Rc fáziseltolásos oszcillátor

Mi az oszcillátor?

Az oszcillátor olyan mechanikus vagy elektronikus szerkezet, amely néhány változótól függően produkál rezgést. Mindannyian rendelkezünk olyan eszközökkel, amelyekre oszcillátorokra van szükség, hagyományos órákra, amelyek mindannyian otthonunkban vannak, mint falióra vagy karóra, különféle típusú fémdetektorokkal, számítógépekkel, ahol mikrovezérlő és mikroprocesszorok vannak jelen, mind oszcillátorokat használnak, különösen az elektronikai oszcillátorokat, amelyek periodikus jeleket produkálnak.

RC oszcillátor és fázis:

Amint az RC oszcillátorról tárgyalunk, és mivel fáziseltolódási oszcillátornak is nevezik, tisztában kell lennünk azzal, hogy mi a fázis. Lásd ezt a képet: -

Ha látjuk a fenti szinuszos hullámot, mint ez, akkor egyértelműen látni fogjuk, hogy a jel kiindulópontja 0 fokos fázisban van, és ezt követően a jel minden csúcspontja pozitívról 0-ra, majd ismét negatív pont, majd ismét 0, vagyis 90 fok, 180 fok, 270 fok és 360 fok fázishelyzetben.

A fázis egy szinuszos hullám teljes ciklusperiódusa 360 fokos referenciában.

Most további késedelem nélkül nézzük meg, mi a fáziseltolás?

Ha a szinuszos hullám kezdőpontját 0 foktól eltérően eltoljuk, akkor a fázis eltolódik. A fáziseltolódást a következő képen fogjuk megérteni.

Ezen a képen két AC szinuszos jelhullám van bemutatva, az első zöld szinuszos hullám fázisa 360 fok, de a piros, amely az első, leolvasott jel másolata, 90 fokos a zöld jel fázisától.

Az RC oszcillátor segítségével eltolhatjuk a szinuszos jel fázisát.

Fázisváltás RC oszcillátor áramkör használatával:

Az RC az ellenállást és a kondenzátort jelenti. Egyszerűen létrehozhatunk egy fáziseltolódású ellenállás-kondenzátor hálózatot, csak egy ellenállás és egy kondenzátor kialakítás felhasználásával.

Amint az a felüláteresztő szűrő oktatóanyagában látható, itt ugyanaz az áramkör érvényes. Egy tipikus RC fáziseltolódású oszcillátor előállítható egy kondenzátorral sorban, párhuzamosan egy ellenállással együtt.

Ez egypólusú fáziseltolásos hálózat; az áramkör megegyezik a passzív felüláteresztő szűrővel. Elméletileg, ha egy fázisjelet alkalmazunk ezen az RC hálózaton, a kimeneti fázis pontosan 90 fokkal elmozdul. De ha a valóságban megpróbáljuk és ellenőrizzük a fáziseltolódást, akkor elérjük a 60 fok és a 90 fok közötti fáziseltolódást. Ez a gyakoriságtól és az összetevők tűréseitől függ, amelyek a valóságban káros hatást keltenek. Mivel mindannyian tudjuk, hogy semmi sem tökéletes, a tényleges ún. Vagy várható értékeknél valamilyen különbségnek kell lennie, mint a valóságnak. A hőmérséklet és egyéb külső függőségek nehézségeket okoznak a pontos 90 fokos fáziseltolás elérésében, a 45 fok általában, a 60 fok a frekvenciáktól függően gyakori, és a 90 fok elérése sok esetben nagyon nehéz munka.

Amint arról a High pass oktatóanyagban beszámoltunk, ugyanazt az áramkört fogjuk felépíteni, és vizsgálni fogjuk ugyanannak az áramkörnek a fáziseltolódását.

A High Pass szűrő áramköre és az alkatrészértékek az alábbi képen találhatók: -

Ezt a példát használtuk az előző passzív felüláteresztő szűrő oktatóanyagokban. 4,9 KHz sávszélességet fog produkálni. Ha ellenőrizzük a sarok frekvenciáját, akkor azonosítjuk a fázisszöget az oszcillátor kimenetén.

Most láthatjuk, hogy a fáziseltolódás 90 fokról indul, ami az RC oszcillátorhálózat maximális fáziseltolódása, de a sarokfrekvencia pontján a fáziseltolás 45 fokos.

Figyelembe véve azt a tényt, hogy a fáziseltolódás 90 fokos, vagy ha az oszcillátor áramkör szerkezetét úgy választjuk meg, mint egy speciális módszert, amely 90 fokos fáziseltolást eredményez, akkor az áramkör elveszíti immunitását a határtartományban a rossz frekvenciastabilizációs tényező miatt. Amint azt a 90 fokos pontnál el tudjuk képzelni, ahol a görbe épp akkor kezdődött, mint a 10 Hz vagy az alsó és a 100 Hz között, szinte sík. Ez azt jelenti, hogy ha az oszcillátor frekvenciája kissé megváltozik az alkatrészek toleranciája, hőmérséklet, egyéb elkerülhetetlen körülmények miatt, akkor a fáziseltolás nem változik. Ez nem jó választás. Tehát úgy gondoljuk, hogy 60 fokos vagy 45 fokos az elfogadható fáziseltolás az egypólusú RC hálózati oszcillátoroknál. A frekvencia stabilitás javulni fog.

