Осцилатор Рц фазног помака

Шта је Осцилатор?

Осцилатор је механичка или електронска конструкција која производи осцилације у зависности од неколико променљивих. Сви имамо уређаје којима су потребни осцилатори, традиционални сат који сви имамо у свом дому као зидни сат или ручни сат, разне врсте детектора метала, рачунаре на којима су укључени микроконтролер и микропроцесори, сви користе осцилаторе, посебно електронски осцилатор који производи периодичне сигнале.

РЦ осцилатор и фаза:

Док разговарамо о РЦ осцилатору, а како се назива и осцилатор фазног помака, потребно нам је поштено разумевање шта је то фаза. Погледајте ову слику: -

Ако видимо горњи синусоидни талас попут овог, јасно ћемо видети да је почетна тачка сигнала у фази 0 степени, а након тога свака вршна тачка сигнала од позитивне до 0 па опет негативна тачка па опет 0 означава се као 90 степен, 180 степени, 270 степени и 360 степени у фазном положају.

Фаза је пуни циклус синусоидног таласа у референци од 360 степени.

Сада без даљег одлагања да видимо шта је фазни помак?

Ако померимо почетну тачку синусоидног таласа за разлику од 0 степени, фаза се помера. Помак фазе ћемо разумети на следећој слици.

На овој слици су представљена два синусоидна сигнална таласа наизменичне струје, први зелени синусоидни талас је у фази од 360 степени, али црвени који је реплика првог, очитаног сигнала удаљен је 90 степени од фазе зеленог сигнала.

Коришћењем РЦ осцилатора можемо померити фазу синусоидног сигнала.

Фазни помак помоћу РЦ осцилаторног круга:

РЦ означава отпорник и кондензатор. Једноставно можемо формирати мрежу отпорника-кондензатора са фазним помаком користећи само један отпорник и једну кондензаторску формацију.

Као што се види у упутству за високопропусни филтер, овде се примењује исти склоп. Типичан РЦ фазна осцилатор може продуце помоћу кондензатора у серији заједно са отпорник паралелно.

Ово је мрежа са једнополним фазним померањем; коло је исто као и пасивни високопропусни филтер. Теоретски, ако применимо сигнал у фази преко ове РЦ мреже, излазна фаза ће се померити за тачно 90 степени. Али ако покушамо у стварности и проверимо фазни помак, тада постижемо фазни помак од 60 степени до мање од 90 степени. То зависи од учесталости и толеранција компонената које стварају штетне ефекте у стварности. Као што сви знамо да ништа није савршено, требало би да постоји нека разлика од стварних такозваних или очекиваних вредности од стварности. Температура и друге спољне зависности стварају потешкоће да се постигне тачан фазни помак од 90 степени, 45 степени је генерално, 60 степени је уобичајено у зависности од фреквенција, а постизање 90 степени је у многим случајевима врло тежак посао.

Као што је расправљено у водичу за високе пролазе, конструисаћемо исти круг и истраживати фазни помак истог кола.

Коло тог високопропусног филтра заједно са вредностима компонената налази се на доњој слици: -

Ово је пример који смо користили у претходним туторијалима за пасивни високопропусни филтер. Произвешће 4,9 КХз пропусног опсега. Ако проверимо угаону фреквенцију, идентификоваћемо фазни угао на излазу осцилатора.

Сада можемо видети да је фазни помак започет од 90 степени, што је максимални фазни помак мреже РЦ осцилатора, али на тачки кутне фреквенције фазни помак је 45 степени.

Сада узимајући у обзир чињеницу да је фазни помак 90 степени или ако одаберемо конструкцију осцилаторног кола као посебан начин који ће произвести фазни помак од 90 степени, тада ће круг изгубити имунитет у опсегу граница због лошег фактора стабилизације фреквенције. Као што можемо замислити на тачки од 90 степени, где је крива управо започела као од 10Хз или од Ниже до 100Хз, готово је равна. То значи да ако се фреквенција осцилатора мало променила због толеранције компонената, температуре и других неизбежних околности, фазни помак се неће променити. То није добар избор. Дакле, сматрамо да је 60 степени или 45 степени прихватљив фазни помак за једнополни РЦ мрежни осцилатор. Стабилност фреквенције ће се побољшати.

