Faseverschuivingsoscillatorcircuit

We hebben eerder een complete en gedetailleerde tutorial over Phase Shift Oscillator gemaakt. Hier zullen we de praktische implementatie van de faseverschuivingsoscillator zien. In dit project maken we een faseverschuivingsoscillatorcircuit op een breadboard en testen we de uitvoer met een oscilloscoop.

Wat is fase- en faseverschuiving?

Fase is een volledige cyclusperiode van een sinusvormige golf in een 360-gradenreferentie. Een volledige cyclus wordt gedefinieerd als het interval dat nodig is om de golfvorm zijn willekeurige beginwaarde te laten retourneren. Fase wordt aangeduid als een puntige positie op deze golfvormcyclus. Als we de sinusvormige golf zien, kunnen we de fase gemakkelijk identificeren.

In de bovenstaande afbeelding wordt een volledige golfcyclus getoond. Het initiële startpunt van de sinusoïdale golf is 0 graden in fase en als we elke positieve en negatieve piek en 0 punten identificeren, krijgen we een fase van 90, 180, 270, 360 graden. Dus wanneer een sinusvormig signaal zijn reis begint anders dan de 0-gradenreferentie, noemen we het faseverschoven differentiëren van 0-gradenreferentie.

Als we de volgende afbeelding zien, zullen we identificeren hoe een in fase verschoven sinusvormige golf er hetzelfde uitziet…

In deze afbeelding zijn er twee AC sinusvormige signaalgolven gepresenteerd, de eerste groene sinusvormige golf is 360 graden in fase, maar de rode die de replica is van het eerste signaal, dat 90 graden in fase is verschoven uit de fase van het groene signaal.

Deze faseverschuiving kan worden gedaan met behulp van een eenvoudig RC-netwerk.

Constructie en circuit

Een faseverschuivingsoscillator produceert een sinusgolf. Een eenvoudige faseverschuivingsoscillator is een RC-oscillator die een faseverschuiving van minder dan of gelijk aan 60 graden biedt.

De bovenstaande afbeelding toont een enkelpolig RC-netwerk met faseverschuiving of laddercircuit dat de fase van het ingangssignaal gelijk aan of minder dan 60 graden verschuift.

Als we ons RC-netwerk cascaderen, krijgen we een faseverschuiving van 180 graden.

Om oscillatie en sinusgolfoutput te creëren, hebben we een actieve component nodig, ofwel een transistor of een op-amp in inverterende configuratie, en we moeten de output van die componenten terugkoppelen naar de input via het driepolige RC-netwerk. Het produceert een faseverschuiving van 360 graden aan de uitgang en produceert een sinusgolf.

In deze tutorial zullen we Transistor als een actief element gebruiken en er een sinusgolf doorheen produceren.

Eerste vereisten

Om het circuit te bouwen hebben we de volgende dingen nodig:

1. Breadboard

2. 3 stuks.1uF keramische condensatoren

3. 3 stuks van 680R-weerstand

4. 2.2k weerstand 1 st

5. 10k weerstand 1 st

6. 100R weerstand 1 st

7. 68k weerstand 1 st

8. 100uF condensator 1 st

9. BC549-transistor

10. 9V voeding

Schematisch en werkend

In de bovenstaande afbeelding wordt het schema voor Phase Shift Oscillator getoond. We hebben de output geleverd als de input van de RC-netwerken die weer over de basis van de transistor wordt geleverd. De RC-netwerken zorgen voor de nodige faseverschuiving in het feedbackpad dat opnieuw wordt gewijzigd door de transistor. De frequentie van de RC-oscillator kan worden berekend met behulp van deze vergelijking:

F is de oscillatiefrequentie, R en C zijn de weerstand en capaciteit, en de N staat voor het aantal gebruikte RC-faseverschuivingsfasen. Deze formule is alleen van toepassing als het faseverschuivingsnetwerk dezelfde weerstands- en capaciteitswaarde gebruikt, dat wil zeggen R1 = R2 en C1 = C2 = C3. De faseverschuivingsoscillator kan worden gemaakt als variabele faseverschuivingsoscillator die een breed frequentiebereik kan produceren, afhankelijk van de vooraf ingestelde waarde. Dit kan eenvoudig worden gedaan door alleen de vaste condensatoren C1, C2 en C3 te vervangen door een drievoudige variabele condensator. De weerstandswaarde moet in dergelijke gevallen worden vastgesteld.

