Введение

Кольпитский генератор, изобретенный в 1918 году канадско-американским инженером Эдвином Х. Колпитсом с использованием вакуумных ламп, является одним из множества схем LC-генераторов, электронных генераторов, использующих комбинацию индуктивностей (L) и емкостей (C) для создания колебаний на определенной частоте. Отличительной особенностью генератора Колпитса является то, что обратная связь для активного элемента снимается с делителя напряжения, образованного двумя конденсаторами, включенными последовательно на индуктивность.

Обзор

Схема Колпитса, как и другие LC-генераторы, состоит из усилительного элемента (например, биполярного транзистора, полевого транзистора, операционного усилителя или вакуумной лампы), выход которого соединен с входом в контуре обратной связи, содержащем параллельный LC-контур (настроенный контур), выполняющий функцию полосового фильтра для задания частоты генерации. Усилитель имеет различные входные и выходные импедансы, которые необходимо согласовать с LC-контуром, не вызывая его чрезмерного затухания. Генератор Колпитса использует пару конденсаторов для обеспечения делителя напряжения, чтобы осуществлять ввод и вывод энергии из настроенного контура. (Его можно рассматривать как электрический дуал генератора Хартли, где сигнал обратной связи снимается с "индуктивного" делителя напряжения, состоящего из двух катушек, включенных последовательно (или с отводом).) На рисунке 1 показана схема Колпитса с общим эмиттером. Индуктор L и последовательное соединение C1 и C2 образуют резонансный контур, определяющий частоту генератора. Напряжение на C2 подается на базу-эмиттерный переход транзистора в качестве обратной связи для создания колебаний. На рисунке 2 показана схема с общим коллектором. Здесь обратную связь обеспечивает напряжение на C1. Частота генерации приблизительно равна резонансной частоте LC-контура, представляющего собой последовательное соединение двух конденсаторов, параллельное индуктору:

Фактическая частота генерации будет немного ниже из-за емкостей переходов и активного сопротивления транзистора. Как и в случае с любым генератором, усиление активного элемента должно незначительно превышать затухание потерь резонатора и его делителя напряжения для обеспечения стабильной работы. Таким образом, генератор Колпитса, используемый в качестве генератора с переменной частотой (VFO), лучше всего работает при использовании переменной индуктивности для настройки, а не при настройке только одного из двух конденсаторов. Если требуется настройка с помощью переменного конденсатора, ее следует выполнять с помощью третьего конденсатора, подключенного параллельно индуктору (или последовательно, как в генераторе Клэппа).

Практический пример

Фиг. 3 показывает пример с указанием номиналов компонентов. Вместо полевых транзисторов можно использовать другие активные компоненты, такие как биполярные транзисторы или вакуумные лампы, способные обеспечить усиление на требуемой частоте. Усилитель с общим затвором имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление. Поэтому вход усилителя, являющийся источником, подключается к отводу с низким сопротивлением LC-контура L1, C1, C2, C3, а выход усилителя, являющийся стоком, – к отводу с высоким сопротивлением этого же контура. Резистор R1 устанавливает рабочую точку на уровне тока стока 0,5 мА без генерации колебаний. Выход снимается с отвода с низким сопротивлением и может нагружать некоторую нагрузку. При этом схема характеризуется низким уровнем гармонических искажений. Дополнительный переменный конденсатор, подключенный между стоком J1 и землей, позволяет изменять частоту контура. Резистор нагрузки RL является частью моделирования, но не входит в состав схемы.