Rc faseskiftoscillator ved hjælp af op

En Phase Shift Oscillator er et elektronisk oscillatorkredsløb, der producerer sinusbølgeoutput. Det kan enten designes ved hjælp af transistor eller ved hjælp af en Op-amp som inverterende forstærker. Generelt anvendes disse faseforskydningsoscillatorer som lydoscillatorer. I RC faseforskydningsoscillator genereres 180 graders faseforskydning af RC-netværket, og yderligere 180 grader genereres af Op-amp, så den resulterende bølge vendes 360 grader.

Bortset fra at generere sinusbølgeoutput bruges de også til at give betydelig kontrol over faseforskydningsprocessen. Andre anvendelser af faseforskydningsoscillatorer er:

1. I lydoscillatorer
2. Sine Wave inverter
3. Stemmesyntese
4. GPS-enheder
5. Musikinstrumenter.

Før vi begynder at designe RC-faseskiftoscillatoren, kan vi lære mere om fase- og faseskift.

Hvad er fase- og faseændring?

Fase er en fuld cyklusperiode for en sinusformet bølge i en 360-graders reference. En komplet cyklus defineres som det interval, der kræves for at bølgeformen skal returnere sin vilkårlige startværdi. Fase betegnes som en spids position på denne bølgeformcyklus. Hvis vi ser den sinusformede bølge, kan vi let identificere fasen.

I ovenstående billede vises en komplet bølgecyklus. Det indledende startpunkt for den sinusformede bølge er 0 grad i fase, og hvis vi identificerer hver positive og negative top og 0 point, får vi 90, 180, 270, 360 graders fase. Så når et sinusformet signal starter, er det en anden rejse end 0-graders reference, vi kalder det faseskift, der adskiller sig fra 0-graders reference.

Hvis vi ser det næste billede, identificerer vi, hvordan en faseskiftet sinusformet bølge ser ens ud…

I dette billede er der to AC sinusformede signalbølger præsenteret, den første grønne sinusformede bølge er 360 grader i fase, men den røde, der er 90 graders fase skiftet ud af det grønne signal fase.

Denne faseskift kan gøres ved hjælp af et simpelt RC-netværk.

RC fase skift oscillator

En simpel RC faseforskydningsoscillator giver en minimum faseforskydning på 60 grader.

Ovenstående billede viser et enkelt polet faseforskydning RC-netværk eller stigen kredsløb, der forskyder fasen af ​​indgangssignalet lig med eller mindre end 60 grader.

Ideelt set skal faseforskydningen af ​​udgangsbølgen på et RC-kredsløb være 90 grader, men i praksis er det ca. 60 grader, da kondensatoren ikke er ideel. Formlen til beregning af fasevinklen på RC-netværket er nævnt nedenfor:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Hvor Xc er kondensatorens reaktans, og R er modstanden forbundet i RC-netværket.

Hvis vi kaskader der RC netværk, får vi 180 graders faseskift.

For at skabe oscillation og sinusbølgeoutput har vi brug for en aktiv komponent, enten Transistor eller Op-amp i inverterende konfiguration.

Hvis du vil lære mere om RC Phase Shift Oscillator, skal du følge linket

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

Der er nogle begrænsninger i brugen af ​​transistor til bygning af RC-faseskiftoscillator:

1. Den er kun stabil til lave frekvenser.
2. RC faseforskydningsoscillator kræver yderligere kredsløb for at stabilisere bølgeformens amplitude.
3. Frekvensnøjagtighed er ikke perfekt, og den er ikke immun over for støjende interferens.
4. Uønsket belastningseffekt. På grund af kaskadannelse ændrer den anden pols indgangsimpedans modstandsegenskaberne for det første polfilter. Mere filtre kaskaderede mere, forværres situationen, da den vil påvirke nøjagtigheden af ​​den beregnede faseforskydningsoscillatorfrekvens.

På grund af dæmpningen over modstanden og kondensatoren øges tabet over hvert trin, og det samlede tab er ca. 1/29 af indgangssignalet.

Da kredsløbet svækkes ved 1/29, er vi nødt til at inddrive tabet. Lær mere om dem i vores tidligere vejledning.

RC Phase Shift Oscillator ved hjælp af Op-Amp

Når vi bruger op-amp til RC faseskiftoscillator, fungerer den som en inverterende forstærker. Oprindeligt har inputbølgen været i RC-netværket, hvorfor vi får 180 graders faseforskydning. Og denne udgang af RC føres ind i op-forstærkerens inverterende terminal.

Nu, som vi ved, at op-amp vil producere en 180 graders faseskift, når den fungerer som en inverterende forstærker. Så vi får en 360-graders faseforskydning i udgangssinusbølgen. Denne RC faseforskydningsoscillator ved hjælp af op-amp giver en konstant frekvens selv under forskellige belastningsforhold.

Komponenter, der kræves

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

Kredsløbsdiagram

Simulering af RC Phase Shift Oscillator ved hjælp af Op-Amp

RC faseskiftoscillator giver en nøjagtig sinusbølgeoutput. Som du kan se i simuleringsvideoen til sidst, har vi indstillet oscilloskopets sonde til fire trin i kredsløbet.

Oscilloskopprobe	Bølgetype
Første - A	Inputbølge
Andet - B	Sinusbølge med 90 graders faseskift
Tredje - C	Sinusbølge med 180 graders faseskift
Fjerde - D	Output Wave (sinusbølge) med 360 graders faseskift

Her tilbyder feedback-netværket en faseskift på 180 grader. Vi får 60 grader fra hvert RC-netværk. Og den resterende 180 graders faseforskydning genereres af op-amp i den inverterende konfiguration.

Brug nedenstående formel til beregning af svingningsfrekvensen:

F = 1 / 2πRC√2N

Ulempen ved RC faseforskydningsoscillator ved hjælp af op-amp er, at den ikke kan bruges til højfrekvente applikationer. Fordi når frekvensen er for høj, er kondensatorens reaktans meget lav, og den fungerer som en kortslutning.