Colpitts Osilatör
 | Colpitts Osilatör |
Colpitts osilatörün AC eşdeğer devresi yukarıdaki gibidir. Paralel LC rezonans devresi transistörün kollektör-baz eklemlerine bağlıdır, bu durumda emetör, C1 ve C2 den oluşan gerilim bölücü ile beslenir. R devrenin çıkış direncini temsil eder buna yük direnci ve LC devresinin direnci de dahildir.
Eğer çalışılan frekans çok yüksek değilse transistörün kaçak kapasiteleri yok sayılabilir. Bu durumda osilasyon frekansını veren eşitlik aşağıdaki gibidir.
Devrenin osilasyona başlayabilmesi için barkhausen kriterinin sağlanması gerekir. Dolayısı ile
olmalıdır. Colpitts osilatörde ß, C1/C2 den oluşan geribesleme faktörünü, A ise gmR olan gerilim kazancını temsil eder. Düzenlersek
olmalıdır. Osilasyonun başlaması içinse kapalı çevrim kazancının en az 1 olması gerekir. Bu durumda yukarıdaki ifade
şeklini alır.
Buraya kadar elde ettiğimiz denklemleri kullanarak aşağıdaki colpitts devresinin değerlerini 1Mhz lik osilasyon frekansı için hesaplayalım.
Devrenin çalışma gerilimini keyfi olarak 12V seçtik. Kullanılan transistörü ise çalışacağımız frekansa göre seçmemiz gerekir. Transistörün datasheetinde fT olarak verilen değerin 3 te birinden düşük bir frekansta çalışmamız gerekir. BC337 için bu değer 100MHz dir. Düşündüğümüz osilasyon frekansı 1MHz olduğundan BC337 uygulama için uygun bir transistördür.
Direnç değerlerini bulmak için devrenin DC eşdeğeri üzerinden gidilir. DC eşdeğerde C ler açık devre L ler ise kısa devre olarak düşünülür. Bu durumda yukarıdaki devre için DC eşdeğerde transistör, kaynak gerilimi ve 4 adet direnç kalır. Kollektör akımını 3mA olarak seçer ( yüksek kollektör akımları düşük çıkış direnci, düşük kollektör akımları ise yüksek çıkış dirençi demektir) ve R4 direncini 1K olarak belirlersek. Yaklaşık kollektör akımını emetör akımına eşit olacağından R4 direnci üzerinden de aynı akım geçerek, R4 emetör direnci üzerinde 3V luk bir gerilim düşümüne neden olur. Baz emetör arası gerilimin 0.7V olduğunu düşünürsek BC337 nin baz gerilimi 3.7V olmalıdır. Bu durumu sağlayan R1 ve R2 dirençleri sırasıyla 22K ve 10K olabilir. R3 ise bulunacak son adımdır.
Devrenin osilasyon frekansının LC devresine bağlı olduğunu söylemiştik. Bu durumda C5 15nF, C4 1nF, L ise 27μH seçilirse osilasyon frekansı yaklaşık 1MHz olacaktır.
Osilasyonun başlaması için gereken şart
idi. C2/C1=C5/C4 olduğundan eşitliğin sağ tarafı 15 dir. Dolayısı ile gmR, 15 den büyük veya eşit olmalıdır.
Burada gm=Ic/26mV dur. Kollektör akımını 3mA seçtiğimizden gm yaklaşık olarak 0.115 dir. O halde R, 15/0.115 den, 130Ω dan büyük olmalıdır. Emetör direnci R4 gibi, kollektör direnci (R3) de 1K seçilebilir. Çok büyük direnç değerleri ise transistörü doyuma götüreceğinden devrenin çıkışındaki işaretim kırpılmasına neden olabilir.
Devrenin son hali yukarıdaki gibidir. C3 emetör bypass kapasitesidir. C1 AC olarak bataryayı kısa devre eder. C2 ise geribesleme hattında olduğundan C4 ile C5 arasında herhangi bir değer olabilir. Bu uygulama da C2 için 10nF lık bir kondansatör yeterlidir. İstenirse C2 değeri değiştirilerek çıkıştaki işaretin genliği ile oynanabilir. Fakat gereğinden büyük veya düşük değerler osilasyonu durdurabilir veya çıkış işaretinin bozulmasına neden olabilir.
