Oscilátor fázového posuvu pomocou op

Fázový posun oscilátor je elektronický obvod oscilátora, ktorý produkuje sínusový výstup. Môže byť navrhnutý pomocou tranzistora alebo ako operačný zosilňovač ako invertujúci zosilňovač. Spravidla sa tieto oscilátory fázového posuvu používajú ako zvukové oscilátory. V RC oscilátore fázového posuvu je 180 stupňový fázový posun generovaný RC sieťou a ďalších 180 stupňov generovaný operačným zosilňovačom, takže výsledná vlna je invertovaná o 360 stupňov.

Okrem generovania výstupu sínusovej vlny sa používajú aj na zabezpečenie významnej kontroly nad procesom fázového posuvu. Ďalšie použitia oscilátorov s fázovým posunom sú:

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

Predtým, ako začneme navrhovať oscilátor fázového posuvu RC, dozvieme sa viac o ňom fázového a fázového posuvu.

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, môžeme ľahko identifikovať 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, nazývame ju fázový posun odlišujúci sa od referencie 0 stupňov.

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

Na tomto obrázku sú prezentované dve AC sínusové vlny signálu, prvá zelená sínusová vlna má fázu 360 stupňov, ale červená, ktorá je fázou 90 stupňov, je posunutá z fázy zeleného signálu.

Toto fázové posúvanie je možné vykonať pomocou jednoduchej RC siete.

Oscilátor RC fázového posuvu

Jednoduchý oscilátor fázového posuvu RC poskytuje minimálny fázový posun 60 stupňov.

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

V ideálnom prípade by fázový posun výstupnej vlny obvodu RC mal byť 90 stupňov, v praxi je to však približne. 60 stupňov, pretože kondenzátor nie je ideálny. Vzorec na výpočet fázového uhla siete RC je uvedený nižšie:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Kde, Xc je reaktancia kondenzátora a R je odpor pripojený v sieti RC.

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 operačný zosilňovač v inverznej konfigurácii.

Ak sa chcete dozvedieť viac o oscilátore RC Phase Shift, potom kliknite na odkaz

Prečo používať operačný zosilňovač pre RC fázový posunový oscilátor namiesto tranzistora?

Používanie tranzistora na budovanie oscilátora fázového posuvu RC má určité obmedzenia:

1. Je stabilný iba pre nízke frekvencie.
2. Oscilátor fázového posuvu RC vyžaduje ďalšie obvody na stabilizáciu amplitúdy tvaru vlny.
3. Frekvenčná presnosť nie je dokonalá a nie je imúnna voči hlučnému rušeniu.
4. Efekt nepriaznivého načítania. V dôsledku vytvárania kaskády vstupná impedancia druhého pólu mení odporové vlastnosti rezistorov filtra prvého pólu. Čím viac kaskádových filtrov kaskádovalo, tým sa situácia zhoršovala, pretože to ovplyvnilo presnosť vypočítanej frekvencie oscilátora fázového posunu.

Vďaka útlmu cez rezistor a kondenzátor sa zvyšuje strata v každom stupni a celková strata je približne 1/29 vstupného signálu.

Pretože sa obvod utícha k 29. septembru, musíme stratu vyrovnať. Viac sa o nich dozviete v našom predchádzajúcom tutoriáli.

Oscilátor RC fázového posuvu pomocou zosilňovača Op-Amp

Keď používame operačný zosilňovač pre RC oscilátor fázového posuvu, funguje ako inverzný zosilňovač. Spočiatku vstupná vlna smerovala do RC siete, vďaka čomu dostaneme 180 stupňov fázového posuvu. A tento výstup RC sa privádza do invertujúceho terminálu operačného zosilňovača.

Teraz, ako vieme, operačný zosilňovač vyprodukuje 180 stupňov fázového posuvu, keď funguje ako invertujúci zosilňovač. Vo výstupnej sínusovej vlne teda dostaneme 360-stupňový fázový posun. Tento RC oscilátor fázového posuvu využívajúci operačný zosilňovač poskytuje konštantnú frekvenciu aj pri rôznych podmienkach zaťaženia.

Súčasti sú povinné

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

Schéma zapojenia

Simulácia oscilátora RC fázového posuvu pomocou Op-Amp

Oscilátor fázového posuvu RC poskytuje presný výstup sínusovej vlny. Ako môžete vidieť na konci simulačného videa, nastavili sme sondu osciloskopu na štyri stupne obvodu.

Osciloskopická sonda	Typ vlny
Prvý - A	Vstupná vlna
Druhá - B	Sínusoida s fázovým posunom o 90 stupňov
Po tretie - C.	Sínusoida s fázovým posunom o 180 stupňov
Štvrtý - D	Výstupná vlna (sínusová vlna) s fázovým posunom o 360 stupňov

Sieť spätnej väzby tu ponúka fázový posun o 180 stupňov. Dostávame 60 stupňov z každej z RC sietí. Zvyšný fázový posun 180 stupňov je generovaný operačným zosilňovačom v inverznej konfigurácii.

Na výpočet frekvencie oscilácií použite nasledujúci vzorec:

F = 1 / 2πRC√2N

Nevýhodou RC oscilátora fázového posuvu využívajúceho operačný zosilňovač je, že ho nemožno použiť pre vysokofrekvenčné aplikácie. Pretože vždy, keď je frekvencia príliš vysoká, reaktancia kondenzátora je veľmi nízka a pôsobí ako skrat.