oscilador de Colpitts: resistencia del emisor

Aunque tiene razón en que la resistencia del emisor desviará parte de la corriente de la señal, el factor más importante es que afecta la polarización del transistor.

Para que un amplificador se convierta en un oscilador, uno de los requisitos es que haya retroalimentación y que la ganancia general del bucle sea más que una unidad para tener en cuenta las pérdidas en varias partes del circuito.

Una vez que se inicia la oscilación, la amplitud seguirá aumentando hasta que algo haga que la ganancia disminuya, de modo que sea exactamente la unidad. En este tipo de amplificador, puede deberse a la saturación del amplificador donde está dando la mayor cantidad de salida posible, esto generalmente está relacionado con la corriente que fluye a través del dispositivo activo.

En ese punto, la amplitud estará determinada por la resistencia efectiva de pérdida del circuito resonante y la corriente de salida del amplificador.

Al reducir la resistencia del emisor, la resistencia a la pérdida empeora al omitir parte de la corriente de señal, pero también aumenta la corriente de reposo en el transistor y aumenta su capacidad de corriente de salida. En su caso, el último efecto es mayor que el anterior, por lo que la amplitud de salida aumenta.

La transconductancia del transistor también aumentará con la corriente que también cambiará las cosas y probablemente aumentará la ganancia.

Puede calcular las condiciones de CC ignorando la retroalimentación y tratándola como un simple amplificador.

Con los osciladores puede que no sea tan simple como acabo de describir, ya que también hay efectos no lineales. La señal de CA en el emisor puede ser rectificada por la unión base-emisor y afectar el voltaje en la base y, por lo tanto, cambiar las condiciones de polarización de CC. En muchos casos, este puede ser el factor dominante, también puede causar que las oscilaciones se modulen en una frecuencia baja en la que las oscilaciones se detendrán y comenzarán repetidamente, lo que se conoce como squegging Este comportamiento a menudo se explota en receptores súper regenerativos.

El oscilador de onda sinusoidal de estilo antiguo es un amplificador con un circuito de realimentación que produce una amplificación total infinita en la frecuencia determinada (vea la NOTA 1). El oscilador Colpitts fue una de esas construcciones que podría proporcionar un funcionamiento razonable con tubos de triodo de baja ganancia. Su ventaja sobre otros circuitos comunes no era la necesidad de bobinas múltiples o giradas.

El circuito se hereda a las radios de transistores. Pero hoy no es en absoluto crítico (= no es necesario realizar cálculos cuidadosos) debido a la alta ganancia disponible en los transistores modernos.

Pero volviendo a la teoría: si el amplificador fuera ideal, la amplitud de oscilación crecería infinitamente. En la práctica, existen 2 mecanismos de recorte que limitan la amplitud de salida:

• no hay suficiente Vce, el transistor se satura
• Ic no puede ser negativo.

Si hace que R1 sea más pequeño, el punto de operación cambia a un valor Ic de reposo más grande. Tiene más espacio para columpiarse antes de que se produzca el recorte. Eso significa que son posibles mayores voltajes de CA en las partes reactivas. Eso se muestra como una mayor amplitud de voltaje de salida si el recorte fue causado por Icmin = 0.

NOTA 1: El circuito LC realmente es un circuito de realimentación dependiente de la frecuencia para un amplificador de base común (= entrada en el emisor). La oscilación ocurre en la frecuencia, donde

• el amplificador amplifica más de lo que se atenúa el circuito de realimentación
• el cambio de fase total, cuando la señal viaja a través del amplificador y regresa a la entrada del amplificador, es de 0 grados o un múltiplo de 360 grados.

Si el amplificador está invirtiendo, entonces el circuito de realimentación necesita invertir la fase nuevamente. No es el caso aquí.

Los circuitos resonantes LC tienen una curva pronunciada para el cambio de fase frente a la frecuencia cercana a la frecuencia resonante. Es por eso que la frecuencia de oscilación generalmente está cerca de la frecuencia de resonancia.

La ganancia infinita: imagina un ruido que circula en el bucle. Se amplifica en cada vuelta. En la frecuencia de oscilación, no lucha con la oscilación acumulada en el circuito LC, pero aumenta su amplitud hasta que se alcanza el máximo de amplitud física (= límite del clip).

En la teoría de sistemas a nivel universitario, prueban todo esto con funciones de transferencia de variables complejas. Esa teoría no fue especialmente para la electrónica, también es esencial para los sistemas de control.

Dentro del emisor (y mucho más allá del alcance) está lo que se conoce como \ $ r_e \ $. A menudo se le conoce como "little r e". Esa resistencia se convierte en serie con la señal que proviene de la unión de los dos condensadores, por lo que limita la ganancia del circuito del transistor.

\ $ r_e \ $ tiene un valor de 26 mV dividido por la corriente del emisor, por lo que, para una corriente del emisor de (por ejemplo) 1 mA, tiene un valor de 26 ohms. Esta resistencia interna domina la resistencia del emisor externo en su circuito (2.2 kohm) y tanto, que prácticamente puede ignorar la 2.2 kohm.

Sin embargo, como 2.2 kohm establece la corriente del emisor, si la redujo a la mitad a 1.1 kohm, la corriente del emisor se duplicará pero, significativamente, \ $ r_e \ $ ahora cae a 13 ohms.

¿Puede ver que haga lo que haga (dentro de lo razonable) a la resistencia del emisor externo, no hay ninguna diferencia? Cualquier aumento en la atenuación causada por la resistencia externa debida a la reducción a la mitad o al cuartel se ve contrarrestada por la misma caída proporcional en \ $ r_e \ $.

Detrás de \ $ r_e \ $ está lo que podría llamarse el "emisor verdadero" y esto, en efecto, es un voltaje constante establecido por el voltaje base menos la caída del diodo directo del emisor base. Es muy parecido a la tierra virtual en una configuración de amplificador operacional: el voltaje del "emisor verdadero" es fijo y \ $ r_e \ $ es muy similar a la resistencia de entrada en el circuito inversor de amplificador operacional: cuanto menor sea su valor, más la ganancia del circuito aumenta.

Entonces, si \ $ r_e \ $ se reduce en 2, se duplica la ganancia potencial efectiva de este tipo de oscilador de colpitos y se obtiene una señal más grande en el colector.

La resistencia inferior R1 en el emisor produce un Rin inferior [1 / g, o 0.026 / Ie_amps] en el emisor, que extrae más energía del divisor capacitivo.

Sin embargo, con los circuitos resonantes, la transferencia de energía a veces necesita atención para hacer coincidir. Lee sobre eso.

Además, los circuitos LC solo almacenan energía si hay una trayectoria de circuito cerrado para que la energía circule. Agregue un Cbypass grande desde la parte superior del inductor a la parte inferior de la resistencia del emisor (parte inferior de C2). La ESR de ese Cbypass ..... afectará la Q.