Colpitts振荡器是什么 Colpitts振荡器概述及实例

Colpitts振荡器(英语：Colpitts oscillator)，又称考毕兹振荡器，电容三点式振荡器，电容反馈式振荡器，是由美国电机工程师艾德温·考毕兹于 1918 年发明的一种 LC 振荡器(利用电容和电感结合决定振荡频率的电子振荡器)设计。Colpitts 振荡器的特点是有源器件的反馈来自一个与电感串联的，由两个电容构成的分压器。

概述

像其他的 LC 振荡器一样，Colpitts 电路由一个增益器件(如双极结型晶体管、场效应管、运算放大器或真空管)的输出连在它的输入上，反馈回路包含一个 LC 并联电路(调谐电路)作为一个带通滤波器固定振荡频率。Colpitts 振荡器可以看成是 Hartley 振荡器的对偶，在哈特莱振荡器中反馈信号来自用两个线圈串联(或是一个抽头线圈)组成的“感性”分压器。L 和串联组合的 C1 与 C2 构成的并联谐振电路决定了振荡器的频率。在 C2 两端的电压作为反馈施加到晶体管的基极-发射极结，用以产生振荡。这里 C1 两端的电压提供反馈。振荡频率约为 LC 电路(即两个电容器与电感的串联组合)的谐振频率，

与任何振荡器一样，为了稳定工作，有源元件的放大率应略大于电容分压器的衰减。因此，使用可变电感可变频率振荡器调谐时，相对于调整两个电容的其中一个来说，可使 Colpitts 振荡器达到最佳性能。若需采用可变电容器调谐，应该将第三个电容与电感并接(或者像在克拉普振荡器中那样串联)。

实例

基地的电容为可能会产生不需要的频率的寄生电感提供一条交流通路接地。基极偏置电阻的选择并不简单。到达临界偏置电流时周期性振荡开始，并会随着偏置电流变化到一个更高的值，会观测到混沌振荡。

理论

分析振荡器的其中一种方法是在忽略回授影响的情形下计算其中一个输入端对应的输入阻抗，若算出的输入阻抗是负值则有可能出现振荡。以下利用这种方法决定振荡条件与振荡频率。

右边是一个理想模型。此模型是使用前一节中提到的共集极放大器。一开始把寄生电容或其他非线性元件的影响忽略，等到分析结束后再把这些项代回以进行更确确的计算。虽然看起来忽略了不少东西，但计算出的解与实验结果相比之后，仍然是可接受的。

忽略电感，所以输入阻抗可以写成：

以之前的振荡器为例，射极电流大约是 1 毫安培。跨导约 40 毫西门子(Simens)，代入上面的表示式，输入阻抗约为：

有趣的是，在上述分析还可以描述皮尔斯震荡器的行为。皮尔斯振荡器，有两个电容和一个电感，与 Colpitts 振荡器等效。可以通过将两个电容器之间设为接地点来证明。使用两个电感和一个电容的标准皮尔斯振荡器的电学对偶与哈特莱振荡器等价。

振荡幅度

振荡的振幅一般很难预测，但往往可以用描述函数方法准确地估计使的。

对于常见的基准振荡器，该方法施加在一个简化模型中可以预测输出(集电极)的电压幅值：

其中

这里假设该晶体管不饱和，集电极电流以窄脉冲流过，输出电压为正弦(低失真)。

这种近似的结果也适用于采用不同有源器件的振荡器，如 MOSFET 和真空管。