Oscillatori a basso consumo, note sui circuiti Colpitts


L'uso di basse tensioni è una tendenza rilevante nei progetti RF. Che si tratti di prolungare la vita utile delle batterie od altro è innegabile che molte applicazioni portatili, dai moduli radio IoT (Internet delle cose) ai sistemi wireless per domotica, poggiano sul funzionamento a pochi Volt. Realizzare un oscillatore affidabile con dispositivi discreti che operi con minima alimentazione è certo possibile, dato però che il relativo dimensionamento mette in luce dettagli poco conosciuti abbiamo scritto questo post per favorirne la diffusione. Un nostro tecnico riprendendo lo schema già usato per redigere la nota Oscillatori RF, perchè i buoni progetti sono rari ha espanso l'analisi di un circuito Colpitts, dove vengono variati tipo di FET e valori di capacità, con ulteriori test. Il risultato viene riassunto nella figura che mostra il valore della tensione necessaria per assicurare al circuito l'inizio delle oscillazioni.

Minimo valore della tensione di alimentazione che garantisce al circuito l'inizio delle oscillazioni

Minimo valore della tensione di alimentazione che garantisce al circuito l'inizio delle oscillazioni in funzione del rapporto tra C1 / C2 per tre diversi FET

Le curve non sono di immediata lettura, ce ne rendiamo conto, ma offrono parecchi spunti di riflessione e per questa ragione ci permettiamo di chiedere la vostra attenzione. Il miglior componente tra quelli presi qui in considerazione si dimostra il 2N5484 che domina sugli altri. Ciò si giustifica dal fatto che non è la transconduttanza il fattore chiave (il J310 è nettamente superiore su questo punto) bensì si è vincolati al punto di polarizzazione da porsi in relazione alla tensione di cutoff. Cambiare il valore della resistenza che polarizza il sorce del FET permetterebbe dunque di traslare le curve su altri livelli. Altro aspetto è la possibilità di realizzare oscillatori ultra low power operanti a tensioni inferiori ai 3 Volt, ovvero corrispondenti a due batterie (celle) in serie.

Tale opzione è fattibile con tutti i FET ma per rapporti di capacità superiori a 2:1 si è obbligati ad impiegare il solo J310. Come ci si aspetta vi sono delle evidenti criticità a seconda dei dispositivi quando C1 diviene nettamente maggiore di C2, qui il circuito per operare richiede una Vcc progressivamente più alta. Da rammentare, transistor bipolari e soprattutto FET mostrano una ampia escursione nei valori caratteristici tra esemplare ed esemplare. Dispositivi con la stessa sigla sono di fatto non uguali e ciò implica, in una applicazione limite come quella che stiamo trattando, che nel caso si desideri sviluppare un circuito alimentato ad esempio a 1.8 Volt è bene avere disponibili alcuni FET dello stesso tipo così da sostituire l'elemento attivo qualora l'esemplare inserito sullo stampato si dimostrasse non adatto. Una raccolta di altri schemi di oscillatori è disponibile per le diverse esigenze di progetto.


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