简述Colpitts振荡器工作原理和应用特性

产生周期性振荡电子信号（如正弦波、方波或任何其他波）的电子电路称为电子振荡器。振荡器通常可以根据其输出频率分为不同的类型。电子振荡器也可以称为压控振荡器，因为它们的振荡频率可以由它们的输入电压控制。最重要的电子压控振荡器可以被认为是两种类型，即：线性振荡器和非线性振荡器。

非线性振荡器用于产生非正弦输出波形，线性振荡器用于产生正弦输出波形，并且可以进一步分为多种类型。在本文中，小编将简单介绍下线性Colpitts振荡器的工作原理和应用特性。

Colpitts振荡器的概念

振荡器是一种具有正反馈的放大器，它利用正反馈代替输入信号，将直流输入信号转换为具有一定变频驱动和一定形状的输出波形（如正弦波或方波等）的交流输出波形。在其电路中利用电感器L和电容器C的振荡器称为LC振荡器，它是一种线性振荡器。

众所周知的LC振荡器是Hartley（哈特利）振荡器和Colpitts（科尔皮茨）振荡器。在这两者当中，最常用的是Colpitt振荡器，它是设计是由美国工程师Edwin H Colpitts于1918年设计并命名Colpitts Oscillator。

Colpitts振荡器理论基础

Colpitts振荡器由一个振荡电路组成，该振荡电路是一个LC谐振子电路，由两个串联电容器组成，并联连接到一个电感器，振荡频率可以通过使用这些电容器和振荡电路的电感器的值来确定。

Colpitts振荡器在各方面都与哈特利振荡器几乎相似；因此，它被称为Hartley振荡器的电对偶，设计用于产生高频正弦振荡，其射频通常范围为10KHz至300MHz。这两个振荡器之间的主要区别在于它使用抽头电容，而Hartley振荡器使用抽头电感。

Colpitts振荡器使用电容分压器网络作为其反馈源。如下图所示，两个电容器C1和C2放置在单个公共电感器L上。然后C1、C2和L形成调谐谐振电路，振荡条件为X C1  + X C2  = X L，这与哈特莱振荡器电路相同。

Colpitts振荡器电路

产生正弦波形的所有其他振荡器电路都使用LC谐振电路，除了一些电子电路，例如RC振荡器、Wien-Robinson振荡器和一些不需要额外电感的晶体振荡器。

Colpitts振荡器可以通过使用诸如双极结晶体管（BJT）、运算放大器和场效应晶体管（FET）等增益器件来实现，在其他LC振荡器中也类似。电容器C1和C2形成分压器，振荡电路中的抽头电容可用作反馈源，与使用抽头电感进行反馈设置的哈特莱振荡器相比，此设置可用于提供更好的频率稳定性。

上述电路中的Re电阻器为电路提供了针对温度变化的稳定性。与Re并联的电路中连接的电容器Ce为放大的交流信号提供低电抗路径，充当旁路电容器。电阻器R1和R2形成电路的分压器，并为晶体管提供偏置。该电路由一个具有共发射极配置晶体管的RC耦合放大器组成。耦合电容器Cout通过提供从集电极到储能电路的交流路径来阻断直流。

Colpitts振荡器的工作原理

每当接通电源时，如下图所示的电容器C1和C2开始充电，当电容器充满电后，电容器开始通过电路中的电感器L1放电，从而在谐振电路中引起阻尼谐波振荡。

因此，振荡电路中的振荡电流在C1和C2两端产生交流电压。当这些电容器完全放电时，存储在电容器中的静电能量以磁通量的形式转移到电感器，从而使电感器充电。

类似地，当电感器开始放电时，电容器再次开始充电，并且这种能量充放电电容器和电感器的过程继续引起振荡的产生，并且这些振荡的频率可以通过使用由谐振电路组成的谐振频率来确定电感器和电容器。该储能电路被认为是能量储存器或能量储存器。这是因为电感器、电容器的频繁能量充电和放电，LC电路的一部分形成了槽路。

连续的无阻尼振荡可以从巴克豪森准则中获得。对于持续振荡，总相移必须为360°或0°。在上述电路中，由于两个电容器 C1和C2中间抽头并接地，电容器C2两端的电压（反馈电压）为1800，电容器C1两端的电压（输出电压）。共发射极晶体管在输入和输出电压之间产生180°的相移。因此，根据巴克豪森准则，可以得到无阻尼的连续振荡。

谐振频率由下式给出：

ƒr = 1 / (2П√ (L1 * C))

其中ƒr是谐振频率，C是谐振电路C1和C2串联组合的等效电容，可由以下公式给出：

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

L1代表线圈的自感。

Colpitts振荡器的主要应用

• 用于生成具有非常高频率的正弦输出信号。
• 使用SAW器件的Colpitts振荡器可用作温度传感器等不同类型的传感器。由于该电路中使用的设备对扰动高度敏感，因此它直接从其表面感应。
• 经常用于涉及非常广泛的频率范围的应用。
• 用于需要无阻尼和连续振荡的应用。
• 在打算经常承受高温和低温的情况下，这种振荡器是首选。
• Colpitts振荡器与某些器件（不是谐振电路）的组合可用于实现出色的温度稳定性和高频率。
• 用于移动和无线电通信的发展。
• 有许多用于商业目的的应用程序。

总结

Colpitts振荡器由一个并联的LC谐振槽路组成，其反馈是通过电容分压器实现的。像大多数振荡器电路一样，Colpitts振荡器以多种形式存在，最常见的形式类似于上面的晶体管电路。

储能子电路的中心抽头在“电容分压器”网络的结点处进行，以将一部分输出信号反馈回晶体管的发射极。串联的两个电容器产生180°的相移，该相移被另一个180°反相以产生所需的正反馈。振荡频率是更纯净的正弦波电压，由谐振电路的谐振频率决定。