Vaihesiirtooskillaattoripiiri

Olemme aiemmin luoneet täydellisen ja yksityiskohtaisen oppaan vaihesiirtooskillaattorista. Täällä näemme vaihesiirtooskillaattorin käytännön toteutuksen. Tässä projektissa luodaan vaihesiirtymäoskillaattoripiiri leipälaudalle ja testataan sen lähtö oskilloskoopilla.

Mikä on vaihe ja vaihesiirto?

Vaihe on sinimuotoisen aallon koko syklijakso 360 asteen referenssissä. Koko sykli määritellään aikaväliksi, jota tarvitaan aaltomuodon palauttamiseksi mielivaltaisen alkuarvonsa. Vaihe on merkitty teräväksi paikaksi tässä aaltomuodosyklissä. Jos näemme sinimuotoisen aallon, tunnistamme vaiheen helposti.

Yllä olevassa kuvassa näkyy täydellinen aaltosykli. Sinimuotoisen aallon alkupiste on 0 astetta vaiheessa ja jos tunnistamme jokaisen positiivisen ja negatiivisen piikin ja 0 pistettä, saamme 90, 180, 270, 360 asteen vaiheen. Joten, kun sinimuotoinen signaali alkaa matkansa muuten kuin 0 asteen referenssi, kutsumme sitä vaihesiirroksi erottaen 0 asteen referenssistä.

Jos näemme seuraavan kuvan, tunnistamme, kuinka vaihesiirtynyt sinimuotoinen aalto näyttää samanlaiselta…

Tässä kuvassa on kaksi AC-sinimuotoisen signaalin aaltoa, ensimmäinen vihreä sinimuotoinen aalto on 360 astetta vaiheessa, mutta punainen, joka on ensimmäisen signaalin kopio, joka on 90 asteen vaihe siirtynyt vihreän signaalin vaiheesta.

Tämä vaihesiirto voidaan tehdä yksinkertaisen RC-verkon avulla.

Rakentaminen ja piiri

Vaihesiirtooskillaattori tuottaa siniaallon. Yksinkertainen vaihesiirtooskillaattori on RC-oskillaattori, joka tarjoaa pienemmän tai yhtä suuren 60 asteen vaihesiirron.

Kuvan yläpuolella on yksi napainen vaihesiirto RC-verkko tai tikapiiripiiri, joka siirtää tulosignaalin vaihetta 60 asteen tai pienemmäksi.

Jos siirrytään RC-verkkoon, saamme 180 asteen vaihesiirron.

Nyt värähtely- ja siniaaltolähdön luomiseksi tarvitsemme aktiivisen komponentin, joko transistorin tai Op-amp: n käänteisessä kokoonpanossa, ja meidän on syötettävä takaisin näiden komponenttien lähtö sisääntuloon kolminapaisen RC-verkon kautta. Se tuottaa 360 asteen vaihesiirron lähdössä ja tuottaa siniaallon.

Tässä opetusohjelmassa käytämme transistoria aktiivisena elementtinä ja tuotamme siniaalto sen läpi.

Edellytykset

Piirin rakentamiseen tarvitaan seuraavat asiat -

1. Leipälauta

2. 3 kpl.1uF-keraamisia kondensaattoreita

3. 3 kpl 680R-vastusta

4. 2.2k vastus 1 kpl

5. 10k vastus 1 kpl

6. 100R vastus 1 kpl

7. 68k vastus 1 kpl

8. 100uF kondensaattori 1 kpl

9. BC549-transistori

10. 9 V: n virtalähde

Kaavio ja työskentely

Yllä olevassa kuvassa näkyy vaihesiirtooskillaattorin kaavio. Annoimme lähdön RC-verkkojen tuloksi, joka toimitetaan jälleen transistorin kannan poikki. RC-verkot tarjoavat tarvittavan vaihesiirron takaisinkytkentäreitillä, jota transistori muuttaa jälleen. RC-oskillaattorin taajuus voidaan laskea käyttämällä tätä yhtälöä -

F on värähtelytaajuus, R ja C ovat vastus ja kapasitanssi, ja N tarkoittaa käytettyjen RC-vaihesiirtoportaiden lukumäärää. Tätä kaavaa voidaan käyttää vain, jos vaihesiirtoverkko käyttää samaa resistanssi- ja kapasitanssiarvoa, mikä tarkoittaa R1 = R2 ja C1 = C2 = C3. Vaihesiirtooskillaattori voidaan tehdä vaihtelevana vaihesiirtooskillaattorina, joka voi tuottaa laajan taajuusalueen ennalta määritetystä arvosta riippuen. Tämä voidaan tehdä helposti vaihtamalla vain kiinteät kondensaattorit C1, C2 ja C3 kolminkertaisella vaihtelevalla kondensaattorilla. Vastuksen arvo on vahvistettava tällaisissa tapauksissa.

