Fáziseltolásos oszcillátor áramkör

Korábban létrehoztunk egy teljes és részletes oktatóanyagot a fáziseltolásos oszcillátorról. Itt láthatjuk a fáziseltolásos oszcillátor gyakorlati megvalósítását. Ebben a projektben fáziseltolásos oszcillátor áramkört hozunk létre a kenyérlapon, és kimenetét oszcilloszkóp segítségével teszteljük.

Mi a fázis és a fáziseltolás?

A fázis egy szinuszos hullám teljes ciklusperiódusa 360 fokos referenciában. A teljes ciklust úgy definiáljuk, mint azt az intervallumot, amely szükséges ahhoz, hogy a hullámalak tetszőleges kezdeti értékét adja vissza. A fázist ebben a hullámalakú ciklusban hegyes pozícióként jelöljük. Ha látjuk a szinuszos hullámot, akkor könnyen azonosíthatjuk a fázist.

A fenti képen egy teljes hullámciklus látható. A szinuszos hullám kezdeti kezdőpontja 0 fokos fázisban van, és ha minden pozitív és negatív csúcsot és 0 pontot azonosítunk, akkor 90, 180, 270, 360 fokos fázist kapunk. Tehát, amikor egy szinuszos jel elindul, a 0 fokos referenciától eltérő utazás, akkor fáziseltolásnak nevezzük, megkülönböztetve a 0 fokos referenciától.

Ha meglátjuk a következő képet, akkor azonosítani fogjuk, hogy a fázis eltolódott szinuszos hullám hasonlít…

Ezen a képen két AC szinuszos jelhullámot mutatunk be, az első zöld szinuszos hullám fázisa 360 fok, de a piros, amely az első jel másolata, amely 90 fokos fázis eltolódott a zöld jel fázisából.

Ez a fázistolás egyszerű RC hálózat segítségével történhet.

Építés és áramkör

Egy fáziseltolásos oszcillátor szinuszhullámot produkál. Egy egyszerű fáziseltolásos oszcillátor az RC oszcillátor, amely kevesebb vagy egyenlő, mint 60 fokos fáziseltolás.

A fenti képen egypólusú fáziseltolódású RC hálózat vagy létra áramkör látható, amely a bemeneti jel fázisát 60 fokkal vagy annál kisebb mértékben eltolja.

Ha ott kaszkádolunk RC hálózatot, 180 fokos fáziseltolódást kapunk.

Az oszcilláció és a szinuszhullám kimenet létrehozásához aktív komponensre van szükség, akár tranzisztorra, akár inverteres konfigurációban az Op-amp-ra, és vissza kell adnunk ezen alkatrészek kimenetét a három pólusú RC hálózaton keresztüli bemenetre. 360 fokos fáziseltolódást eredményez a kimeneten és szinuszhullámot produkál.

Ebben az oktatóanyagban a tranzisztort aktív elemként fogjuk használni, és ezen keresztül előállítjuk a szinusz hullámot.

Előfeltételek

Az áramkör kiépítéséhez a következő dolgokra van szükségünk:

1. Kenyérlap

2. 3 db.1uF kerámia kondenzátor

3. 3 db 680R ellenállás

4. 2,2k-os ellenállás 1 db

5. 10k ellenállás 1 db

6. 100R ellenállás 1 db

7. 68k-os ellenállás 1 db

8. 100uF kondenzátor 1 db

9. BC549 tranzisztor

10. 9V-os táp

Sematikus és működő

A fenti képen a fáziseltolásos oszcillátor sematikus ábrája látható. A kimenetet az RC-hálózatok bemeneteként szolgáltattuk, amely ismét a tranzisztor bázisán található. Az RC hálózatok biztosítják a szükséges fáziseltolódást a visszacsatolási úton, amelyet a tranzisztor ismét megváltoztat. Az RC oszcillátor frekvenciáját ennek az egyenletnek a segítségével lehet kiszámítani-

F az oszcillációs frekvencia, R és C az ellenállás és a kapacitás, az N pedig az alkalmazott RC fáziseltolás fokozatok számát jelenti. Ez a képlet csak akkor alkalmazható, ha a fáziseltolásos hálózat ugyanazt az ellenállási és kapacitásértéket használja, ez azt jelenti, hogy R1 = R2 és C1 = C2 = C3. A fáziseltolásos oszcillátor változtatható fáziseltolásos oszcillátorként állítható elő, amely a frekvenciák széles tartományát képes előállítani az előre beállított értéktől függően. Ezt könnyen megtehetjük, ha csak a C1, C2 és C3 rögzített kondenzátorokat változtatjuk meg hármas sávban változtatható kondenzátorral. Az ellenállás értékét ilyen esetekben rögzíteni kell.

