Obwód oscylatora z przesunięciem fazowym

Wcześniej stworzyliśmy kompletny i szczegółowy samouczek dotyczący oscylatora przesunięcia fazowego. Tutaj zobaczymy praktyczną implementację oscylatora przesunięcia fazowego. W tym projekcie tworzymy obwód oscylatora przesunięcia fazowego na płytce stykowej i testujemy jego wyjście za pomocą oscyloskopu.

Co to jest przesunięcie fazowe i fazowe?

Faza jest pełnym okresem fali sinusoidalnej w odniesieniu do 360 stopni. Cały cykl definiuje się jako interwał wymagany, aby przebieg zwrócił dowolną wartość początkową. Faza jest oznaczona jako spiczasta pozycja w tym cyklu przebiegu. Jeśli zobaczymy falę sinusoidalną, z łatwością zidentyfikujemy fazę.

Na powyższym obrazku pokazano pełny cykl fal. Początkowy punkt początkowy fali sinusoidalnej ma fazę 0 stopni i jeśli zidentyfikujemy każdy dodatni i ujemny szczyt oraz 0 punktów, otrzymamy fazę 90, 180, 270, 360 stopni. Tak więc, gdy sygnał sinusoidalny rozpoczyna swoją podróż inną niż odniesienie 0 stopni, nazywamy to przesunięciem fazowym, różniąc się od odniesienia 0 stopni.

Jeśli zobaczymy następny obraz, ustalimy, jak wygląda podobnie fala sinusoidalna z przesunięciem fazowym …

Na tym obrazie przedstawiono dwie fale sygnału sinusoidalnego prądu przemiennego, pierwsza zielona fala sinusoidalna ma fazę 360 stopni, a czerwona jest repliką pierwszego sygnału, który jest przesunięty o 90 stopni poza fazę sygnału zielonego.

To przesunięcie fazowe można wykonać za pomocą prostej sieci RC.

Budowa i obwód

Oscylator z przesunięciem fazowym wytwarza falę sinusoidalną. Prosty oscylator z przesunięciem fazowym to oscylator RC, który zapewnia przesunięcie fazowe mniejsze lub równe 60 stopni.

Powyższy obraz przedstawia jednobiegunową sieć RC z przesunięciem fazowym lub obwód drabinkowy, który przesuwa fazę sygnału wejściowego o 60 stopni lub mniej.

Jeśli kaskadujemy tam sieć RC, uzyskamy przesunięcie fazowe o 180 stopni.

Teraz, aby wytworzyć oscylacje i wyjście fali sinusoidalnej, potrzebujemy aktywnego komponentu, tranzystora lub wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji odwracającej, i musimy przekazać sygnał wyjściowy tych komponentów do wejścia przez trzybiegunową sieć RC. Wytworzy 360-stopniowe przesunięcie fazowe na wyjściu i wytworzy sinusoidę.

W tym samouczku użyjemy tranzystora jako elementu aktywnego i wytworzymy przez niego falę sinusoidalną.

Wymagania wstępne

Aby zbudować obwód, potrzebujemy następujących rzeczy:

1. Płytka prototypowa

2. 3 sztuki kondensatorów ceramicznych.1uF

3. 3 sztuki rezystora 680R

4. Rezystor 2,2k 1 szt

5. Rezystor 10k 1 szt

6. Rezystor 100R 1 szt

7. Rezystor 68k 1 szt

8. Kondensator 100uF 1 szt

9. Tranzystor BC549

10. Zasilanie 9V

Schemat i działanie

Na powyższym obrazku pokazano schemat dla oscylatora z przesunięciem fazowym. Dostarczyliśmy wyjście jako wejście sieci RC, które jest ponownie dostarczane przez podstawę tranzystora. Sieci RC zapewniają niezbędne przesunięcie fazowe w ścieżce sprzężenia zwrotnego, które jest ponownie zmieniane przez tranzystor. Częstotliwość oscylatora RC można obliczyć za pomocą tego równania:

F to częstotliwość oscylacji, R i C to rezystancja i pojemność, a N oznacza liczbę używanych stopni przesunięcia fazowego RC. Ten wzór ma zastosowanie tylko wtedy, gdy sieć z przesunięciem fazowym używa tej samej wartości rezystancji i pojemności, co oznacza, że ​​R1 = R2 i C1 = C2 = C3. Oscylator przesunięcia fazowego może być wykonany jako oscylator o zmiennym przesunięciu fazowym, który może wytwarzać szeroki zakres częstotliwości w zależności od zadanej wartości określonej. Można to łatwo zrobić, zmieniając tylko stałe kondensatory C1, C2 i C3 na potrójny zmienny kondensator. W takich przypadkach należy ustalić wartość rezystora.

