考畢茲(Colpitts)振盪電路設計步驟

考畢茲(Colpitts)振盪電路 原理圖

常用公式

1. Colpitts振盪器的振盪頻率計算公式
   
   CT = C1 // C2 並聯值
   
   

   上圖(例子電路圖)的振盪頻率就是 10.8KHz

2. 電感感抗計算公式
   $X_L=2\pi fL$

3. 電容容抗計算公式

   $X_L=\dfrac{1}{2\pi fC}$

4. Colpitts振盪器,振盪條件
   $X_{C1}+X_{C2} = X_L$
   也就是,總容抗要 = (或者接近)感抗

5. 反饋係數
   $反饋率 = \dfrac{C_1}{C_2}$

設計路線

1. 確定電路工作電壓---- 12V

2. 選擇合適的三極管---- 2N2222(S8050, 9014, 3904)

3. 確定所需要的振盪頻率---- 1.2MHz

4. 確定三級管直流工作點
   1).設定集電極—>發射極電流—>得到發射極電阻—>得出射極電壓(1mA --> 10mA 只要在三級管功率範圍內都可以,從功耗和穩定性上選個折中的值就可以)
   2).查看三極管放大倍數,得到相應的基極所需要的工作電流,通過射極電壓+0.7V 和
   基極電流 得出基極分壓電阻.
   3).選擇合適的集電極負載電感 L2 — 5mH,根據感抗計算公式可以算出,當頻率爲 1.2MHz 時感抗爲:
   $X_L=2{\pi}fL=2*3.14*1200000*0.005=75360=75K_Ω$

5. 選擇合適的電感 L
   我這裏選擇身邊有的電感 470uH,根據感抗計算公式得到感抗 XL
   $X_L = 2{\pi}fL = 2*3.14*1200000*0.00047 = 3541.92 = 3.54K_Ω$
   通過振盪條件公式(容抗 = 感抗)和容抗計算出電容
   $C_L = \dfrac{1}{2{\pi}fC} = 3541$
   $C = \dfrac{1}{2{\pi}fC_L} = 0.000 000 000 0374 = 37.4pF$

6. 計算對應的電容
   $C_T = C1//C2 = \dfrac{C1*C2}{C1+C2} = 37.4pF$
   設反饋率爲 10%
   則可得到 C1 約等於 41pF, C2 約等於 410pF
   $\dfrac{41*410}{41+410}=37.27pF$
   約等於計算出的感抗 37.41pF

7. 微調
   因爲元器件差異,可能與實際計算有出入,但差異不是很大,可以通過調節 C1,C2 微調至需要的工作頻率,C3,C4 是耦合電容(也可以說是隔直電容)

仿真動圖

顯示頻率爲 1.11MHz, 差異很小
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Multisim 14.0 仿真文件