A fenti vázlat szerint az R4 és R5 feszültségosztót képez, amely torzító feszültséget biztosít a BC549 tranzisztorhoz. A kollektor áramának korlátozására használt R6, az R7 pedig a BC549 tranzisztor hőstabilitására szolgál működés közben. A C4 elengedhetetlen, mivel ez a BC549 emitter by-pass kondenzátora.

A BC549 egy NPN epitaxiális szilícium tranzisztor. A fenti képen a TO-92 csomag látható. Az első csap (1) a kollektor, 2 az alap és 3 az Emitter csap. Széles körben használják kapcsolási és erősítési célokra. A BC549 a széles körben használt 547, 548 stb. Szegmenséből származik. A BC549 alacsony zajszintű változat. Ezt használjuk a fáziseltolásos oszcillátor aktív komponenséhez, amely felerősíti és további fáziseltolódást biztosít a jelhez.

Az áramkört kenyérlapra építettük.

A fáziseltolásos oszcillátor áramkörének kimenete

Csatlakoztattunk egy oszcilloszkópot a kimeneten, hogy lássuk a szinusz hullámot. Az alábbi képen láthatjuk az oszcilloszkóp szonda csatlakozásainkat.

Két oszcilloszkóp szondát csatlakoztattunk, a sárga kimenetet a végső kimeneten és a pirosat a második RC hálózaton keresztül. Az oszcilloszkóp sárga csatornája biztosítja a végső kimenet eredményét, a piros csatorna pedig a kimenetet a második fokozatú RC szűrőn keresztül. A két kimenet összehasonlításával világosan megértjük a szinusz hullám két fázisa közötti különbséget. Az áramkört 9 V-os tápegységről tápláljuk.

Ez az oszcilloszkóp végső eredménye.

Az oszcilloszkópról készített végső kimenet a fenti képen látható. A Sárga Szinuszhullám majdnem egy fázisban, míg a piros jelzés, elfoglalták a 2 ^nd szakaszban RC hálózat kiesik a fázisban. A rögzített hullámformát folyamatosan láthatjuk az alábbi videóban:

A kimenet elég stabil, és a zajinterferencia kisebb. A teljes videó a projekt végén található.

A fáziseltolásos oszcillátor áramkör korlátai

Mivel a BJT-t használjuk a fáziseltolásos oszcillátorokhoz, bizonyos korlátozások vannak társítva a BJT-vel. Az oszcilláció alacsony frekvenciákon stabil, ha növeljük a frekvenciát, az oszcilláció telítődik, és a kimenet torzul. Ezenkívül a kimeneti hullám amplitúdója nem olyan tökéletes, további áramkörre lesz szükség a hullámalakú áramkör amplitúdójának stabilizálásához.

A káros terhelési hatás szintén problémát jelent az RC hálózat szakaszában. A terhelési hatás miatt a második pólus bemeneti impedanciája megváltoztatja a következő megelőző első pólusszűrő ellenállási tulajdonságait. A lépcsőzetes további szűrők rontják ezt a hatást. Ezen okból kifolyólag nehéz kiszámítani az oszcillációs frekvenciát standard képlet módszerrel.

A fáziseltolásos oszcillátor áramkör használata

A fáziseltolásos oszcillátor fő célja, hogy szinusz hullámot hozzon létre a kimenetén. Tehát, ahol csak tiszta szinusz hullám generálásra van szükség, fáziseltolásos oszcillátort használnak. Emellett egy adott jel fáziseltolásának céljából a fáziseltolásos oszcillátor jelentős irányítást biztosít az eltolási folyamat felett. A fáziseltolásos oszcillátorok további felhasználási területei:

1. Audio oszcillátorokban
2. Szinuszhullámú inverter
3. Hangszintézis
4. GPS egységek
5. Hangszerek.

Ha többet szeretne megtudni a Phase Shift oszcillátorról, kövesse a linket.