考毕兹(Colpitts)振荡电路设计步骤

考毕兹(Colpitts)振荡电路 原理图

常用公式

1. Colpitts振荡器的振荡频率计算公式
   
   CT = C1 // C2 并联值
   
   

   上图(例子电路图)的振荡频率就是 10.8KHz

2. 电感感抗计算公式
   $X_L=2\pi fL$XL​=2πfL

3. 电容容抗计算公式

   $X_L=\dfrac{1}{2\pi fC}$XL​=2πfC1​

4. Colpitts振荡器,振荡条件
   $X_{C1}+X_{C2} = X_L$XC1​+XC2​=XL​
   也就是,总容抗要 = (或者接近)感抗

5. 反馈系数
   $反馈率 = \dfrac{C_1}{C_2}$反馈率=C2​C1​​

设计路线

1. 确定电路工作电压---- 12V

2. 选择合适的三极管---- 2N2222(S8050, 9014, 3904)

3. 确定所需要的振荡频率---- 1.2MHz

4. 确定三级管直流工作点
   1).设定集电极—>发射极电流—>得到发射极电阻—>得出射极电压(1mA --> 10mA 只要在三级管功率范围内都可以,从功耗和稳定性上选个折中的值就可以)
   2).查看三极管放大倍数,得到相应的基极所需要的工作电流,通过射极电压+0.7V 和
   基极电流 得出基极分压电阻.
   3).选择合适的集电极负载电感 L2 — 5mH,根据感抗计算公式可以算出,当频率为 1.2MHz 时感抗为:
   $X_L=2{\pi}fL=2*3.14*1200000*0.005=75360=75K_Ω$XL​=2πfL=2∗3.14∗1200000∗0.005=75360=75KΩ​

5. 选择合适的电感 L
   我这里选择身边有的电感 470uH,根据感抗计算公式得到感抗 XL
   $X_L = 2{\pi}fL = 2*3.14*1200000*0.00047 = 3541.92 = 3.54K_Ω$XL​=2πfL=2∗3.14∗1200000∗0.00047=3541.92=3.54KΩ​
   通过振荡条件公式(容抗 = 感抗)和容抗计算出电容
   $C_L = \dfrac{1}{2{\pi}fC} = 3541$CL​=2πfC1​=3541
   $C = \dfrac{1}{2{\pi}fC_L} = 0.000 000 000 0374 = 37.4pF$C=2πfCL​1​=0.0000000000374=37.4pF

6. 计算对应的电容
   $C_T = C1//C2 = \dfrac{C1*C2}{C1+C2} = 37.4pF$CT​=C1//C2=C1+C2C1∗C2​=37.4pF
   设反馈率为 10%
   则可得到 C1 约等于 41pF, C2 约等于 410pF
   $\dfrac{41*410}{41+410}=37.27pF$41+41041∗410​=37.27pF
   约等于计算出的感抗 37.41pF

7. 微调
   因为元器件差异,可能与实际计算有出入,但差异不是很大,可以通过调节 C1,C2 微调至需要的工作频率,C3,C4 是耦合电容(也可以说是隔直电容)

仿真动图

显示频率为 1.11MHz, 差异很小
仿真文件下载

Multisim 14.0 仿真文件