Oscilador Colpitts con Amplificador operacional
El siguiente proyecto es un oscilador LC por corrimiento de fase en atraso conocido con el nombre de oscilador Colpitts. Fue desarrollado en 1918 por el ingeniero estadounidense Edwin Colpitts. Tiene dos partes básicas, un amplificador inversor y un filtro pasa bajos pasivo de tercer orden LC. El circuito es el siguiente:
La función del filtro pasa bajos es generar la oscilación a una frecuencia determinada, en donde ademas desfasa la señal en voltaje 180 grados, su señal se realimenta al amplificador inversor que se encarga compensar la pérdida que se da en el filtro pasa bajos haciendo que la magnitud del oscilador se mantenga constante de uno, en donde también desfasa la señal de voltaje otros 180 grados, dando en total un desfase de 360 grados. El circuito del filtro LC es el siguiente:
Las funciones de transferencia en voltajes y corrientes del filtro son las siguientes:
Las premisas de diseño son:
- Desfase en la red de realimentación de 180 grados.
- La pérdida en magnitud que se da en la red de realimentación (filtro LC) debe ser compensada por el amplificador inversor dando como resultado una ganancia total del circuito igual o mayor a uno.
- La red de realimentación al ser un filtro LC debe tener un alto factor de calidad (mayor a 10).
** En este análisis se asumirá que Rx es la novena parte de R ( Rx=R/9 ). **
Teniendo en cuenta lo anterior las ecuaciones de diseño son las siguientes:
Donde R, Rx, L y RF se colocaron en función del capacitor C y de la frecuencia de oscilación f.
** En este análisis se asumirá que Rx es la novena parte de R ( Rx=R/9 ). **
Teniendo en cuenta lo anterior las ecuaciones de diseño son las siguientes:
Tenga en cuenta:
- El valor del capacitor C es libre, escoja el valor mas adecuado. En caso de querer aumentar el valor de la inductancia L se debe disminuir el valor de C.
- La salida se toma en la salida del amplificador operacional.
- La salida se toma en la salida del amplificador operacional.
- Los valores pico del oscilador están limitados a los valores VOH y VOL del amplificador operacional.
- La fuente de polarización usada debe ser una fuente dual simétrica.
- La máxima frecuencia que se pueda generar depende del amplificador operacional que se vaya a usar, si se desea generar alta frecuencia es recomendable usar amplificadores como el LM318 o similares que tiene una ganancia-ancho de banda grandes.
- En caso de que el circuito no oscile se debe aumentar un poco el valor RF. Y en caso de que el circuito si oscile pero la señal de salida salga saturada se debe disminuir un poco el valor de RF.
- En caso de que el circuito no oscile se debe aumentar un poco el valor RF. Y en caso de que el circuito si oscile pero la señal de salida salga saturada se debe disminuir un poco el valor de RF.
Calculadora oscilador Colpitts con Opamp
Como usar la calculadora:
- Para los datos de entrada en caso de tener decimales se usa el punto no la coma. De usar la coma se produce error.
- La frecuencia de oscilación f se puede ingresar en Hertz (Hz), kilohertz (kHz) o en Megahertz (MHz).
- El condensador C se puede ingresar en picofaradios (pF), nanofaradios (nF), microfaradios (uF) o en milifaradios (mF).
- El condensador C se puede ingresar en picofaradios (pF), nanofaradios (nF), microfaradios (uF) o en milifaradios (mF).
- Las resistencias R, Rx y RF se pueden ajustar a ohmios (Ω), kiloohmios (kΩ) o a Megaohmios (MΩ).
- La inductancia L se puede ajustar a picohenrios (pH), nanohenrios (nH), microhenrios (uH) o a milihenrios (mH).
- La inductancia L se puede ajustar a picohenrios (pH), nanohenrios (nH), microhenrios (uH) o a milihenrios (mH).
Ejemplo 1. Diseñe un oscilador Colpitts a una frecuencia de 10kHz. Use el amplificador TL081. Se usará una fuente dual de 12 voltios.
Solución. Se escoge 270nF como valor de C (se puede escoger cualquier otro valor), hallamos el valor de R:
Hallamos el valor de Rx:
Ahora hallamos el valor de L:
Y ahora hallamos el valor de RF:
El circuito queda de la siguiente manera:
La simulación es la siguiente:
La línea amarilla es la señal de salida vo, y la línea azul es la señal de salida del filtro pasa bajos vx. Se puede ver que la frecuencia de salida es de 10kHz. Para arreglar la saturación en la señal de salida se debe disminuir un poco el valor de RF.
Ejemplo 2. Diseñe un oscilador Colpitts a una frecuencia de 50kHz. Use el amplificador LF351. De fuente de polarización use una fuente dual de 10 voltios.
Solución. Se escoge 56nF como valor de C. Hallamos el valor de R:
Hallamos el valor de Rx:
Hallamos el valor de L:
Y finalmente hallamos el valor de RF:
El circuito queda de la siguiente forma:
La simulación es la siguiente:
La línea azul es la señal de salida vo, y la línea amarilla es la señal de salida del filtro pasa bajos vx. Se puede ver que la frecuencia de salida es de 50 kHz y que la señal de salida está limitada entre VOH y VOL.
Ejemplo 3. Diseñe un oscilador Colpitts a una frecuencia de 250kHz. Use el amplificador LM318. Se usará una fuente dual de 15 voltios.
Solución. Se escoge 10nF como valor de C. Hallamos el valor de R:
Hallamos el valor de Rx:
Hallamos el valor de L:
Y ahora hallamos el valor de RF:
El circuito queda de la siguiente forma:
La simulación es la siguiente:
La línea azul es la señal de salida del amplificador vo, y la línea amarilla es la señal de salida del filtro pasa bajos vx. Se puede ver que la frecuencia de salida es de 250 kHz. Para arreglar la saturación de la señal de salida se debe disminuir un poco el valor de RF.
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Podrias pasarme el desarrollo de la funcion de transferencia y como pasaste de eso al despeje de los componentes ?. muy buen aporte, gracias.
ResponderBorrarBuenas.
ResponderBorrarCordial saludo.
Podrías regalarnos la fuente o el libro de donde sacaste esas fórmulas por favor.
Gracias.