Na powyższym schemacie, R4 i R5 tworzą dzielnik napięcia, który dostarcza napięcie polaryzacji do tranzystora BC549. R6 wykorzystywane w celu ograniczenia prądu kolektora i R7 jest stosowany do stabilizacji termicznej BC549 tranzystora podczas pracy. C4 ma zasadnicze znaczenie, ponieważ jest to kondensator obejściowy emitera w BC549.

BC549 to epitaksjalny tranzystor krzemowy NPN. Na powyższym obrazku pokazano pakiet TO-92. Pierwszy pin (1) to kolektor, 2 to podstawa, a 3 to pin nadajnika. Jest szeroko stosowany w celu przełączania i wzmacniania. BC549 jest z tego samego segmentu co powszechnie stosowane 547, 548 itd. BC549 to wersja o niskim poziomie hałasu. Używamy tego do aktywnego komponentu naszego oscylatora z przesunięciem fazowym, który wzmocni i zapewni dodatkowe przesunięcie fazowe sygnału.

Zbudowaliśmy obwód na płytce stykowej.

Wyjście obwodu oscylatora przesunięcia fazy

Podłączyliśmy oscyloskop do wyjścia, aby zobaczyć falę sinusoidalną. Na poniższym obrazku zobaczymy nasze połączenia sondy oscyloskopowej.

Połączyliśmy dwie sondy oscyloskopowe, żółtą do wyjścia końcowego, a czerwoną do drugiej sieci RC. Żółty kanał oscyloskopu dostarczy wynik produkcji końcowej i Red kanał zapewni wyjście całej drugi etap filtr RC. Porównując dwa wyjścia, jasno zrozumiemy różnicę między dwiema fazami fali sinusoidalnej. Układ zasilamy z zasilacza stołowego 9V.

To jest końcowe wyjście z oscyloskopu.

Ostateczne dane wyjściowe, które przechwyciliśmy z oscyloskopu, pokazano na powyższym obrazku. Żółta fala sinusoidalna jest prawie w fazie, podczas gdy czerwony sygnał przechwycony z sieci RC ^drugiego stopnia jest poza fazą. Na poniższym filmie możemy zobaczyć przechwycony przebieg w sposób ciągły:

Wyjście jest dość stabilne, a zakłócenia są niższe. Pełne wideo można znaleźć na końcu tego projektu.

Ograniczenia obwodu oscylatora z przesunięciem fazy

Ponieważ używamy BJT do oscylatora z przesunięciem fazowym, istnieją pewne ograniczenia związane z BJT. Oscylacja jest stabilna przy niskich częstotliwościach, jeśli zwiększymy częstotliwość, oscylacja zostanie nasycona, a sygnał wyjściowy będzie zniekształcony. Ponadto amplituda fali wyjściowej nie jest tak doskonała, będzie wymagała dodatkowego zespołu obwodów do stabilizacji amplitudy obwodu falowego.

Niekorzystny efekt obciążenia jest również problemem na etapie sieci RC. Ze względu na efekt obciążenia impedancja wejściowa drugiego bieguna zmienia właściwości rezystancyjne następnego poprzedzającego filtra pierwszego bieguna. Dodatkowe kaskadowanie filtrów pogarsza ten efekt. Również z tego powodu trudno jest obliczyć częstotliwość oscylacji metodą standardowego wzoru.

Zastosowanie obwodu oscylatora z przesunięciem fazy

Głównym zastosowaniem oscylatora z przesunięciem fazowym jest tworzenie fali sinusoidalnej na jego wyjściu. Tak więc wszędzie tam, gdzie potrzebne jest generowanie czystej fali sinusoidalnej, stosowany jest oscylator z przesunięciem fazowym. Ponadto, w celu przesunięcia fazowego określonego sygnału, oscylator przesunięcia fazowego zapewnia znaczną kontrolę nad procesem przesuwania. Inne zastosowania oscylatorów z przesunięciem fazowym to:

1. W oscylatorach audio
2. Falownik sinusoidalny
3. Synteza głosu
4. Jednostki GPS
5. Instrumenty muzyczne.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o oscylatorze z przesunięciem fazowym, kliknij link.