Oscilátor fázového posuvu pomocí op

Fázový posun oscilátor je elektronický obvod oscilátoru, který produkuje sinusový výstup. Může být navržen buď s použitím tranzistoru, nebo s použitím Op-zesilovače jako invertujícího zesilovače. Obecně se tyto oscilátory fázového posunu používají jako zvukové oscilátory. V RC oscilátoru fázového posunu je fázový posun 180 stupňů generován RC sítí a dalších 180 stupňů je generováno operačním zesilovačem, takže výsledná vlna je invertována o 360 stupňů.

Kromě generování výstupu sinusové vlny se také používají k zajištění významné kontroly nad procesem fázového posuvu. Další použití oscilátorů fázového posunu jsou:

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

Než začneme navrhovat oscilátor fázového posuvu RC, pojďme se o něm dozvědět více o fázovém a fázovém posunu.

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. Když uvidíme sinusovou vlnu, můžeme snadno identifikovat 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 0-stupňová reference, říkáme tomu fázový posun odlišující se od 0-stupňové reference.

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

Na tomto obrázku jsou prezentovány dvě sinusové vlny střídavého signálu, první zelená sinusová vlna má fázi 360 stupňů, ale červená, která je fází 90 stupňů, je posunuta z fáze zeleného signálu.

Toto fázové posunutí lze provést pomocí jednoduché RC sítě.

Oscilátor RC fázového posuvu

Jednoduchý oscilátor fázového posuvu RC poskytuje minimální fázový posun 60 stupňů.

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

V ideálním případě by fázový posun výstupní vlny RC obvodu měl být 90 stupňů, ale v praxi je to přibližně. 60 stupňů, protože kondenzátor není ideální. Vzorec pro výpočet fázového úhlu RC sítě je uveden níže:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Kde, Xc je reaktance kondenzátoru a R je odpor připojený v RC síti.

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

Nyní, abychom vytvořili oscilační a sinusový výstup, potřebujeme aktivní komponentu, buď tranzistor nebo operační zesilovač v invertující konfiguraci.

Pokud se chcete dozvědět více o oscilátoru RC Phase Shift, klikněte na odkaz

Proč používat op-zesilovač pro RC Phase Shift oscilátor místo tranzistoru?

Existují určitá omezení v používání tranzistoru pro budování oscilátoru RC Phase Shift:

1. Je stabilní pouze pro nízké frekvence.
2. Oscilátor fázového posunu RC vyžaduje další obvody ke stabilizaci amplitudy tvaru vlny.
3. Přesnost frekvence není dokonalá a není imunní vůči rušivému rušení.
4. Efekt nepříznivého načítání. V důsledku tvorby kaskády mění vstupní impedance druhého pólu odporové vlastnosti rezistoru filtru prvního pólu. Čím více filtrů kaskádovalo, tím více se situace zhoršuje, protože to ovlivní přesnost vypočítané frekvence oscilátoru fázového posuvu.

Kvůli útlumu přes odpor a kondenzátor se ztráta v každém stupni zvyšuje a celková ztráta je přibližně 1/29 vstupního signálu.

Vzhledem k tomu, že obvod oslabuje 1/29, musíme obnovit ztrátu. Více se o nich dozvíte v našem předchozím tutoriálu.

Oscilátor RC fázového posuvu pomocí Op-Amp

Když používáme operační zesilovač pro RC oscilátor fázového posuvu, funguje jako invertující zesilovač. Zpočátku byla vstupní vlna do RC sítě, díky čemuž dostaneme 180 stupňů fázového posunu. A tento výstup RC je přiváděn do invertujícího terminálu operačního zesilovače.

Nyní, jak víme, bude operační zesilovač produkovat 180 stupňů fázového posunu, když bude fungovat jako invertující zesilovač. Takže dostaneme 360stupňový fázový posun ve výstupní sinusové vlně. Tento RC oscilátor fázového posuvu využívající operační zesilovač poskytuje konstantní frekvenci i za různých podmínek zatížení.

Požadované komponenty

• Operační zesilovač IC - LM741
• Rezistor - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4,7k)
• Kondenzátor - (100pF - 3nos)
• Osciloskop

Kruhový diagram

Simulace RC fázového posunu oscilátoru pomocí Op-Amp

Oscilátor fázového posunu RC poskytuje přesný výstup sinusových vln. Jak vidíte na konci v simulačním videu, nastavili jsme sondu osciloskopu na čtyři stupně obvodu.

Osciloskopická sonda	Typ vlny
První - A	Vstupní vlna
Zadruhé - B	Sinusová vlna s fázovým posunem o 90 stupňů
Třetí - C.	Sinusová vlna s fázovým posunem o 180 stupňů
Za čtvrté - D	Výstupní vlna (sinusová vlna) s fázovým posunem o 360 stupňů

Zde síť zpětné vazby nabízí fázový posun o 180 stupňů. Z každé RC sítě dostáváme 60 stupňů. A zbývající 180 stupňový fázový posun je generován operačním zesilovačem v invertující konfiguraci.

Pro výpočet frekvence kmitání použijte následující vzorec:

F = 1 / 2πRC√2N

Nevýhodou RC oscilátoru fázového posunu používajícího operační zesilovač je to, že jej nelze použít pro vysokofrekvenční aplikace. Protože kdykoli je frekvence příliš vysoká, reaktance kondenzátoru je velmi nízká a působí jako zkrat.