Oscillatore di Colpitts

In questo articolo parleremo dell’oscillatore di Colpitts. Più in generale un oscillatore è un circuito elettronico che genera forme d’onda di frequenza, forma e ampiezza di varie tipologie senza aver bisogno di un segnale di ingresso.

Gli oscillatori

Gli oscillatori sono impiegati in innumerevoli applicazioni come ad esempio:

• la temporizzazione di circuiti
• generazione di portanti per le telecomunicazioni
• strumenti elettromedicali
• strumenti di misura e test

Si definiscono oscillatori armonici quei circuiti elettronici che producono un segnale di andamento sinusoidale. Si tratta in pratica di un amplificatore in cui l’uscita è riportata all’ingresso con una retroazione positiva attraverso un filtro passa-banda.

Funzionamento e tipologie di oscillatori

Alimentando il circuito oscillatore si verificheranno i seguenti fenomeni:

• l’amplificatore produce inevitabilmente in uscita del rumore
• il circuito di reazione riporta in ingresso le componenti del rumore della frequenza del filtro passa-banda che verranno amplificate
• il ciclo si ripete fino a che si arriva al regime di funzionamento.

Gli oscillatori sinusoidali sono di tre principali categorie. Questa classificazione
emerge dalle caratteristiche elettroniche dei vari schemi circuitali. Possiamo quindi classificare gli oscillatori nelle seguenti categorie:

• Oscillatori RC. Nel circuito ci sono solo Resistori e Condensatori oltre al componente attivo che è l’amplificatore. Ricordiamo l’oscillatore a ponte di Wien, l’oscillatore a sfasamento, l’oscillatore a Doppio T, l’oscillatore in quadratura.
• Gli Oscillatori LC. Utilizzano Resistori, Induttori e Condensatori insieme alla parte amplificatore. Il circuito RLC ha oscillazioni più stabili e necessariamente deve utilizzare qualche componente elettronico aggiuntivo. Di questi oscillatori si ricordano quello di Hartley, quello di Messner e l’oscillatore di Colpitts che illustreremo nel dettaglio.
• Oscillatori con il quarzo. Questi oscillatori utilizzano un cristallo di quarzo piezoelettrico al posto del circuito LC. Grazie alle proprietà piezoelettriche dei cristalli di quarzo, questi oscillatori hanno una maggiore stabilità in frequenza e conservano le caratteristiche elettroniche lavorando con un insieme di temperature più ampio. Tra i più utilizzati ricordiamo l’oscillatore di Pierce.

L’oscillatore Colpitts

Questo circuito elettronico che prende il nome dal suo ideatore costituisce una soluzione semplice e affidabile per generare segnali di buona qualità. L’oscillatore è di tipo LC e la retroazione è di tipo ad accoppiamento induttivo. La retroazione avviene attraverso un trasformatore (Induttore L) scelto in modo opportuno. Ad esempio per frequenze levate si scelgono bobine avvolte in aria. Nel circuito di Colpitts ci sono due condensatori e la frequenza di risonanza può essere variata modificando il valore di uno dei due condensatori. Questo oscillatore ha un buon funzionamento per frequenze che raggiungono i 100 Mhz. Per realizzare oscillatori con frequenze inferiori ai 100 MHz si preferisce l’oscillatore di Hartley. L’oscillatore di Colpitts usa un partitore capacitivo, rendendolo più stabile e adatto alle alte frequenze rispetto alla bobina con presa centrale dell’oscillatore di Hartley.

Un esempio pratico

Nello schema in figura un esempio pratico di oscillatore di Colpitts che oscilla ad una frequenza di circa 31,6kHz. Questo circuito oscillatore di Colpitts produce un’onda sinusoidale in uscita superiore a 12 Vpp. La frequenza approssimativa viene impostata dai valori scelti per L1, C2 e C3. Funziona con una batteria da 9 V o con un alimentatore CC fino a 12 V. La corrente di alimentazione a 9 V è di circa 20 mA. Il circuito può essere costruito su una breadboard a scopo di test, dove si scoprirà che il valore di R3, nello schema impostato a 470 ohm, è piuttosto critico. Questa resistenza può essere sostituita con un valore leggermente inferiore per modificare il guadagno dell’amplificatore. Nel dettaglio l’elenco dei componenti:

Richiami teorici

• Reattanza induttiva: Xl = ωL o anche Xl = 2πf x L
• Reattanza capacitiva: Xc = 1/ωC o anche Xc = 1/2πf x C

Dopo aver eseguito su breadboard il circuito si possono eseguire le seguenti attività di verifica:

• Misurazioni con il circuito oscillante in classe C:

1. La corrente di alimentazione
2. La tensione di alimentazione
3. Tensione del collettore TR1
4. Tensione di base TR1
5. Tensione dell’emettitore TR1

• Bloccare temporaneamente le oscillazioni collegando un condensatore da 0,47 μF (non polarizzato) su L1 ed effettuare le seguenti misurazioni:

1. La corrente di alimentazione
2. Tensione del collettore TR1
3. Tensione di base TR1
4. Tensione dell’emettitore TR1

• Misurazione segnale in uscita

1. La tensione picco-picco
2. Livello DC dell’onda
3. Tempo periodico (T) dell’onda
4. Frequenza dell’onda (1/T)
5. Frequenza dell’onda calcolata da ƒ= 1/ 2π√(LC)

Pubblicità