Obvod fázového posunu oscilátoru

Dříve jsme vytvořili kompletní a podrobný návod k oscilátoru fázového posuvu. Zde uvidíme praktickou implementaci oscilátoru fázového posunu. V tomto projektu vytvoříme obvod fázového posunu oscilátoru na prkénku a otestujeme jeho výstup pomocí osciloskopu.

Co je fáze a fázový posun?

Fáze je období celého cyklu sinusové vlny v 360stupňové referenci. Úplný cyklus je definován jako interval potřebný k tomu, aby křivka vrátila libovolnou počáteční hodnotu. Fáze je v tomto cyklu vln označena jako špičatá poloha. Pokud uvidíme sinusovou vlnu, snadno identifikujeme fázi.

Na obrázku výše je zobrazen kompletní vlnový cyklus. Počáteční počáteční bod sinusové vlny je 0 stupňů ve fázi a pokud identifikujeme každý kladný a záporný vrchol a 0 bodů, dostaneme 90, 180, 270, 360-stupňovou fázi. Když tedy začíná sinusový signál, jeho cesta je jiná než reference 0 stupňů, nazýváme to fázově posunutým rozdílem od reference 0 stupňů.

Pokud uvidíme další obrázek, zjistíme, jak vypadají sinusové vlny fázově posunutých …

Na tomto obrázku jsou prezentovány dvě sinusové vlny AC, první zelená sinusová vlna má fázi 360 stupňů, ale červená je replikou prvního signálu, což je fáze 90 stupňů posunutá z fáze zeleného signálu.

Toto fázové posunutí lze provést pomocí jednoduché RC sítě.

Konstrukce a obvod

Oscilátor fázového posuvu produkuje sinusovou vlnu. Jednoduchým oscilátorem fázového posuvu je RC oscilátor, který poskytuje fázový posun menší nebo rovný 60 stupňům.

Obrázek nahoře ukazuje jednopólovou RC síť s fázovým posuvem nebo žebříkový obvod, který posune fázi vstupního signálu na 60 stupňů nebo méně.

Pokud tam kaskádujeme RC síť, dostaneme 180stupňový fázový posun.

Nyní, abychom vytvořili oscilační a sinusový výstup, potřebujeme aktivní komponentu, buď tranzistor nebo op-zesilovač v invertující konfiguraci, a musíme zpětně dodávat výstup těchto komponent na vstup přes třípólovou RC síť. Produkuje 360stupňový fázový posun na výstupu a produkuje sinusovou vlnu.

V tomto tutoriálu použijeme Transistor jako aktivní prvek a vytvoříme ním sinusovou vlnu.

Předpoklady

K vybudování okruhu potřebujeme následující věci -

1. Nepájivá deska

2. 3 ks keramických kondenzátorů.1uF

3. 3 ks rezistoru 680R

4. 2,2k rezistor 1 ks

5. 10k rezistor 1 ks

6. 100R rezistor 1 ks

7. 68k rezistor 1 ks

8. 100uF kondenzátor 1 ks

9. Tranzistor BC549

10. Napájení 9V

Schematické a pracovní

Na výše uvedeném obrázku je znázorněno schéma oscilátoru fázového posuvu. Výstup jsme poskytli jako vstup RC sítí, který je opět poskytován přes základnu tranzistoru. RC sítě zajišťují nezbytný fázový posun ve zpětnovazební cestě, který je tranzistorem opět změněn. Frekvenci RC oscilátoru lze vypočítat pomocí této rovnice -

F je oscilační frekvence, R a C jsou odpor a kapacita a N znamená počet použitých stupňů fázového posunu RC. Tento vzorec je použitelný pouze v případě, že síť fázového posunu používá stejnou hodnotu odporu a kapacity, to znamená R1 = R2 a C1 = C2 = C3. Oscilátor fázového posuvu lze vyrobit jako oscilátor s proměnným fázovým posunem, který může produkovat široký rozsah frekvencí v závislosti na určené přednastavené hodnotě. To lze snadno provést změnou pouze pevných kondenzátorů C1, C2 a C3 s variabilním kondenzátorem s trojitým gangem. V takových případech by měla být hodnota rezistoru pevná.

Ve výše uvedeném schématu tvoří R4 a R5 dělič napětí, který poskytuje zkreslené napětí tranzistoru BC549. R6 používá k omezení kolektorový proud a R7 se používá pro tepelnou stabilitu BC549 Transistor během provozu. C4 je zásadní, protože se jedná o obtokový kondenzátor emitoru BC549.

BC549 je NPN epitaxní křemíkový tranzistor. Na obrázku výše je zobrazen balíček TO-92. První kolík (1) je kolektor, 2 je základna a 3 je kolík vysílače. Je široce používán při přepínání a zesilování. BC549 je ze stejného segmentu široce používaných 547, 548 atd. BC549 je nízkošumová verze. Používáme to pro aktivní složku našeho oscilátoru fázového posuvu, která zesílí a poskytne další fázový posun signálu.

Zkonstruovali jsme obvod na prkénku.

Výstup obvodu oscilátoru fázového posuvu

Připojili jsme osciloskop přes výstup, abychom viděli sinusovou vlnu. Na následujícím obrázku uvidíme naše připojení sondy osciloskopu.

Připojili jsme dvě sondy osciloskopu, žlutou přes konečný výstup a červenou přes druhou RC síť. Žlutý kanál osciloskopu poskytne výsledek konečného výstupu a červený kanál bude poskytovat výstup přes druhý stupeň RC filtru. Porovnáním dvou výstupů jasně pochopíme rozdíl mezi dvěma fázemi sinusové vlny. Napájíme obvod z 9V stolní napájecí jednotky.

Toto je konečný výstup z osciloskopu.

Konečný výstup, který jsme zachytili z osciloskopu, se zobrazuje na obrázku výše. Žlutý Sinusový je téměř ve fázi, zatímco červeného signálu, zachycené 2 ^nd stupně RC je mimo fázi. Zachycené křivky můžeme vidět nepřetržitě v níže uvedeném videu:

Výstup je poměrně stabilní a rušení šumem je nižší. Kompletní video najdete na konci tohoto projektu.

Omezení obvodu fázového posunu oscilátoru

Protože používáme BJT pro oscilátor fázového posuvu, s BJT jsou spojena určitá omezení. Oscilace je stabilní při nízkých frekvencích, pokud frekvenci zvýšíme, oscilace se nasytí a výstup bude zkreslený. Amplituda výstupní vlny také není tak dokonalá, bude potřebovat další obvody pro stabilizaci amplitudy obvodů vln.

Efekt nepříznivého načítání je také problémem ve fázi RC sítě. Kvůli zatěžovacímu efektu mění vstupní impedance druhého pólu odporové vlastnosti dalšího předchozího filtru prvního pólu. Další kaskádové filtry tento účinek zhoršují. Z tohoto důvodu je také obtížné vypočítat frekvenci kmitání pomocí standardní metody vzorce.

Použití obvodu oscilátoru fázového posuvu

Hlavní použití oscilátoru fázového posunu je vytvoření sinusové vlny na jeho výstupu. Takže kdekoli je potřeba generování čisté sinusové vlny, používá se oscilátor fázového posunu. Rovněž pro účely fázového posunu konkrétního signálu poskytuje oscilátor fázového posunu významnou kontrolu nad procesem posouvání. Další použití oscilátorů fázového posunu jsou:

1. Ve zvukových oscilátorech
2. Sinusový měnič
3. Hlasová syntéza
4. GPS jednotky
5. Hudební nástroje.

Pokud se chcete dozvědět více o oscilátoru fázového posuvu, klikněte na odkaz.