Obvod fázového posunu oscilátora

Predtým sme vytvorili kompletný a podrobný návod k Oscilátoru fázového posuvu. Tu uvidíme praktickú implementáciu oscilátora fázového posuvu. V tomto projekte vytvoríme obvod fázového posunu oscilátora na doske a otestujeme jeho výstup pomocou osciloskopu.

Čo je to fáza a fázový posun?

Fáza je perióda celého cyklu sínusovej vlny v 360-stupňovej referencii. Celý cyklus je definovaný ako interval potrebný na to, aby tvar vlny vrátil svoju ľubovoľnú počiatočnú hodnotu. Fáza sa v tomto cykle kriviek označuje ako špicatá poloha. Ak uvidíme sínusovú vlnu, ľahko identifikujeme fázu.

Na obrázku vyššie je zobrazený kompletný vlnový cyklus. Počiatočný východiskový bod sínusovej vlny je 0 stupňov vo fáze a ak identifikujeme každý pozitívny a negatívny vrchol a 0 bodov, dostaneme 90, 180, 270, 360-stupňovú fázu. Takže keď začne sínusový signál, jeho cesta je iná ako referencia 0 stupňov, hovoríme tomu fázovo posunutý rozdiel od referencie 0 stupňov.

Ak uvidíme ďalší obrázok, identifikujeme, ako vyzerajú sínusové vlny s fázovým posunom …

Na tomto obrázku sú prezentované dve sínusové vlny s striedavým prúdom, prvá zelená sínusová vlna má fázu 360 stupňov, ale červená je replikou prvého signálu, čo je 90-stupňová fáza posunutá z fázy zeleného signálu.

Toto fázové posúvanie je možné vykonať pomocou jednoduchej RC siete.

Konštrukcia a obvod

Oscilátor s fázovým posunom produkuje sínusovú vlnu. Jednoduchý oscilátor fázového posuvu je RC oscilátor, ktorý poskytuje fázový posun menší alebo rovný 60 stupňovým.

Obrázok hore zobrazuje jednopólovú RC sieť s fázovým posunom alebo rebríkový obvod, ktorá posúva fázu vstupného signálu na 60 stupňov alebo menej.

Ak by sme tam kaskádovali RC sieť, dostaneme 180-stupňový fázový posun.

Teraz, aby sme vytvorili výstup oscilácií a sínusových vĺn, potrebujeme aktívnu zložku, buď tranzistor alebo op-zosilňovač v inverznej konfigurácii, a výstup týchto komponentov musíme spätne spätne napájať cez trojpólovú RC sieť. Na výstupe vytvorí fázový posun 360 stupňov a sínusovú vlnu.

V tomto tutoriále budeme používať tranzistor ako aktívny prvok a vytvárať cez neho sínusoidu.

Podmienky

Na zostavenie okruhu potrebujeme nasledujúce veci -

1. Nepál

2. 3 ks keramických kondenzátorov.1uF

3. 3 ks rezistora 680R

4. 2,2k rezistor 1 ks

5. 10k rezistor 1 ks

6. 100R odpor 1 ks

7. 68k rezistor 1 ks

8. 100uF kondenzátor 1 ks

9. Tranzistor BC549

10. Napájanie 9V

Schematické a pracovné

Na vyššie uvedenom obrázku je znázornená schéma oscilátora fázového posuvu. Výstup sme poskytli ako vstup RC sietí, ktorý je opäť poskytnutý cez základňu tranzistora. RC siete poskytujú potrebný fázový posun v spätnoväzbovej ceste, ktorý je opäť zmenený tranzistorom. Frekvencia RC oscilátora sa dá vypočítať pomocou tejto rovnice -

F je oscilačná frekvencia, R a C sú odpor a kapacita a N znamená počet použitých stupňov fázového posuvu RC. Tento vzorec je použiteľný, iba ak sieť fázového posuvu používa rovnakú hodnotu odporu a kapacity, to znamená R1 = R2 a C1 = C2 = C3. Oscilátor fázového posuvu je možné vyrobiť ako oscilátor s variabilným fázovým posuvom, ktorý môže produkovať široký rozsah frekvencií v závislosti od určenej vopred nastavenej hodnoty. To sa dá ľahko urobiť zmenou iba pevných kondenzátorov C1, C2 a C3 s variabilným kondenzátorom s trojitým gangom. V takom prípade by mala byť hodnota odporu stanovená.

