Kapazitive Dreipunktschaltung

Die Colpitts-Schaltung, auch Colpitts-Oszillator genannt, ist eine elektronische Schaltung zur Erzeugung einer periodischen Wechselspannung (Sinusschwingung). Die Oszillationsfrequenz lässt sich durch die Dimensionierung der Bauteile bestimmen.

Geschichte

Grundschaltung des Colpitts-Oszillator

Der Colpitts-Oszillator wurde Edwin H. Colpitts erfunden und 1920 patentiert. Als Verstärker wurde eine Elektronenröhre (Triode) in Kathodenbasisschaltung verwendet. Der frequenzbestimmende Schwingkreis besteht aus der Spule und den beiden Kondensatoren unten im Bild.

Transistorschaltung

Transistorschaltung

Im nebenstehenden Bild ist er als Transistorschaltung (Kollektorbasisschaltung) dargestellt. Gegenüber dem früher erfundenen Meißner-Oszillator oder Hartley-Oszillator benötigt er nur eine Spule ohne Anzapfung. Der Schwingkreiskondensator C ist aufgeteilt in die zwei Kondensatoren C1 und C2. Die Hochfrequenz-Wechselspannung am oberen Anschluss von C1 ist doppelt so groß wie am oberen Anschluss von C2. Mit der Spannungsverstärkung des Transistor von 0.99 und dem Spannungsteiler R3, R4 ergibt sich eine Gesamtspannungsverstärkung von etwas über 1, wie für einen Oszillator nötig. Die Widerstände R1 und R2 bestimmen den Arbeitspunkt des Transistors. Über C3 wird der Schwingkreis gleichspannungsfrei an den Eingang des Verstärkers gekoppelt. Über C4 wird das Ausgangssignal des Oszillators ausgekoppelt. Dies ist günstig wegen geringer Rückwirkung und großer Amplitude.

Abstimmung

Für einen Abstimmoszillator im Superhet Empfänger ist der Colpitts-Oszillator gut geeignet, wenn die Induktivität variiert wird (Variometer-Abstimmung). Er ist weniger geeignet, wenn C1 oder C2 als Abstimmkondensator verwendet werden, weil damit das Teilerverhältnis und die notwendige Verstärkung verändert wird bzw. der Abstimmbereich durch den anderen Kondensator eingeschränkt ist. Man kann allerdings C2 und C3 wesentlich kleiner als notwendig machen und den Abstimmkondensator parallel dazu schalten. Alternativen für kapazitive Abstimmung sind die Hartley-Schaltung oder die Clapp-Schaltung.

Frequenz der erzeugten Schwingung

Die erzeugte Frequenz wird durch die Induktivität der Spule und die Reihenschaltung der Kapazitäten der Kondensatoren C₁ und C₂ bestimmt (Thomsonsche Resonanzformel):

$f_{res} = {1 \over 2 \pi \sqrt {L \cdot \left ({ C_1 \cdot C_2 \over C_1 + C_2 }\right ) }}$

Die Zusatzkapazitäten der restlichen Bauelemente verringern diese berechnete Frequenz.

Siehe auch

• Meißner-Schaltung
• Hartley-Schaltung
• Clapp-Schaltung

Literatur

• J.E. Brittain: Edwin H. Colpitts: A pioneer in communications engineering. 6 Auflage. Nr. 85, Proceedings of the IEEE, Juni 1997, ISSN 0018-9219, S. 1020-1021 (Info auf IEEE.org).