Több RC-szűrő lépcsőzetes:

Három RC-szűrő:

Figyelembe véve ezt a tényt, hogy 90 fok helyett csak 60 fokos fáziseltolódást érhetünk el, három RC szűrőt kaszkádozhatunk (ha a fáziseltolódás 60 fokos az RC oszcillátorok által), vagy négy szűrő kaszkádba sorolásával (ha a fáziseltolás 45 fok minden RC oszcillátorral) és 180 fokot kap.

Ezen a képen három RC oszcillátor lépcsőzetesen lép fel, és minden alkalommal 60 fokos fázistolást adunk hozzá, végül a harmadik fázis után 180 fokos fáziseltolódást kapunk.

Ezt az áramkört szimulációs szoftverben építjük fel, és megnézzük az áramkör bemeneti és kimeneti hullámformáját.

Mielőtt bekerülne a videóba, nézze meg az áramkör képét, és az oszcilloszkóp csatlakozását is.

A felső képen 100pF kondenzátort és 330k ellenállás értéket használtunk. Az oszcilloszkóp van kötve az Input VSIN (A / sárga csatorna), az egész első pole kimenet (B / kék csatorna), 2 ^nd pólusú kimenet

(C / piros csatorna) és a végső kimenet között harmadik pólus (D / zöld csatorna).

Látni fogjuk a szimulációt a Videóban, és látni fogjuk a fázisváltozást 60 fokban az első póluson, 120 fokban a második póluson és 180 fokban a harmadik póluson. A jel amplitúdója is minimalizálja lépésről lépésre.

1 ^st pólus amplitúdó> 2. pólus amplitúdó> 3. pólus amplitúdója. Az utolsó pólus felé haladva csökken a jel amplitúdójának csökkenése.

Most látni fogjuk a szimulációs videót: -

Világosan látható, hogy minden pólus aktívan megváltoztatja a fázistolódást, és a végső kimeneten 180 fokra tolódik.

Cascade négy RC szűrő:

A következő képen négy RC fáziseltolódási oszcillátor található, mindegyik 45 fokos fázistolással, amelyek 180 fokos fáziseltolást eredményeznek az RC hálózat végén.

RC fázisváltó oszcillátor tranzisztorral:

Ezek mind passzív elemek vagy alkatrészek az RC oszcillátorban. 180 fokos fáziseltolódást kapunk. Ha 360 fokos fáziseltolást akarunk végrehajtani, akkor szükség van egy aktív komponensre, amely további 180 fokos fáziseltolást eredményez. Ezt egy tranzisztor vagy egy erősítő végzi, és további tápfeszültségre van szükség.

Ezen a képen egy NPN tranzisztort használnak 180 fokos fáziseltolás előállítására, míg a C1R1 C2R2 C3R3 60 fokos fáziskésést eredményez. Tehát ennek a három 60 + 60 + 60 = 180 fokos fáziseltolásnak a felhalmozása másrészt további 180 fok hozzáadásával jön létre a tranzisztor teljes 360 fokos fáziseltolásával. 360 fokos fáziseltolódást kapunk a C5 elektrolit kondenzátoron. Ha meg akarjuk változtatni ennek a frekvenciának az egyik módját a kondenzátorok értékének megváltoztatására, vagy egy változó, előre beállított kondenzátort használunk a három póluson külön-külön az egyes fix kondenzátorok megszüntetésével.

A visszacsatolás kapcsolat készül letölteni az energiákat vissza az erősítő segítségével, hogy három pólusú RC hálózat. Szükséges a stabil pozitív rezgéshez és a szinuszos feszültség előállításához. A

visszacsatolási kapcsolat vagy a konfiguráció miatt az RC oszcillátor egy visszacsatolás típusú oszcillátor.

1921-ben Heinrich Georg Barkhausen német fizikus bevezette a „Barkhausen-kritériumot” a visszacsatolási hurok fáziseltolódásai közötti kapcsolat meghatározásához. A kritériumnak megfelelően az áramkör csak akkor oszcillál, ha a visszacsatoló hurok körüli fáziseltolás egyenlő vagy 360-szoros, és a hurok erősítése egy. Ha a fáziseltolás a kívánt frekvencián pontos, és a visszacsatoló hurok 360 fokos rezgést hoz létre, akkor a kimenet szinusz hullám lesz. Az RC szűrő ezt a célt szolgálja.

