振盪器與計時器

考畢子振盪器

/ KOL-pits /

考畢子振盪器是製作射頻正弦波的主力,從數百千赫茲一路到數百兆赫茲,遠高於 RC 型能舒適達到的範圍。它的核心是一個 LC 諧振槽:一顆電感與電容,像被敲的鐘或盪鞦韆的小孩一樣,天生就想在某一個特定頻率上振盪。放大器唯一的工作,是每個週期把一點能量回送到諧振槽,補回損失的部分,讓這口鐘永遠響下去而不衰減。

考畢子與眾不同之處在於回授的取出方式:諧振槽用兩顆串聯電容跨接在電感上,兩者的接點就是回授的取出點。把它想成一個電容分壓器,從諧振槽的擺動取出一部分,以正確的相位回送給電晶體或運放。振盪頻率是 f 等於 1 除以(2 乘以 pi 乘以根號(L 乘以 C_串聯)),其中 C_串聯 是兩顆電容的串聯值,C1 乘以 C2 除以(C1 加 C2)。舉例,L 等於 1 µH 配兩顆 100 pF 電容,C_串聯 為 50 pF,f 約 22 MHz。

考畢子受歡迎,因為電容分壓器好做,而且在高頻表現良好,那裡的雜散電容可被吸收進兩顆諧振槽電容裡而不致壞事。它的頻率穩定度遠優於 RC 振盪器,主要由穩定的 L、C 值與諧振槽的品質因數 Q(諧振的銳利程度)決定。要追求最佳穩定度,就把 LC 諧振槽換成石英晶體,得到替無數微控制器打拍子的「考畢子晶體振盪器」。它的近親哈特利做同樣的事,但改用「分壓的電感」而非「分壓的電容」取出回授。

選 L 等於 1 µH,兩顆各 100 pF 的電容。它們的串聯值是(100 乘以 100)除以(100 加 100)等於 50 pF。於是 f 等於 1 除以(2 乘以 pi 乘以根號(1 µH 乘以 50 pF)),約為 22 MHz。

LC 諧振槽在其諧振頻率振盪;電容取出點回送剛好足夠的能量來維持。

LC 振盪器的頻率隨溫度與元件老化的漂移,遠大於晶體,因為 L、C 值會變;別期待裸 LC 諧振槽能有石英等級的精度。較高的諧振槽 Q 會給出更乾淨、更穩定的音調,這就是低損耗電感在射頻很重要的原因。

又称
Colpitts LC oscillator考畢茲振盪器柯畢子振盪器