Каскадни вишеструки РЦ филтери:

Цасцаде Тхрее РЦ филтери:

Узимајући у обзир ову чињеницу да не можемо постићи само фазни помак од 60 степени уместо 90 степени, можемо каскадно подесити три РЦ филтра (ако је фазни помак од 60 степени помоћу РЦ осцилатора) или каскадно подмећући четири филтера (ако је фазни помак 45 Р сваки осцилатор РЦ) и добити 180 степени.

На овој слици три РЦ осцилатора каскадирају се и сваки пут се дода фазни помак од 60 степени и коначно након треће фазе добићемо фазни помак од 180 степени.

Конструираћемо ово коло у софтверу за симулацију и видети облик улазног и излазног таласа кола.

Пре него што уђемо у видео, пустимо да видимо слику кола и видећемо и везу осцилоскопа.

На горњој слици смо користили кондензатор од 100пФ и вредност отпорника од 330к. Осцилоскопа је повезан преко Инпут ВСИН (А / Иеллов канал), преко прве пол излаз (Б / Блуе канала), 2 ^нд пол излаз

(Ц / Ред канала) и коначни резултат преко трећег стуба (Д / Греен канал).

Симулацију ћемо видети у видеу и видећемо промену фазе за 60 степени преко првог пола, 120 степени за други пол и 180 степени за трећи пол. Такође ће амплитуда сигнала корак по корак минимизирати.

1 ^ул полни амплитуда> 2. пол амплитуда> 3 пол амплитуда. Што више идемо према последњем полу, декремент амплитуде сигнала се смањује.

Сада ћемо видети симулациони видео: -

Јасно се показује да сваки пол активно мења фазни помак и на коначном излазу се помера на 180 степени.

Цасцаде Фоур РЦ филтери:

На следећој слици се користе четири осцилатор РЦ фазног померања са по једним фазним помаком од 45 степени, који производе фазни помак од 180 степени на крају РЦ мреже.

РЦ осцилатор фазног померања са транзистором:

Све су ово пасивни елементи или компоненте у РЦ осцилатору. Добијамо фазни помак од 180 степени. Ако желимо да направимо фазни помак од 360 степени, потребна је активна компонента која производи додатни фазни помак од 180 степени. То ради транзистор или појачало и потребан је додатни напон напајања.

На овој слици НПН транзистор се користи за фазни помак од 180 степени, док Ц1Р1 Ц2Р2 Ц3Р3 производи 60 степени фазног кашњења. Дакле, акумулирање ова три фазна померања од 60 + 60 + 60 = 180 степени се врши с друге стране, додајући још 180 степени тако што се ствара транзисторски укупни фазни помак од 360 степени. Добићемо 360 степени фазног помака преко електролитичког кондензатора Ц5. Ако желимо да променимо фреквенцију овог једног начина за промену вредности кондензатора или да користимо променљиви унапред подешени кондензатор преко та три пола појединачно уклањањем појединачних фиксних кондензатора.

Успостављена је повратна веза за враћање енергије натраг на појачало помоћу те трополне РЦ мреже. Неопходно је за стабилне позитивне осцилације и стварање синусног напона. Због

повратне везе или конфигурације, РЦ осцилатор је осцилатор повратног типа.

1921. немачки физичар Хајнрих Георг Баркхаузен увео је „Баркхаузенов критеријум“ за одређивање односа између фазних померања преко повратне петље. Према критеријуму, коло ће осцилирати само ако је фазни помак око повратне петље једнак или вишеструки од 360 степени, а добитак петље једнак једном. Ако је фазни помак тачан на жељеној фреквенцији и повратна петља ствара осцилацију од 360 степени, тада ће излаз бити синусни талас. РЦ филтер служи за постизање ове сврхе.

Учесталост РЦ осцилатора:

Учесталост осциловања можемо лако одредити помоћу ове једначине: -

Где је

Р = отпор (ома)

Ц = капацитет

Н = број РЦ мреже која ће се користити

Ова формула се користи за дизајн високопропусних филтера, такође можемо користити нископропусни филтер и фазни помак ће бити негативан. У том случају горња формула неће радити за израчунавање фреквенције осцилатора, биће примењена другачија формула.

