Oscylator z przesunięciem fazowym RC z op

Przesunięcia fazy oscylatora jest elektroniczny obwód oscylatora, który wytwarza wyjścia sinusoidy. Może być zaprojektowany z wykorzystaniem tranzystora lub wzmacniacza operacyjnego jako wzmacniacza odwracającego. Ogólnie rzecz biorąc, te oscylatory z przesunięciem fazowym są używane jako oscylatory audio. W oscylatorze przesunięcia fazowego RC, 180 stopniowe przesunięcie fazowe jest generowane przez sieć RC, a kolejne 180 stopni jest generowane przez wzmacniacz operacyjny, więc wynikowa fala jest odwracana o 360 stopni.

Oprócz generowania fali sinusoidalnej służą one również do zapewnienia znacznej kontroli nad procesem przesunięcia fazowego. Inne zastosowania oscylatorów z przesunięciem fazowym to:

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

Zanim zaczniemy projektować oscylator przesunięcia fazowego RC, dowiedzmy się więcej o tym przesunięciu fazowym i fazowym.

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, możemy łatwo zidentyfikować 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 różnicującym od odniesienia 0 stopni.

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

Na tym obrazie przedstawiono dwie sinusoidalne fale prądu przemiennego, pierwsza zielona fala sinusoidalna ma fazę 360 stopni, a czerwona, która jest przesunięta o 90 stopni poza fazę sygnału zielonego.

To przesunięcie fazowe można wykonać za pomocą prostej sieci RC.

Oscylator przesunięcia fazowego RC

Prosty oscylator przesunięcia fazowego RC zapewnia minimalne przesunięcie fazowe o 60 stopni.

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

Idealnie, przesunięcie fazowe fali wyjściowej obwodu RC powinno wynosić 90 stopni, ale w praktyce jest to ok. 60 stopni, ponieważ kondensator nie jest idealny. Wzór na obliczenie kąta fazowego sieci RC podano poniżej:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Gdzie Xc to reaktancja kondensatora, a R to rezystor podłączony w sieci RC.

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.

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

Po co używać wzmacniacza operacyjnego do oscylatora z przesunięciem fazy RC zamiast tranzystora?

Istnieją pewne ograniczenia w używaniu tranzystora do budowy oscylatora przesunięcia fazowego RC:

1. Jest stabilny tylko dla niskich częstotliwości.
2. Oscylator przesunięcia fazowego RC wymaga dodatkowych obwodów do stabilizacji amplitudy przebiegu.
3. Dokładność częstotliwości nie jest doskonała i nie jest odporna na zakłócenia.
4. Efekt niekorzystnego ładowania. W wyniku tworzenia kaskady impedancja wejściowa drugiego bieguna zmienia właściwości rezystancyjne rezystorów filtru pierwszego bieguna. Im więcej filtrów ułożonych kaskadowo, tym sytuacja się pogorszy, ponieważ wpłynie to na dokładność obliczonej częstotliwości oscylatora z przesunięciem fazowym.

Z powodu tłumienia na rezystorze i kondensatorze, straty na każdym stopniu są zwiększone, a całkowita strata wynosi około 1/29 sygnału wejściowego.

Ponieważ obwód osłabia się na poziomie 1/29, musimy odzyskać stratę. Dowiedz się więcej o nich w naszym poprzednim samouczku.

Oscylator przesunięcia fazowego RC wykorzystujący wzmacniacz operacyjny

Kiedy używamy wzmacniacza operacyjnego do oscylatora przesunięcia fazowego RC, działa on jako wzmacniacz odwracający. Początkowo fala wejściowa trafiła do sieci RC, dzięki czemu uzyskujemy 180 stopni przesunięcia fazowego. I to wyjście RC jest podawane do zacisku odwracającego wzmacniacza operacyjnego.

Teraz, jak wiemy, wzmacniacz operacyjny będzie wytwarzał przesunięcie fazowe o 180 stopni, gdy działa jako wzmacniacz odwracający. Otrzymujemy więc 360-stopniowe przesunięcie fazowe wyjściowej fali sinusoidalnej. Ten oscylator przesunięcia fazowego RC wykorzystujący wzmacniacz operacyjny zapewnia stałą częstotliwość nawet w zmiennych warunkach obciążenia.

Wymagane składniki

• Układ scalony wzmacniacza operacyjnego - LM741
• Rezystor - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4,7k)
• Kondensator - (100pF - 3nos)
• Oscyloskop

Schemat obwodu

Symulacja oscylatora z przesunięciem fazy RC przy użyciu wzmacniacza operacyjnego

Oscylator przesunięcia fazowego RC zapewnia dokładne wyjście fali sinusoidalnej. Jak widać na filmie symulacyjnym na końcu ustawiliśmy sondę oscyloskopu na cztery stopnie obwodu.

Sonda oscyloskopowa	Typ fali
Najpierw	Wave wejściowa
Po drugie - B.	Fala sinusoidalna z przesunięciem fazowym o 90 stopni
Po trzecie - C.	Fala sinusoidalna z przesunięciem fazowym o 180 stopni
Po czwarte - D.	Fala wyjściowa (sinusoidalna) z przesunięciem fazowym o 360 stopni

Tutaj sieć sprzężenia zwrotnego oferuje przesunięcie fazowe o 180 stopni. Otrzymujemy 60 stopni z każdej sieci RC. Pozostałe 180-stopniowe przesunięcie fazowe jest generowane przez wzmacniacz operacyjny w konfiguracji odwracającej.

Do obliczenia częstotliwości oscylacji użyj poniższego wzoru:

F = 1 / 2πRC√2N

Wadą oscylatora z przesunięciem fazowym RC wykorzystującego wzmacniacz operacyjny jest to, że nie można go używać do zastosowań o wysokiej częstotliwości. Ponieważ zawsze, gdy częstotliwość jest zbyt wysoka, reaktancja kondensatora jest bardzo niska i działa jak zwarcie.