Az RC oszcillátor frekvenciája:

Könnyen meghatározhatjuk az oszcilláció frekvenciáját ezzel az egyenlettel: -

Hol,

R = ellenállás (ohm)

C = kapacitás

N = az RC hálózat száma lesz / lesz

Ezt a képletet a magas áteresztő szűrővel kapcsolatos tervezéshez használják, használhatunk aluláteresztő szűrőt is, és a fáziseltolás negatív lesz. Ebben az esetben a felső képlet nem működik az oszcillátor frekvenciájának kiszámításához, más képlet lesz alkalmazható.

Hol,

R = ellenállás (ohm)

C = kapacitás

N = az RC hálózat száma lesz / lesz

RC fázisváltó oszcillátor Op-erősítővel:

Mivel a tranzisztor, azaz a BJT segítségével RC fáziseltolódású oszcillátort építhetünk, a tranzisztorral is vannak más korlátozások.

1. Alacsony frekvenciák esetén stabil.
2. Csak egy BJT használata esetén a kimeneti hullám amplitúdója nem tökéletes, a áramkör stabilizálásához további áramkörökre van szükség.
3. A frekvencia pontossága nem tökéletes, és nem mentes a zajos interferenciától.
4. Kedvezőtlen terhelési hatás. A kaszkádképződés miatt a második pólus bemeneti impedanciája megváltoztatja az első pólusszűrő ellenállási tulajdonságait. A szűrők fokozatosan lépcsőznek, és a helyzet tovább romlik, mivel ez befolyásolja a számított fáziseltolásos oszcillátor frekvenciájának pontosságát.

Az ellenállás és a kondenzátor közötti csillapítás következtében az egyes fokozatok vesztesége megnő, és a teljes veszteség kb . A bemenő jel 1/ 29- ^edik teljes vesztesége.

Mivel az áramkör csillapítja a 29/01 ^th van szükségünk, hogy visszaszerezze a veszteséget.

Itt az ideje megváltoztatni a BJT-t Op-erősítővel. Ezt a négy hátrányt is helyrehozhatjuk, és nagyobb teret kaphatunk az irányítás felett, ha a BJT helyett op-amp használunk. A nagy bemeneti impedancia miatt a terhelési hatás is hatékonyan szabályozott, mivel az op-amp bemeneti impedancia elősegíti az általános terhelési hatást.

Most további módosítások nélkül cseréljük ki a BJT-t Op-Amp-ra, és nézzük meg, mi lesz az Op-amp-ot használó RC oszcillátor áramköre vagy sematikája.

Mint láthatjuk, a Just BJT egy fordított op-amp-ra cserélődött. A visszacsatolási hurok az első pólusú RC oszcillátoron keresztül van összekötve, és az op-amp invertált bemeneti tűhöz vezet. Ennek az inverz visszacsatolási kapcsolatnak köszönhetően az op-amp 180 fokos fáziseltolódást fog eredményezni. További 180 fokos fáziseltolást biztosít a három RC fokozat. Megkapjuk a kívánt 360 fokos fáziseltolódott hullám kimenetét az OS-kimenetű első erősítőn. Az R4 az op-amp erősítésének kompenzációjára szolgál. Csúsztathatjuk az áramkört, hogy nagy frekvenciájú oszcillált kimenetet kapjunk, de az op-amp frekvenciatartományának sávszélességétől függően.

Továbbá, a szerzés a kívánt eredményt ki kell számolnunk az erősítés R4 ellenállás elérése 29 ^th -szer nagyobb amplitúdóval az egész op-amp, amennyire szükségünk van, hogy kompenzálja a veszteséget 29/01 ^th egész RC szakaszban.

Lássuk, elkészítünk egy áramkört valós komponensértékkel, és megnézzük, mi lesz az RC fáziseltolásos oszcillátor szimulált kimenete.

10k ohmos ellenállást és 500pF kondenzátort használunk, és meghatározzuk a rezgés frekvenciáját. Kiszámítjuk az erősítési ellenállás értékét is.

N = 3, mivel 3 szakaszot használunk.

R = 10000, mivel 10 k ohm ohmmá alakítva

C = 500 x 10 ^-12, mivel a kondenzátor értéke 500 pF

A kimenet 12995Hz, vagy a viszonylag közeli érték 13 KHz.

Mivel a op-erősítő erősítés szükséges 29 ^-én -szer értéke az erősítés ellenállás számítható ki: -

Nyereség = Rf / R 29 = R f / 10k Rf = 290k

Így állítják elő a fáziseltolásos oszcillátort RC alkatrészek és Op-amp segítségével.

Az RC fáziseltolódású oszcillátor alkalmazásához tartoznak olyan erősítők, amelyeknél az audiotranszformátort használják, és differenciális audiojelre van szükség, de az invertált jel nem áll rendelkezésre, vagy ha bármilyen alkalmazáshoz AC jelforrás szükséges, akkor az RC szűrőt használják. A jelgenerátor vagy a funkciógenerátor RC fáziseltolásos oszcillátort is használ.