Rc-vaihesiirtooskillaattori op

Phase Shift Oscillator on elektroninen oskillaattoripiiri, joka tuottaa siniaalto tuotos. Se voidaan joko suunnitella käyttämällä transistoria tai käyttämällä Op-vahvistinta invertoivana vahvistimena. Yleensä näitä vaihesiirtymäoskillaattoreita käytetään äänioskillaattoreina. RC-vaihesiirtooskillaattorissa RC-verkko tuottaa 180 asteen vaihesiirron ja Op-vahvistin tuottaa vielä 180 asteen vaiheen, joten tuloksena oleva aalto käännetään 360 astetta.

Siniaaltolähdön tuottamisen lisäksi niitä käytetään myös aikaansaamaan merkittävä hallinta vaihesiirtoprosessissa. Muita vaihesiirtooskillaattoreiden käyttötapoja ovat:

Audiooskillaattoreissa
Siniaaltoinvertteri
Äänisynteesi
GPS-yksiköt
Soittimet.

Ennen kuin aloitamme RC-vaihesiirtooskillaattorin suunnittelun, opitaan lisätietoja sen vaihe- ja vaihesiirrosta.

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, voimme helposti tunnistaa vaiheen.

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 aloittaa matkansa muuten kuin 0 asteen referenssi, kutsumme sitä vaihesiirroksi, joka eroaa 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 90 asteen vaihe, siirtyi pois vihreän signaalin vaiheesta.

Tämä vaihesiirto voidaan tehdä yksinkertaisen RC-verkon avulla.

RC-vaihesiirtooskillaattori

Yksinkertainen RC-vaihesiirtooskillaattori tarjoaa vähintään 60 asteen vaihesiirron.

Yläpuolella olevassa kuvassa on yksi napainen vaihesiirto RC-verkko tai tikapiiripiiri, joka siirtää tulosignaalin vaiheen enintään 60 asteeseen.

Ihannetapauksessa RC-piirin lähtöaallon vaihesiirron tulisi olla 90 astetta, mutta käytännössä se on noin. 60 astetta, koska kondensaattori ei ole ihanteellinen. Kaava RC-verkon vaihekulman laskemiseksi on mainittu alla:

φ = rusketus ^-1 (Xc / R)

Missä Xc on kondensaattorin reaktanssi ja R on RC-verkkoon kytketty vastus.

Jos siirrytään RC-verkkoon, saamme 180 asteen vaihesiirron.

Nyt värähtelyn ja siniaaltolähdön luomiseksi tarvitsemme aktiivisen komponentin, joko transistorin tai Op-vahvistimen käänteisessä kokoonpanossa.

Jos haluat oppia lisää RC-vaihesiirtooskillaattorista, seuraa linkkiä

Miksi käyttää OP-vahvistinta RC-vaihesiirtooskillaattoriin transistorin sijaan?

Transistorin käyttämisessä RC-vaihesiirtooskillaattorin rakentamiseen on joitain rajoituksia:

Se on vakaa vain matalille taajuuksille.
RC-vaihesiirtooskillaattori vaatii lisäpiirin aaltomuodon amplitudin vakauttamiseksi.
Taajuustarkkuus ei ole täydellinen eikä se ole immuuni meluisille häiriöille.
Haitallinen kuormitusvaikutus. Kaskadinmuodostuksen ansiosta toisen napan tuloimpedanssi muuttaa ensimmäisen napasuodattimen vastusten resistanssiominaisuuksia. Enemmän suodattimia kaskadoituu enemmän, tilanne pahenee, koska se vaikuttaa lasketun vaihesiirtymäoskillaattorin taajuuden tarkkuuteen.

Vastuksen ja kondensaattorin vaimennuksesta johtuen kunkin vaiheen häviö kasvaa ja kokonaishäviö on noin 1/29 tulosignaalista.

Piirin vaimentuessa 1/29: ssä meidän on palautettava tappio. Lisätietoja niistä edellisessä opetusohjelmassa.

RC-vaihesiirtooskillaattori Op-Ampia käyttämällä

Kun käytämme op-amp: ta RC-vaihesiirtooskillaattoriin, se toimii käänteisenä vahvistimena. Aluksi tuloaalto on ollut RC-verkossa, minkä vuoksi saamme 180 asteen vaihesiirron. Ja tämä RC: n lähtö syötetään op-vahvistimen käänteisliittimeen.

Nyt kun tiedämme, että op-vahvistin tuottaa 180 asteen vaihesiirron, kun se toimii käänteisenä vahvistimena. Joten saamme 360 asteen vaihesiirron lähdön siniaallossa. Tämä RC-vaihesiirtooskillaattori, joka käyttää op-vahvistinta, tarjoaa vakion taajuuden myös vaihtelevissa kuormitusolosuhteissa.

Tarvittavat komponentit

Op-vahvistimen IC - LM741
Vastus - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
Kondensaattori - (100pF - 3nos)
Oskilloskooppi

Piirikaavio

RC-vaihesiirtooskillaattorin simulointi käyttäen Op-Ampia

RC-vaihesiirtooskillaattori tuottaa tarkan siniaaltoulostulon. Kuten näet simulointivideosta lopulta, olemme asettaneet oskilloskoopin anturin piirin neljään vaiheeseen.

Oskilloskooppianturi	Aaltotyyppi
Ensimmäinen - A	Syöttöaalto
Toinen - B	Siniaalto 90 asteen vaihesiirrolla
Kolmas - C	Siniaalto 180 asteen vaihesiirrolla
Neljäs - D	Lähtöaalto (siniaalto) 360 asteen vaihesiirrolla

Takaisinkytkentäverkko tarjoaa tässä 180 asteen vaihesiirron. Saamme 60 astetta jokaisesta RC-verkosta. Ja loput 180 asteen vaihesiirto generoidaan op-amp: lla käänteisessä kokoonpanossa.

Käytä värähtelytaajuuden laskemiseen seuraavaa kaavaa:

F = 1 / 2πRC√2N

Op-ampia käyttävän RC-vaihesiirtooskillaattorin haittana on, että sitä ei voida käyttää suurtaajuussovelluksiin. Koska aina kun taajuus on liian korkea, kondensaattorin reaktanssi on hyvin pieni ja se toimii oikosuluna.