la frecuente carga y descarga de energía del inductor, los condensadores que forman parte de la red LC forman el circuito del tanque.

Las oscilaciones continuas no amortiguadas se pueden obtener a partir del criterio de Barkhausen. Para oscilaciones sostenidas, el cambio de fase total debe ser 3600 o 00. En el circuito anterior, cuando dos capacitores C1 y C2 están conectados al centro y conectados a tierra, el voltaje en el capacitor C2 (voltaje de retroalimentación) es 1800 con el voltaje en el capacitor C1 ( tensión de salida). El transistor de emisor común produce un cambio de fase de 1800 entre el voltaje de entrada y el de salida. Así, a partir del criterio de Barkhausen, podemos obtener oscilaciones continuas no amortiguadas.
La frecuencia de resonancia viene dada por

ƒr=1/(2П√(L1*C))

donde ƒr es la frecuencia de resonancia

C es la capacidad equivalente de la combinación en serie de C1 y C2 del circuito del tanque

se da como

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

L1 representa la autoinducción de la bobina.

Aplicaciones del Oscilador Colpitts

• Se utiliza para la generación de señales de salida sinusoidales a muy altas frecuencias.
• El oscilador Colpitts que usa el dispositivo SAW se puede usar como diferentes tipos de sensores, como un sensor de temperatura. Como el dispositivo utilizado en este circuito es muy sensible a las perturbaciones, detecta directamente desde su superficie.
• Se utiliza con frecuencia para aplicaciones que implican una gama muy amplia de frecuencias.
• Se utiliza para aplicaciones en las que se desean oscilaciones no amortiguadas y continuas para el funcionamiento.
• Este oscilador se prefiere en situaciones en las que se pretende que soporte temperaturas altas y bajas con frecuencia.
• La combinación de este oscilador con algunos dispositivos (en lugar de un circuito de tanque) puede usarse para lograr alta estabilidad de temperatura y alta frecuencia.
• Se utiliza para el desarrollo de comunicaciones móviles y de radio.
• Tiene muchas aplicaciones utilizadas para fines comerciales.

Por lo tanto, este artículo analiza brevemente el oscilador Colpitts, la teoría, el funcionamiento y las aplicaciones del oscilador Colpitts y su circuito de tanque se utilizan en kits de proyectos electrónicos gratuitos. Para obtener más información sobre el oscilador Colpitts, publique sus preguntas comentando a continuación.

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