Где је

Р = отпор (ома)

Ц = капацитет

Н = број РЦ мреже која ће се користити

РЦ фазни померајући осцилатор са опционим појачалом:

Како можемо конструисати РЦ осцилатор фазног помака помоћу транзистора, односно БЈТ-а, постоје и друга ограничења код транзистора.

1. Стабилан је за ниске фреквенције.
2. Само коришћење само једног БЈТ амплитуда излазног таласа није савршена, потребна су додатна кола за стабилизацију амплитуде таласног облика.
3. Тачност фреквенције није савршена и није имуна на бучне сметње.
4. Ефекат негативног оптерећења. Због формирања каскаде, улазна импеданса другог пола мења својства отпора отпорника првог полног филтера. Што су се филтри више каскадирали, ситуација се погоршава јер ће утицати на тачност израчунате фреквенције осцилатора фазног помака.

Због слабљења на отпорнику и кондензатору, губици на сваком степену се повећавају, а укупни губици су приближно укупни губици од 1/29 ^тх улазног сигнала.

Као кола слаби на 1/29 ^ог морамо да се опорави губитак.

Ово је време за промену БЈТ-а опционим појачалом. Такође можемо да опоравимо та четири недостатка и добијемо више простора за контролу ако користимо оптичко појачало уместо БЈТ. Због високе улазне импедансе, ефекат оптерећења се такође ефикасно контролише, јер улазна импеданса оп-појачавача побољшава укупни ефекат оптерећења.

Сада, без даље модификације , променимо БЈТ са Оп-појачалом и видимо шта ће бити склоп или шема РЦ осцилатора помоћу Оп-појачала.

Као што видимо, Јуст БЈТ је замењен обрнутим оптичким појачалом. Повратна петља је повезана преко првог полног РЦ осцилатора и напаја се на инвертирани улазни пин оп-амп-а. Захваљујући овој обрнутој повратној вези, опцијско појачало ће произвести фазни помак од 180 степени. Додатни помак фазе од 180 степени обезбедиће три РЦ фазе. Добићемо жељени излаз таласа помераног за 360 степени преко првог пин -а оп-амп -а названог ОСЦ излаз. Р4 се користи за компензацију појачања оп-појачала. Можемо подесити склоп да бисмо добили високофреквентно осцилирани излаз, али у зависности од ширине опсега фреквенцијског опсега оп-појачала.

Исто тако, за добијање жељени резултат морамо да се израчуна добитак отпорник Р4 да се постигне 29 ^тх пута већу амплитуду преко Оп-Амп као што је потребно да се надокнади са губитком 1/29 ^ог преко РЦ фазе.

Да видимо, направићемо коло са стварном вредношћу компонената и видети шта ће бити симулирани излаз РЦ осцилатора фазног помака.

Користићемо отпорник од 10 к ома и кондензатор од 500 пФ и одредити фреквенцију осцилације. Такође ћемо израчунати вредност појачаног отпорника.

Н = 3, јер ће се користити 3 фазе.

Р = 10000, као 10 к ома претворено у оме

Ц = 500 к 10 ^-12, јер је вредност кондензатора 500 пФ

Излаз је 12995Хз или релативно блиска вредност је 13 КХз.

Како је потребно појачање оп-амп ^- а 29 пута веће од вредности појачала отпорника израчунава се помоћу ове формуле: -

Добитак = Р ф / Р 29 = Р ф / 10к Р ф = 290к

Тако је осцилатор фазног помака конструисан помоћу РЦ компонената и Оп-појачала.

Примене РЦ осцилатора са фазним помаком укључују појачала у којима се користи аудио трансформатор и потребан је диференцијални аудио сигнал, али обрнути сигнал није доступан, или ако је потребан извор наизменичног сигнала за било коју апликацију, онда се користи РЦ филтер. Такође, генератор сигнала или генератор функција користе РЦ осцилатор померања фазе.