Rc faseverschuivingsoscillator met op

Een Phase Shift Oscillator is een elektronisch oscillatorcircuit dat sinusgolfuitvoer produceert. Het kan worden ontworpen door een transistor te gebruiken of door een Op-amp als inverterende versterker te gebruiken. Over het algemeen worden deze faseverschuivingsoscillatoren gebruikt als audio-oscillatoren. In de RC-faseverschuivingsoscillator wordt een faseverschuiving van 180 graden gegenereerd door het RC-netwerk en wordt nog eens 180 graden gegenereerd door de Op-amp, zodat de resulterende golf 360 graden wordt omgekeerd.

Afgezien van het genereren van de sinusgolfoutput, worden ze ook gebruikt om aanzienlijke controle te geven over het faseverschuivingsproces. Andere toepassingen van faseverschuivingsoscillatoren zijn:

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

Voordat we beginnen met het ontwerpen van de RC-faseverschuivingsoscillator, laten we er meer over leren fase- en faseverschuiving.

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 aanvankelijke startpunt van de sinusvormige 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 dit faseverschuiving die onderscheidt 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 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.

RC-faseverschuivingsoscillator

Een eenvoudige RC-faseverschuivingsoscillator biedt een minimale faseverschuiving van 60 graden.

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.

Idealiter zou de faseverschuiving van de uitgangsgolf van een RC-circuit 90 graden moeten zijn, maar in de praktijk is dit ongeveer. 60 graden, omdat de condensator niet ideaal is. De formule voor het berekenen van de fasehoek van het RC-netwerk wordt hieronder vermeld:

φ = bruin ^-1 (Xc / R)

Waar, Xc is de reactantie van de condensator en R is de weerstand die is aangesloten in het RC-netwerk.

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.

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

Waarom Op-amp gebruiken voor RC Phase Shift Oscillator in plaats van Transistor?

Er zijn enkele beperkingen bij het gebruik van Transistor voor het bouwen van RC Phase Shift Oscillator:

1. Het is alleen stabiel voor lage frequenties.
2. RC-faseverschuivingsoscillator vereist extra schakelingen om de amplitude van de golfvorm te stabiliseren.
3. De frequentienauwkeurigheid is niet perfect en het is niet immuun voor storende interferentie.
4. Ongunstig laadeffect. Door cascadevorming verandert de ingangsimpedantie van de tweede pool de weerstandseigenschappen van de eerste pool van het filter. Als de filters meer in cascade zijn geplaatst, verslechtert de situatie, omdat dit de nauwkeurigheid van de berekende faseverschuivingsoscillatorfrequentie zal beïnvloeden.

Door de verzwakking over de weerstand en de condensator wordt het verlies over elke trap vergroot en is het totale verlies ongeveer 1 / 29ste van het ingangssignaal.

Omdat het circuit verzwakt op 1 / 29e, moeten we het verlies herstellen. Leer er meer over in onze vorige tutorial.

RC Phase Shift Oscillator met Op-Amp

Wanneer we op-amp gebruiken voor RC-faseverschuivingsoscillator, functioneert deze als een inverterende versterker. Aanvankelijk was de ingangsgolf in het RC-netwerk, waardoor we 180 graden faseverschuiving krijgen. En deze output van RC wordt ingevoerd in de inverterende terminal van de op-amp.

Nu, zoals we weten, zal de op-amp een faseverschuiving van 180 graden produceren wanneer hij functioneert als een inverterende versterker. We krijgen dus een faseverschuiving van 360 graden in de uitgangssinusgolf. Deze RC-faseverschuivingsoscillator die op-amp gebruikt, biedt een constante frequentie, zelfs onder de variërende belastingsomstandigheden.

Componenten vereist

• Op-Amp IC - LM741
• Weerstand - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4,7k)
• Condensator - (100pF - 3nos)
• Oscilloscoop

Schakelschema

Simulatie van RC Phase Shift Oscillator met Op-Amp

RC-faseverschuivingsoscillator zorgt voor een nauwkeurige sinusgolfuitvoer. Zoals je uiteindelijk in de simulatievideo kunt zien, hebben we de sonde van de oscilloscoop ingesteld op vier fasen van het circuit.

Oscilloscoop-sonde	Golftype
Eerst een	Invoergolf
Tweede - B	Sinusgolf met faseverschuiving van 90 graden
Derde - C	Sinusgolf met faseverschuiving van 180 graden
Vierde - D	Uitgangsgolf (sinusgolf) met 360 graden faseverschuiving

Hier biedt het feedbacknetwerk een faseverschuiving van 180 graden. We krijgen 60 graden van elk van de RC-netwerken. En de resterende faseverschuiving van 180 graden wordt gegenereerd door de op-amp in de inverterende configuratie.

Voor de berekening van de oscillatiefrequentie de onderstaande formule:

F = 1 / 2πRC√2N

Het nadeel van een RC-faseverschuivingsoscillator die op-amp gebruikt, is dat deze niet kan worden gebruikt voor hoogfrequente toepassingen. Omdat wanneer de frequentie te hoog is, de reactantie van de condensator erg laag is en als kortsluiting werkt.