In het bovenstaande schema vormen de R4 en R5 een spanningsdeler die een voorspanning levert aan de transistor BC549. De R6 wordt gebruikt om de collectorstroom te begrenzen en R7 wordt gebruikt voor de thermische stabiliteit van de BC549- transistor tijdens bedrijf. C4 is essentieel omdat dit de emitter- bypasscondensator van BC549 is.

BC549 is een NPN Epitaxial Silicon Transistor. In de bovenstaande afbeelding wordt het TO-92-pakket getoond. Eerste pin (1) is de collector, 2 is de basis en 3 is de zenderpin. Het wordt veel gebruikt bij het schakelen en versterken. BC549 komt uit hetzelfde segment als de veelgebruikte 547, 548 etc. BC549 is een geluidsarme versie. We gebruiken dit voor de actieve component van onze faseverschuivingsoscillator die het signaal versterkt en een extra faseverschuiving geeft.

We hebben het circuit op een breadboard gebouwd.

Uitgang van het Phase Shift Oscillator Circuit

We hebben een oscilloscoop over de uitgang aangesloten om de sinusgolf te zien. In de onderstaande afbeelding zullen we onze oscilloscoop-sondeverbindingen zien.

We hebben twee oscilloscoop-sondes aangesloten, de gele over de uiteindelijke uitgang en de rode over het tweede RC-netwerk. Het gele kanaal van de oscilloscoop levert het resultaat van de uiteindelijke uitvoer en het rode kanaal levert de uitvoer via het RC-filter van de tweede trap. Door de twee uitgangen te vergelijken, zullen we het verschil tussen de twee fasen van de sinusgolf duidelijk begrijpen. We voeden het circuit vanaf de 9V-tafelvoeding.

Dit is de laatste output van de oscilloscoop.

De uiteindelijke uitvoer die we van de oscilloscoop hebben vastgelegd, wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding. De gele sinusgolf bevindt zich bijna in een fase, terwijl het rode signaal, opgevangen door het ^2e trap RC-netwerk, niet in fase is. We kunnen de vastgelegde golfvorm continu zien in de onderstaande video:

De output is redelijk stabiel en de ruisinterferentie is lager. Volledige video is te vinden aan het einde van dit project.

Beperkingen van het Phase Shift Oscillator Circuit

Omdat we BJT gebruiken voor faseverschuivingsoscillatoren, zijn er bepaalde beperkingen verbonden aan BJT. De oscillatie is stabiel bij lage frequenties, als we de frequentie verhogen, zal de oscillatie verzadigen en zal de output worden vervormd. Ook is de uitgangsgolfamplitude niet zo perfect dat er extra schakelingen nodig zijn om de amplitude van de golfvormschakelingen te stabiliseren.

Een nadelig laadeffect is ook een probleem in de RC-netwerkfase. Vanwege het laadeffect verandert de ingangsimpedantie van de tweede pool de weerstandseigenschappen van het volgende voorafgaande eerste poolfilter. Extra filters die trapsgewijs meedraaien, verergeren dit effect. Om deze reden is het ook moeilijk om de oscillatiefrequentie te berekenen met behulp van de standaardformulemethode.

Gebruik van een Phase Shift Oscillator Circuit

Het belangrijkste gebruik van een faseverschuivingsoscillator is om een ​​sinusgolf over zijn uitgang te creëren. Dus overal waar pure sinusgolfgeneratie nodig is, wordt een faseverschuivingsoscillator gebruikt. Ook, met het oog op faseverschuiving van een bepaald signaal, verschaft de faseverschuivingsoscillator aanzienlijke controle over het verschuivingsproces. Andere toepassingen van faseverschuivingsoscillatoren zijn:

1. In audio-oscillatoren
2. Sinusomvormer
3. Spraaksynthese
4. GPS-eenheden
5. Muziekinstrumenten.

Als je meer wilt weten over Phase Shift Oscillator, volg dan de link.