Faseskiftoscillatorkrets

Vi har tidligere laget en komplett og detaljert opplæring om Phase Shift Oscillator. Her vil vi se praktisk implementering av faseskiftoscillator. I dette prosjektet oppretter vi faseforskyvningsoscillatorkrets på brødbrett og tester utgangen ved hjelp av oscilloskop.

Hva er fase- og faseforskyvning?

Fase er en hel syklusperiode for en sinusformet bølge i en 360-graders referanse. En komplett syklus er definert som intervallet som kreves for at bølgeformen skal returnere sin vilkårlige startverdi. Fase er betegnet som en spiss posisjon på denne bølgeformsyklusen. Hvis vi ser den sinusformede bølgen, vil vi lett identifisere fasen.

På bildet ovenfor vises en komplett bølgesyklus. Det opprinnelige utgangspunktet for den sinusformede bølgen er 0 grader i fase, og hvis vi identifiserer hver positive og negative topp og 0 poeng, vil vi få 90, 180, 270, 360-graders fase. Så når et sinusformet signal starter, er det en annen reise enn 0-gradersreferansen, vi kaller det faseforskyvning som skiller seg fra 0-gradersreferanse.

Hvis vi ser neste bilde, vil vi identifisere hvordan en faseforskyvet sinusformet bølge ser like ut…

I dette bildet er det to AC sinusformede signalbølger presentert, den første grønne sinusformede bølgen er 360 grader i fase, men den røde som er kopien av det første signalet, som er 90 graders fase forskjøvet ut av det grønne signalets fase.

Denne faseskiftingen kan gjøres ved hjelp av et enkelt RC-nettverk.

Konstruksjon og krets

En faseforskyvningsoscillator produserer en sinusbølge. En enkel faseforskyvningsoscillator er RC-oscillator som gir mindre enn eller lik 60-graders faseforskyvning.

Ovenstående bilde viser et enkeltpolet faseskift RC-nettverk eller stigekrets som forskyver fasen til inngangssignalet lik eller mindre enn 60 grader.

Hvis vi kaskader der RC-nettverk, får vi 180-graders faseforskyvning.

Nå for å skape oscillasjon og sinusbølgeutgang trenger vi en aktiv komponent, enten Transistor eller Op-amp i inverterende konfigurasjon, og vi trenger å mate tilbake utgangen fra disse komponentene til inngangen gjennom det trepolede RC-nettverket. Det vil produsere en 360-graders faseforskyvning ved utgangen og produsere en sinusbølge.

I denne opplæringen vil vi bruke Transistor som et aktivt element og produsere sinusbølge gjennom den.

Forutsetninger

For å bygge kretsen trenger vi følgende ting-

1. Brettbrett

2. 3 stk.1uF keramiske kondensatorer

3. 3 stk 680R motstand

4. 2,2 k motstand 1 stk

5. 10k motstand 1 stk

6. 100R motstand 1 stk

7. 68k motstand 1 stk

8. 100uF kondensator 1 stk

9. BC549 Transistor

10. 9V strømforsyning

Skjematisk og arbeider

På bildet ovenfor vises skjematisk for faseskiftoscillator. Vi ga utgangen som inngangen til RC-nettverk som igjen er gitt over transistorens base. RC-nettverkene gir den nødvendige faseskiftet i tilbakemeldingsbanen som igjen endres av transistoren. Frekvensen til RC-oscillatoren kan beregnes ved hjelp av denne ligningen-

F er svingningsfrekvensen, R og C er motstanden og kapasitansen, og N står for antall RC-faseskiftetrinn som er brukt. Denne formelen gjelder bare hvis faseskiftnettverket bruker samme motstands- og kapasitansverdi, det betyr R1 = R2 og C1 = C2 = C3. Faseskiftoscillatoren kan lages som en variabel faseskiftoscillator som kan produsere et bredt spekter av frekvenser avhengig av den forhåndsinnstilte verdien som er bestemt. Dette kan gjøres enkelt ved å bare endre de faste kondensatorene C1, C2 og C3 med en tredobbelt variabel kondensator. Motstandsverdien bør være fast i slike tilfeller.

I skjemaet ovenfor danner R4 og R5 en spenningsdeler som gir en forspenning til transistoren BC549. Den R6 brukes til å begrense kollektorstrømmen og R7 er brukt for den termiske stabilitet av den BC549 Transistor under drift. C4 er viktig, siden dette er emitter-by-pass kondensatoren til BC549.

BC549 er en NPN Epitaxial Silicon Transistor. På bildet ovenfor vises TO-92-pakken. Første pinne (1) er samleren, 2 er basen og 3 er emitterpinnen. Det er mye brukt i bytte- og forsterkningsformål. BC549 er fra samme segment av mye brukt 547, 548 osv. BC549 er lite støyversjon. Vi bruker dette til faseskiftoscillatorens aktive komponent som vil forsterke og gi et ekstra faseskift til signalet.

Vi har konstruert kretsen på et brødbrett.

Utgang fra faseskiftoscillatorkrets

Vi koblet et oscilloskop over utgangen for å se sinusbølgen. På bildet nedenfor ser vi koblingene til oscilloskopet.

Vi koblet to oscilloskopprober, gul en over den endelige utgangen og den røde over andre RC-nettverk. Den gule kanalen i Oscilloskopet vil gi resultatet av den endelige utgangen, og den røde kanalen vil gi utgangen over andre trinns RC-filter. Ved å sammenligne de to utgangene vil vi tydelig forstå forskjellen mellom de to fasene i sinusbølgen. Vi driver kretsen fra 9V benkstrømforsyningsenhet.

Dette er den endelige produksjonen fra Oscilloskopet.

Den endelige produksjonen vi fikk fra Oscilloskopet, vises i bildet ovenfor. The Yellow sinuskurve er nesten i en fase, mens den røde signal, tatt fra 2 ^nd scenen RC Network er ute av fase. Vi kan se den fangede bølgeformen kontinuerlig i videoen nedenfor:

Utgangen er ganske stabil og støyforstyrrelsen er lavere. Komplett video finner du på slutten av dette prosjektet.

Begrensninger for faseskift oscillatorkrets

Ettersom vi bruker BJT for faseforskyvningsoscillator, er det visse begrensninger knyttet til BJT. Svingningen er stabil ved lave frekvenser, hvis vi øker frekvensen, vil svingningen mettes og utgangen vil bli forvrengt. Dessuten er ikke utgangsbølgemplituden så perfekt, den vil trenge ekstra kretser for å stabilisere amplituden til bølgeformkretsene.

Uønsket belastningseffekt er også et problem på RC-nettverksstadiet. På grunn av belastningseffekten endrer den andre polens inngangsimpedans motstandsegenskapene til det neste foregående første polfilteret. Ekstra filtre som faller forverrer denne effekten. På grunn av denne årsaken er det også vanskelig å beregne svingningsfrekvensen ved å bruke standardformelmetoden.

Bruk av faseskiftoscillatorkrets

Hovedbruken av en faseforskyvningsoscillator er å skape sinusbølge over utgangen. Så uansett hvor det er behov for ren sinusgenerering, brukes faseforskyvningsoscillator. For faseforskyvning av et bestemt signal tilveiebringer faseforskyvningsoscillatoren også betydelig kontroll over skiftingsprosessen. Andre anvendelser av faseforskyvningsoscillatorer er:

1. I lydoscillatorer
2. Sine Wave Inverter
3. Stemmesyntese
4. GPS-enheter
5. Musikkinstrumenter.

Hvis du vil lære mer om Phase Shift Oscillator, så følg lenken.