Rc faseskiftoscillator ved bruk av op

En Phase Shift Oscillator er en elektronisk oscillatorkrets som produserer sinusbølgeutgang. Den kan enten utformes ved hjelp av transistor eller ved å bruke en Op-amp som inverterende forsterker. Vanligvis brukes disse faseforskyvningsoscillatorene som lydoscillatorer. I RC faseskiftoscillator genereres 180 graders faseskift av RC-nettverket og ytterligere 180 grader genereres av Op-amp, slik at den resulterende bølgen blir invertert 360 grader.

Bortsett fra å generere sinusbølgen, blir de også brukt til å gi betydelig kontroll over faseforskyvningsprosessen. Andre anvendelser av faseforskyvningsoscillatorer er:

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

Før vi begynner å designe RC-faseskiftoscillatoren, kan vi lære mer om fase- og faseskift.

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, kan vi enkelt 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-graders referanse, vi kaller det faseskift som skiller seg fra 0-graders referanse.

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 90 graders fase forskjøvet ut av det grønne signalets fase.

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

RC Phase Shift Oscillator

En enkel RC faseskiftoscillator gir et minimum faseskift på 60 grader.

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

Ideelt sett bør faseskiftet til utgangsbølgen til en RC-krets være 90 grader, men i praksis er det ca. 60 grader, da kondensatoren ikke er ideell. Formelen for beregning av fasevinkelen til RC-nettverket er nevnt nedenfor:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Hvor Xc er kondensatorens reaktans og R er motstanden koblet til RC-nettverket.

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

Nå for å skape svingning og sinusbølgeutgang trenger vi en aktiv komponent, enten Transistor eller Op-amp i inverterende konfigurasjon.

Hvis du vil lære mer om RC Phase Shift Oscillator, følg deretter lenken

Hvorfor bruke Op-amp til RC Phase Shift Oscillator i stedet for Transistor?

Det er noen begrensninger i bruk av Transistor for Building RC Phase Shift Oscillator:

1. Den er stabil kun for lave frekvenser.
2. RC faseforskyvningsoscillator krever ytterligere kretser for å stabilisere bølgeformens amplitude.
3. Frekvensnøyaktigheten er ikke perfekt, og den er ikke immun mot støyende forstyrrelser.
4. Bivirkningseffekt. På grunn av kaskadannelse endrer den andre polens inngangsimpedans motstandsegenskapene til det første polfilteret. Flere filtre kaskades mer situasjonen forverres, da det vil påvirke nøyaktigheten av beregnet faseforskyvningsoscillatorfrekvens.

På grunn av demping over motstand og kondensator økes tapet over hvert trinn, og det totale tapet er ca. 1/29 av inngangssignalet.

Når kretsen dempes ved 29/29, må vi gjenopprette tapet. Lær mer om dem i vår forrige opplæring.

RC Phase Shift Oscillator ved hjelp av Op-Amp

Når vi bruker op-amp for RC faseskiftoscillator, fungerer den som en inverterende forsterker. I utgangspunktet har inngangsbølgen vært i RC-nettverket, på grunn av hvilket vi får 180 graders faseforskyvning. Og denne utgangen fra RC blir matet inn i inverterterminalen til op-amp.

Nå som vi vet at op-amp vil produsere en 180 graders faseforskyvning når den fungerer som en inverterende forsterker. Så vi får en 360 graders faseforskyvning i utgangssinusbølgen. Denne RC faseskiftoscillatoren som bruker op-amp gir en konstant frekvens selv under varierende belastningsforhold.

Komponenter kreves

• Op-Amp IC - LM741
• Motstand - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Kondensator - (100pF - 3nos)
• Oscilloskop

Kretsdiagram

Simulering av RC Phase Shift Oscillator ved bruk av Op-Amp

RC faseskiftoscillator gir en nøyaktig sinusbølgeutgang. Som du kan se i simuleringsvideoen til slutt, har vi satt oscilloskopets sonde til fire trinn i kretsen.

Oscilloskop Probe	Bølgetype
Først - A	Inngangsbølge
Andre - B	Sinusbølge med 90 graders faseforskyvning
Tredje - C	Sinusbølge med 180 graders faseforskyvning
Fjerde - D	Utgangsbølge (sinusbølge) med 360 graders faseforskyvning

Her tilbyr tilbakemeldingsnettverket en faseskift på 180 grader. Vi får 60 grader fra hvert av RC-nettverket. Og det gjenværende 180 graders faseskiftet genereres av op-amp i den inverterende konfigurasjonen.

For å beregne svingningsfrekvensen, bruk nedenstående formel:

F = 1 / 2πRC√2N

Ulempen med RC faseskiftoscillator ved bruk av op-amp er at den ikke kan brukes til høyfrekvente applikasjoner. Fordi når frekvensen er for høy, er kondensatorens reaktans veldig lav, og den fungerer som en kortslutning.