Rc фазов осцилатор с използване на оп

А Фаза Shift осцилатор е електронен генератор верига, която произвежда задължително изход вълна. Той може да бъде проектиран чрез използване на транзистор или чрез използване на Op-усилвател като инвертиращ усилвател. Обикновено тези осцилатори с фазово изместване се използват като аудио осцилатори. В RC осцилатора на фазово изместване, фазово изместване на 180 градуса се генерира от RC мрежата и още 180 градуса се генерира от Op-усилвателя, така че получената вълна се обръща на 360 градуса.

Освен за генериране на изход на синусоида, те се използват и за осигуряване на значителен контрол върху процеса на изместване на фазите. Други употреби на осцилатори с фазово изместване са:

1. В аудио генераторите
2. Инвертор на синусоида
3. Синтез на глас
4. GPS единици
5. Музикални инструменти.

Преди да започнем да проектираме RC осцилатор за фазово изместване, Нека научим повече за него фазово и фазово изместване.

Какво е Phase and Phase Shift?

Фазата е период на пълен цикъл на синусоидална вълна в 360-градусова референция. Пълният цикъл се дефинира като интервал, необходим на формата на вълната да върне произволната си начална стойност. Фазата се обозначава като заострена позиция на този цикъл на форма на вълната. Ако видим синусоидалната вълна, можем лесно да идентифицираме фазата.

В горното изображение е показан пълен цикъл на вълната. Началната начална точка на синусоидалната вълна е 0 градуса във фаза и ако идентифицираме всеки положителен и отрицателен пик и 0 точки, ще получим 90, 180, 270, 360-градусова фаза. Така че, когато синусоидален сигнал започне, това е пътуване, различно от референтната 0 градуса, ние го наричаме фазово изместване, диференцирано от 0 градусово референтно.

Ако видим следващото изображение, ще идентифицираме как синусоидалната вълна с изместена фаза изглежда еднакво…

В това изображение са представени две AC синусоидални сигнални вълни, първата зелена синусоидална вълна е на 360 градуса във фаза, но червената, която е 90-градусова фаза, изместена от фазата на зеления сигнал.

Това изместване на фазите може да се извърши с помощта на обикновена RC мрежа.

RC фазов осцилатор

Обикновеният RC осцилатор за фазово изместване осигурява минимално фазово изместване от 60 градуса.

Горното изображение показва еднополюсна RC мрежа за фазово изместване или стълбова верига, която измества фазата на входния сигнал, равна на или по-малка от 60 градуса.

В идеалния случай фазовото изместване на изходната вълна на RC верига трябва да бъде 90 градуса, но на практика е приблизително. 60 градуса, тъй като кондензаторът не е идеален. Формулата за изчисляване на фазовия ъгъл на RC мрежата е посочена по-долу:

φ = тен ^-1 (Xc / R)

Където Xc е съпротивлението на кондензатора, а R е резисторът, свързан в RC мрежата.

Ако каскадираме там RC мрежа, ще получим фазово изместване на 180 градуса.

Сега, за да създадем трептене и изход на синусоида, имаме нужда от активен компонент, или транзистор, или Op-усилвател в инвертираща конфигурация.

Ако искате да научите повече за RC Phase Shift Oscillator, следвайте връзката

Защо да използвам Op-amp за RC Phase Shift Oscillator вместо Transistor?

Има някои ограничения при използването на транзистор за изграждане на RC фазов осцилатор:

1. Той е стабилен само за ниски честоти.
2. RC осцилаторът за фазово изместване изисква допълнителни схеми за стабилизиране на амплитудата на формата на вълната.
3. Точността на честотата не е съвършена и не е имунизирана срещу шумни смущения.
4. Неблагоприятен ефект на натоварване. Поради образуването на каскада входният импеданс на втория полюс променя резисторните свойства на съпротивлението на първия полюсен филтър. Колкото повече филтрите каскадират, толкова повече ситуацията се влошава, тъй като това ще повлияе на точността на изчислената честота на осцилатора на фазово изместване.

Поради затихването на резистора и кондензатора, загубата на всеки етап се увеличава и общата загуба е около 1/29 от входния сигнал.

Тъй като веригата отслабва в 1/29, трябва да възстановим загубата. Научете повече за тях в нашия предишен урок.

RC фазов осцилатор с помощта на Op-Amp

Когато използваме оп-усилвател за RC фазово осцилатор, той функционира като инвертиращ усилвател. Първоначално входната вълна е била в RC мрежата, поради което получаваме 180 градуса фазово изместване. И този изход на RC се подава в инвертиращия терминал на операционния усилвател.

Сега, както знаем, че операционният усилвател ще генерира 180 градуса фазово изместване, когато функционира като инвертиращ усилвател. И така, получаваме 360-градусово фазово изместване в изходната синусоида. Този RC осцилатор с фазово изместване, използващ оп-усилвател, осигурява постоянна честота дори при променливите условия на натоварване.

Необходими компоненти

• Op-Amp IC - LM741
• Резистор - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Кондензатор - (100pF - 3nos)
• Осцилоскоп

Електрическа схема

Симулация на RC фазов осцилатор с помощта на Op-Amp

RC фазово осцилатор осигурява точен изход на синусоида. Както можете да видите в симулационното видео накрая, ние настроихме сондата на осцилоскопа на четири етапа на веригата.

Сонда за осцилоскоп	Тип вълна
Първо - А	Входна вълна
Второ - Б	Синусоида с 90-градусово фазово отместване
Трето - С	Синусоида с фазово отместване на 180 градуса
Четвърто - D	Изходна вълна (синусоида) с 360-градусово фазово отместване

Тук мрежата за обратна връзка предлага фазово изместване от 180 градуса. Получаваме 60 градуса от всяка от RC мрежата. И останалото изместване на фазата от 180 градуса се генерира от операционния усилвател в инвертиращата конфигурация.

За изчисляване на честотата на трептенията използвайте формулата по-долу:

F = 1 / 2πRC√2N

Недостатъкът на RC фазовия осцилатор, използващ оп-усилвател, е, че не може да се използва за приложения с висока честота. Защото когато честотата е твърде висока, реактивността на кондензатора е много ниска и действа като късо съединение.