Edellä olevassa kaaviossa R4 ja R5 muodostavat jännitteenjakajan, joka antaa esijännitteen transistorille BC549. R6 käytetään rajoittamaan kollektorivirta ja R7 käytetään lämpöstabiilisuus BC549 transistori käytön aikana. C4 on välttämätön, koska tämä on BC549: n emitterin ohituskondensaattori.

BC549 on NPN-epitaksiaalinen piitransistori. Yllä olevassa kuvassa TO-92-paketti on esitetty. Ensimmäinen tappi (1) on kerääjä, 2 on pohja ja 3 on säteilijän tappi. Sitä käytetään laajalti kytkentä- ja vahvistustarkoituksiin. BC549 on samasta segmentistä yleisesti käytettyjä 547, 548 jne. BC549 on hiljainen versio. Käytämme tätä vaihesiirtymäoskillaattorimme aktiiviseen komponenttiin, joka vahvistaa ja tarjoaa lisävaiheen signaalille.

Olemme rakentaneet piirin leipälaudalle.

Vaihesiirtooskillaattoripiirin lähtö

Me liittänyt oskilloskooppi ulostulon poikki nähdä siniaalto. Alla olevassa kuvassa näemme oskilloskooppianturiliitännät.

Yhdistimme kaksi oskilloskooppianturia, keltaisen loppulähdön yli ja punaisen toisen RC-verkon yli. Keltainen kanava on oskilloskooppi antaa tuloksen lopullinen tuotos ja Red kanava antaa lähdön poikki toisen vaiheen RC-suodattimen. Vertaamalla kahta lähtöä ymmärrämme selvästi siniaallon kahden vaiheen välisen eron. Virtaa virtapiirille 9 V: n penkkijännitesyöttöyksiköstä.

Tämä on oskilloskoopin viimeinen tulos.

Viimeinen tulos, jonka otimme oskilloskoopista, näkyy yllä olevassa kuvassa. Keltainen siniaalto on melkein vaiheessa, kun taas ^2. vaiheen RC-verkosta kaapattu punainen signaali on vaiheen ulkopuolella. Näemme kaapatun aaltomuodon jatkuvasti alla olevasta videosta:

Lähtö on melko vakaa ja meluhäiriöt pienemmät. Koko video löytyy tämän projektin lopusta.

Vaihesiirtooskillaattoripiirin rajoitukset

Koska käytämme BJT: tä vaihesiirtooskillaattoriin, BJT: hen liittyy tiettyjä rajoituksia. Värähtely on vakaa matalilla taajuuksilla, jos lisäämme taajuutta, värähtely kyllästyy ja lähtö vääristyy. Lähtöaallon amplitudi ei myöskään ole niin täydellinen, se tarvitsee lisäpiirit aaltomuodon piirin amplitudin vakauttamiseksi.

Haitallinen kuormitusvaikutus on ongelma myös RC-verkon vaiheessa. Kuormitusvaikutuksen vuoksi toisen navan tuloimpedanssi muuttaa seuraavan edeltävän ensimmäisen napasuodattimen vastusominaisuuksia. Lisäsuodattimet kaskadilla pahentavat tätä vaikutusta. Tästä syystä on myös vaikea laskea värähtelytaajuutta standardikaavan menetelmällä.

Vaihesiirtooskillaattoripiirin käyttö

Vaihesiirtooskillaattorin pääasiallinen käyttö on siniaallon luominen lähdön yli. Joten missä tarvitaan puhdasta siniaaltoa, käytetään vaihesiirtooskillaattoria. Lisäksi tietyn signaalin vaihesiirtämistä varten vaihesiirtooskillaattori tarjoaa merkittävän hallinnan siirtoprosessissa. Muita vaihesiirtooskillaattoreiden käyttötapoja ovat:

1. Audiooskillaattoreissa
2. Siniaaltoinvertteri
3. Äänisynteesi
4. GPS-yksiköt
5. Soittimet.

Jos haluat oppia lisää vaihesiirtooskillaattorista, seuraa linkkiä.