Rc fāzes nobīdes oscilators, izmantojot op

Phase Shift oscilatoru ir elektronisks oscilators ķēde, kas ražo sine wave produkciju. To var vai nu noformēt, izmantojot tranzistoru, vai kā apgrieztu pastiprinātāju izmantojot Op-amp. Parasti šie fāzes nobīdes oscilatori tiek izmantoti kā audio oscilatori. RC fāzes nobīdes oscilatorā 180 grādu fāzes nobīdi rada RC tīkls, bet vēl 180 grādus - Op-amp, tāpēc iegūtais vilnis tiek apgriezts par 360 grādiem.

Papildus sinusa viļņu izejas ģenerēšanai tie tiek izmantoti arī, lai nodrošinātu nozīmīgu kontroli pār fāzes nobīdes procesu. Citi fāzes nobīdes oscilatoru pielietojumi ir:

Audio oscilatoros
Sinusa viļņu invertors
Balss sintēze
GPS vienības
Mūzikas instrumenti.

Pirms sākam projektēt RC fāzes nobīdes oscilatoru, ļaujiet uzzināt vairāk par to fāzes un fāzes nobīdi.

Kas ir fāze un fāzes maiņa?

Fāze ir sinusoidāla viļņa pilna cikla periods 360 grādu atskaitē. Pilns cikls tiek definēts kā intervāls, kas nepieciešams, lai viļņa forma atgrieztu patvaļīgu sākotnējo vērtību. Fāze tiek apzīmēta kā smaila pozīcija šajā viļņu formas ciklā. Ja mēs redzam sinusoidālo vilni, mēs varam viegli noteikt fāzi.

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīts pilns viļņu cikls. Sinusoidālā viļņa sākotnējais sākuma punkts ir 0 grāds fāzē, un, ja mēs identificēsim katru pozitīvo un negatīvo pīķi un 0 punktus, mēs iegūsim 90, 180, 270, 360 grādu fāzi. Tātad, kad sākas sinusoidāls signāls, tas ir cits ceļš, nevis 0 grādu atskaite, mēs to saucam par fāzes nobīdi, kas atšķiras no 0 grādu atsauces.

Ja redzēsim nākamo attēlu, mēs identificēsim, kā fāzes nobīdīts sinusoidāls vilnis izskatās vienādi…

Šajā attēlā ir parādīti divi maiņstrāvas sinusoidālā signāla viļņi, pirmais zaļais sinusoidālais vilnis ir 360 grādu fāzē, bet sarkanais, kas ir 90 grādu fāze, nobīdījās no zaļā signāla fāzes.

Šo fāzes nobīdi var veikt, izmantojot vienkāršu RC tīklu.

RC fāzes maiņas oscilators

Vienkāršs RC fāzes nobīdes oscilators nodrošina minimālo fāzes nobīdi 60 grādos.

Virs attēla redzams viena pola fāzes nobīdes RC tīkls vai kāpņu ķēde, kas novirza ieejas signāla fāzi vienādai vai mazākai par 60 grādiem.

Ideālā gadījumā RC ķēdes izejas viļņa fāzes nobīdei jābūt 90 grādiem, bet praktiski tā ir apm. 60 grādi, jo kondensators nav ideāls. RC tīkla fāzes leņķa aprēķināšanas formula ir minēta zemāk:

φ = iedegums ^-1 (Xc / R)

Kur Xc ir kondensatora reaktivitāte un R ir rezistors, kas savienots RC tīklā.

Ja mēs kaskādēs tur RC tīklu, mēs iegūsim 180 grādu fāzes nobīdi.

Tagad, lai izveidotu svārstības un sinusa viļņu izvadi, mums ir nepieciešams aktīvs komponents - vai nu tranzistors, vai op-ampers invertēšanas konfigurācijā.

Ja vēlaties uzzināt vairāk par RC fāzes maiņas oscilatoru, noklikšķiniet uz saites

Kāpēc tranzistora vietā RC-fāzes maiņas oscilatoram izmantot Op-amp?

Transistora izmantošanai RC fāzes nobīdes oscilatora izveidošanai ir daži ierobežojumi:

Tas ir stabils tikai zemām frekvencēm.
RC fāzes nobīdes oscilatoram ir vajadzīgas papildu shēmas, lai stabilizētu viļņu formas amplitūdu.
Frekvences precizitāte nav perfekta, un tā nav pasargāta no trokšņainiem traucējumiem.
Negatīvs iekraušanas efekts. Kaskādes veidošanās dēļ otrā pola ieejas pretestība maina pirmā pola filtra rezistoru pretestības īpašības. Vairāk filtru kaskādē vairāk pasliktinās situācija, jo tas ietekmēs aprēķinātās fāzes nobīdes oscilatora frekvences precizitāti.

Sakarā ar vājinājumu visā rezistorā un kondensatorā, zaudējumi katrā posmā tiek palielināti, un kopējie zaudējumi ir aptuveni 1/29 no ieejas signāla.

Kad ķēde pavājinās 1/29, mums ir jāatgūst zaudējumi. Uzziniet vairāk par tiem mūsu iepriekšējā apmācībā.

RC fāzes nobīdes oscilators, izmantojot Op-Amp

Kad RC fāzes nobīdes oscilatoram izmantojam op-amp, tas darbojas kā apgriezts pastiprinātājs. Sākotnēji ievades vilnis ir bijis RC tīklā, kā rezultātā mēs iegūstam 180 grādu fāzes nobīdi. Šī RC izeja tiek ievadīta op-amp invertējošajā spailē.

Tagad, kad mēs zinām, ka op-amp radīs 180 grādu fāzes nobīdi, kad tas darbojas kā apgriezts pastiprinātājs. Tātad, mēs iegūstam 360 grādu fāzes nobīdi izejas sinusa vilnī. Šis RC fāzes nobīdes oscilators, izmantojot op-amp, nodrošina nemainīgu frekvenci pat dažādos slodzes apstākļos.

Nepieciešamās sastāvdaļas

Op-Amp IC - LM741
Rezistors - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
Kondensators - (100pF - 3nos)
Osciloskops

Ķēdes shēma

RC fāzes nobīdes oscilatora simulācija, izmantojot Op-Amp

RC fāzes nobīdes oscilators nodrošina precīzu sinusa viļņu izvadi. Kā redzat simulācijas video beigās, osciloskopa zondi esam iestatījuši uz četriem ķēdes posmiem.

Osciloskopa zonde	Viļņu tips
Pirmkārt - A	Ievades vilnis
Otrkārt - B	Sinusoidāls ar 90 grādu fāzes nobīdi
Trešais - C	Sinusoidāls ar 180 grādu fāzes nobīdi
Ceturtais - D	Izejas vilnis (sinusa vilnis) ar 360 grādu fāzes nobīdi

Šeit atgriezeniskās saites tīkls piedāvā fāzes nobīdi par 180 grādiem. Mēs iegūstam 60 grādus no katra RC tīkla. Un atlikušo 180 grādu fāzes nobīdi rada apgrieztās konfigurācijas op-amp.

Lai aprēķinātu svārstību biežumu, izmantojiet šādu formulu:

F = 1 / 2πRC√2N

RC fāzes nobīdes oscilatora trūkums, izmantojot op-amp, ir tāds, ka to nevar izmantot augstas frekvences lietojumiem. Tā kā vienmēr, kad frekvence ir pārāk augsta, kondensatora reaktivitāte ir ļoti zema, un tā darbojas kā īssavienojums.