Na vyššie uvedenej schéme tvoria R4 a R5 delič napätia, ktorý dodáva predpätie na tranzistor BC549. R6 používa na obmedzenie kolektorový prúd a R7 sa používa pre tepelnú stabilitu BC549 Transistor počas prevádzky. C4 je nevyhnutný, pretože toto je obtokový kondenzátor emitora BC549.

BC549 je epitaxný kremíkový tranzistor NPN. Na obrázku vyššie je zobrazené balenie TO-92. Prvý kolík (1) je kolektor, 2 je základňa a 3 je kolík vysielača. Je široko používaný pri prepínaní a zosilňovaní. BC549 je z rovnakého segmentu široko používaného modelu 547, 548 atď. BC549 je verzia s nízkym šumom. Používame to pre aktívnu zložku nášho oscilátora fázového posuvu, ktorý zosilní a poskytne ďalší fázový posun signálu.

Obvod sme zostrojili na doske.

Výstup obvodu oscilátora fázového posuvu

Pripojili sme cez výstup osciloskop, aby sme videli sínusovú vlnu. Na nasledujúcom obrázku uvidíme naše pripojenia sondy osciloskopu.

Pripojili sme dve sondy osciloskopu, žltú cez konečný výstup a červenú cez druhú RC sieť. Žltý kanál osciloskopu poskytne výsledok konečného výstupu a červený kanál bude poskytovať výstup cez druhý stupeň RC filtra. Porovnaním týchto dvoch výstupov jasne pochopíme rozdiel medzi dvoma fázami sínusovej vlny. Napájame obvod z 9V stolnej napájacej jednotky.

Toto je konečný výstup z osciloskopu.

Konečný výstup, ktorý sme zachytili z osciloskopu, sa zobrazuje na vyššie uvedenom obrázku. Žltá sínusová vlna je takmer vo fáze, zatiaľ čo červený signál zachytený z RC siete ^druhého stupňa je mimo fázu. Zachytený tvar vlny môžeme vidieť nepretržite na nasledujúcom videu:

Výstup je pomerne stabilný a interferencia šumu je nižšia. Kompletné video nájdete na konci tohto projektu.

Obmedzenia obvodu oscilátora fázového posuvu

Pretože používame BJT pre oscilátor fázového posuvu, s BJT sú spojené určité obmedzenia. Oscilácia je stabilná na nízkych frekvenciách. Ak frekvenciu zvýšime, oscilácia sa nasýti a výstup bude skreslený. Amplitúda výstupnej vlny tiež nie je taká dokonalá, na stabilizáciu amplitúdy obvodov krivky vlny bude potrebovať ďalšie obvody.

Účinok nepriaznivého načítania je tiež problémom vo fáze siete RC. Vplyvom zaťažovacieho účinku vstupná impedancia druhého pólu mení odporové vlastnosti nasledujúceho predchádzajúceho filtra prvého pólu. Dodatočné kaskádové filtre tento efekt zhoršujú. Z tohto dôvodu je tiež ťažké vypočítať frekvenciu oscilácií pomocou štandardnej metódy vzorca.

Použitie obvodu fázového posunu oscilátora

Hlavné použitie oscilátora s fázovým posunom je vytvorenie sínusovej vlny na jeho výstupe. Takže všade, kde je potrebné generovanie čistej sínusovej vlny, sa používa oscilátor fázového posuvu. Taktiež na účely fázového posuvu konkrétneho signálu poskytuje oscilátor fázového posuvu významnú kontrolu nad procesom posúvania. Ďalšie použitia oscilátorov s fázovým posunom sú:

1. Vo zvukových oscilátoroch
2. Sínusový invertor
3. Hlasová syntéza
4. Jednotky GPS
5. Hudobné nástroje.

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o oscilátore fázového posuvu, kliknite na odkaz.