Oscilator cu schimbare de fază RC folosind op

Un oscilator Phase Shift este un circuit oscilator electronic care produce ieșire cu undă sinusoidală. Poate fi proiectat utilizând tranzistor sau utilizând un amplificator Op ca amplificator inversor. În general, aceste oscilatoare cu schimbare de fază sunt utilizate ca oscilatoare audio. În oscilatorul cu fază RC, schimbarea de fază la 180 de grade este generată de rețeaua RC și încă 180 de grade este generată de amplificatorul Op, astfel încât unda rezultată este inversată cu 360 de grade.

În afară de generarea ieșirii undei sinusoidale, acestea sunt utilizate și pentru a oferi un control semnificativ asupra procesului de schimbare de fază. Alte utilizări ale oscilatoarelor de fază sunt:

1. În oscilatoarele audio
2. Invertor Sine Wave
3. Sinteza vocii
4. Unități GPS
5. Instrumente muzicale.

Înainte de a începe proiectarea oscilatorului de fază RC, să aflăm mai multe despre acest fază și fază.

Ce este faza și schimbarea fazelor?

Faza este o perioadă completă a ciclului unei unde sinusoidale într-o referință de 360 ​​de grade. Un ciclu complet este definit ca intervalul necesar pentru ca forma de undă să-și returneze valoarea inițială arbitrară. Faza este notată ca o poziție ascuțită pe acest ciclu de formă de undă. Dacă vedem unda sinusoidală putem identifica cu ușurință faza.

În imaginea de mai sus, este afișat un ciclu de undă complet. Punctul inițial de pornire al undei sinusoidale este de 0 grade în fază și dacă identificăm fiecare vârf pozitiv și negativ și 0 puncte, vom obține faza de 90, 180, 270, 360 de grade. Deci, atunci când începe un semnal sinusoidal, este o călătorie diferită de referința de 0 grade, o numim schimbare de fază diferențiind de referința de 0 grade.

Dacă vom vedea următoarea imagine, vom identifica cum arată o undă sinusoidală cu fază diferită…

În această imagine, sunt prezentate două unde de semnal sinusoidal de curent alternativ, prima undă sinusoidală verde are o fază de 360 ​​de grade, dar cea roșie, care are o fază de 90 de grade, a ieșit din faza semnalului verde.

Această schimbare de fază se poate face folosind o rețea RC simplă.

Oscilator RC Phase Shift

Un oscilator simplu cu fază RC oferă o fază minimă de 60 de grade.

Imaginea de mai sus arată o rețea RC sau un circuit de scară cu schimbare de fază unipolar care schimbă faza semnalului de intrare egală sau mai mică de 60 de grade.

În mod ideal, schimbarea de fază a undei de ieșire a unui circuit RC ar trebui să fie de 90 de grade, dar în practică este de aprox. 60 de grade, deoarece condensatorul nu este ideal. Formula pentru calcularea unghiului de fază al rețelei RC este menționată mai jos:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Unde, Xc este reactanța condensatorului și R este rezistorul conectat în rețeaua RC.

Dacă vom face cascadă în rețeaua RC, vom obține o schimbare de fază de 180 de grade.

Acum, pentru a crea oscilație și ieșire cu undă sinusoidală, avem nevoie de o componentă activă, fie cu tranzistor, fie cu amplificator op în configurație inversă.

Dacă doriți să aflați mai multe despre oscilatorul RC Phase Shift, urmați linkul

De ce să folosiți amplificatorul opțional pentru oscilatorul RC Phase Shift în locul tranzistorului?

Există câteva limitări în utilizarea tranzistorului pentru construirea oscilatorului RC Phase Shift:

1. Este stabil numai pentru frecvențe joase.
2. Oscilatorul cu schimbare de fază RC necesită circuite suplimentare pentru a stabiliza amplitudinea formei de undă.
3. Precizia frecvenței nu este perfectă și nu este imună la interferențe zgomotoase.
4. Efect de încărcare adversă. Datorită formării în cascadă, impedanța de intrare a celui de-al doilea pol schimbă proprietățile rezistenței rezistențelor primului filtru pol. Cu cât filtrele se încadrează mai mult, situația se agravează, deoarece va afecta precizia frecvenței oscilatorului de fază calculată.

Datorită atenuării rezistorului și condensatorului, pierderea pe fiecare etapă este crescută, iar pierderea totală este de aproximativ 1/29 din semnalul de intrare.

Pe măsură ce circuitul se atenuează la 1/29, trebuie să recuperăm pierderea. Aflați mai multe despre acestea în tutorialul nostru anterior.

Oscilator RC Phase Shift folosind Op-Amp

Când folosim op-amp pentru oscilatorul cu fază RC, acesta funcționează ca un amplificator inversor. Inițial, unda de intrare a fost în rețeaua RC, datorită căreia obținem 180 de grade de fază. Și această ieșire a RC este alimentată în terminalul inversor al amplificatorului op.

Acum, așa cum știm că amplificatorul operațional va produce un 180 de grade de schimbare de fază atunci când funcționează ca un amplificator inversor. Deci, obținem o schimbare de fază de 360 ​​de grade în unda sinusoidală de ieșire. Acest oscilator cu schimbare de fază RC care utilizează op-amp oferă o frecvență constantă chiar și în condiții de încărcare variate.

Componente necesare

• Op-Amp IC - LM741
• Rezistor - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Condensator - (100pF - 3nos)
• Osciloscop

Diagrama circuitului

Simularea oscilatorului RC Phase Shift folosind Op-Amp

Oscilatorul cu fază RC oferă o ieșire precisă a undei sinusoidale. După cum puteți vedea în filmul de simulare la final, am setat sonda osciloscopului la patru etape ale circuitului.

Sonda osciloscopului	Tip de val
Mai întâi - A	Val de intrare
Al doilea - B	Unda sinusoidală cu schimbare de fază la 90 de grade
În al treilea rând - C	Unda sinusoidală cu schimbare de fază la 180 de grade
Al patrulea - D	Unda de ieșire (undă sinusoidală) cu schimbare de fază la 360 de grade

Aici, rețeaua de feedback oferă o schimbare de fază de 180 de grade. Obținem 60 de grade din fiecare rețea RC. Și schimbarea de fază rămasă la 180 de grade este generată de op-amp în configurația inversă.

Pentru calcularea frecvenței oscilației utilizați formula de mai jos:

F = 1 / 2πRC√2N

Dezavantajul oscilatorului cu fază RC care utilizează op-amp este că nu poate fi utilizat pentru aplicații de înaltă frecvență. Deoarece ori de câte ori frecvența este prea mare, reactanța condensatorului este foarte mică și acționează ca un scurtcircuit.