Rc phase shift ταλαντωτή χρησιμοποιώντας op

Το Phase Shift Oscillator είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ταλαντωτή που παράγει έξοδο ημιτονοειδούς κύματος. Μπορεί να σχεδιαστεί είτε με χρήση τρανζίστορ είτε με χρήση ενός Op-amp ως ενισχυτή αντιστροφής. Γενικά, αυτοί οι ταλαντωτές μετατόπισης φάσης χρησιμοποιούνται ως ταλαντωτές ήχου. Στο ταλαντωτή μετατόπισης φάσης RC, η μετατόπιση φάσης 180 μοιρών δημιουργείται από το δίκτυο RC και άλλες 180 μοίρες δημιουργούνται από το Op-amp, έτσι το κύμα που προκύπτει αντιστρέφεται κατά 360 μοίρες.

Εκτός από την παραγωγή της ημιτονοειδούς εξόδου, χρησιμοποιούνται επίσης για να παρέχουν σημαντικό έλεγχο της διαδικασίας αλλαγής φάσης. Άλλες χρήσεις ταλαντωτών μετατόπισης φάσης είναι:

1. Σε ταλαντωτές ήχου
2. Μετατροπέας Sine Wave
3. Σύνθεση φωνής
4. Μονάδες GPS
5. Μουσικά όργανα.

Πριν ξεκινήσουμε να σχεδιάζουμε τον ταλαντωτή μετατόπισης φάσης RC, Ας μάθουμε περισσότερα σχετικά με τη μετατόπιση φάσης και φάσης.

Τι είναι το Phase and Phase Shift;

Η φάση είναι μια περίοδος πλήρους κύκλου ενός ημιτονοειδούς κύματος σε μια αναφορά 360 μοιρών. Ο πλήρης κύκλος ορίζεται ως το διάστημα που απαιτείται για την επιστροφή της αυθαίρετης αρχικής τιμής της κυματομορφής. Η φάση δηλώνεται ως αιχμηρή θέση σε αυτόν τον κύκλο κυματομορφής. Αν δούμε το ημιτονοειδές κύμα μπορούμε εύκολα να αναγνωρίσουμε τη φάση.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται ένας πλήρης κύκλος κυμάτων. Το αρχικό σημείο εκκίνησης του ημιτονοειδούς κύματος είναι 0 βαθμός σε φάση και αν εντοπίσουμε κάθε θετική και αρνητική κορυφή και 0 σημεία, θα έχουμε 90, 180, 270, φάση 360 μοιρών. Έτσι, όταν ξεκινά ένα ημιτονοειδές σήμα, το ταξίδι του είναι διαφορετικό από την αναφορά 0 μοιρών, το ονομάζουμε μετατόπιση φάσης που διαφέρει από την αναφορά 0 μοιρών.

Αν δούμε την επόμενη εικόνα θα προσδιορίσουμε πώς μοιάζει ένα μετατοπισμένο ημιτονοειδές κύμα φάσης …

Σε αυτήν την εικόνα, παρουσιάζονται δύο ημιτονοειδές κύμα σήματος AC, το πρώτο πράσινο ημιτονοειδές κύμα είναι 360 μοίρες σε φάση, αλλά το κόκκινο που είναι φάση 90 μοιρών μετατοπίστηκε από τη φάση του πράσινου σήματος.

Αυτή η αλλαγή φάσης μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ένα απλό δίκτυο RC.

RC Phase Shift Ταλαντωτής

Ένας απλός ταλαντωτής μετατόπισης φάσης RC παρέχει μια ελάχιστη μετατόπιση φάσης 60 μοιρών.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει ένα μονοφασικό κύκλωμα μετατόπισης δικτύου RC ή κυκλώματος σκάλας που μετατοπίζει τη φάση του σήματος εισόδου ίση ή μικρότερη από 60 μοίρες.

Στην ιδανική περίπτωση, η μετατόπιση φάσης του κύματος εξόδου ενός κυκλώματος RC πρέπει να είναι 90 μοίρες, αλλά στην πράξη είναι περίπου. 60 μοίρες, καθώς ο πυκνωτής δεν είναι ιδανικός. Ο τύπος για τον υπολογισμό της γωνίας φάσης του δικτύου RC αναφέρεται παρακάτω:

φ = μαύρισμα ^-1 (Xc / R)

Όπου, το Xc είναι η αντίδραση του πυκνωτή και το R είναι η αντίσταση συνδεδεμένη στο δίκτυο RC.

Εάν προχωρήσουμε εκεί δίκτυο RC, θα έχουμε αλλαγή φάσης 180 μοιρών.

Τώρα για να δημιουργήσουμε έξοδο ταλάντωσης και ημιτονοειδούς κύματος χρειαζόμαστε ένα ενεργό συστατικό, είτε Transistor είτε Op-amp σε αντιστροφή παραμέτρων.

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το RC Phase Shift Oscillator, ακολουθήστε τον σύνδεσμο

Γιατί να χρησιμοποιήσετε το Op-amp για RC Phase Shift Oscillator αντί για Transistor

Υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στη χρήση του Transistor για το Building RC Phase Shift Oscillator:

1. Είναι σταθερό μόνο για χαμηλές συχνότητες.
2. Ο ταλαντωτής μετατόπισης φάσης RC απαιτεί επιπλέον κυκλώματα για τη σταθεροποίηση του πλάτους της κυματομορφής.
3. Η ακρίβεια συχνότητας δεν είναι τέλεια και δεν είναι απαλλαγμένη από θορυβώδεις παρεμβολές
4. Ανεπιθύμητο εφέ φόρτωσης. Λόγω του σχηματισμού καταρράκτη, η αντίσταση εισόδου του δεύτερου πόλου αλλάζει τις ιδιότητες αντίστασης αντιστάσεων του πρώτου φίλτρου πόλου. Όσο περισσότερα φίλτρα πέφτουν απότομα, η κατάσταση επιδεινώνεται καθώς θα επηρεάσει την ακρίβεια της υπολογισμένης συχνότητας ταλαντωτή μετατόπισης φάσης.

Λόγω της εξασθένησης της αντίστασης και του πυκνωτή, η απώλεια σε κάθε στάδιο αυξάνεται και η συνολική απώλεια είναι περίπου 1 / 29ο του σήματος εισόδου.

Καθώς το κύκλωμα εξασθενεί στο 1/29 πρέπει να ανακτήσουμε την απώλεια. Μάθετε περισσότερα για αυτά στο προηγούμενο σεμινάριό μας.

RC Phase Shift Oscillator χρησιμοποιώντας Op-Amp

Όταν χρησιμοποιούμε op-amp για ταλαντωτή μετατόπισης φάσης RC, λειτουργεί ως ενισχυτής αντιστροφής. Αρχικά, το κύμα εισόδου ήταν στο δίκτυο RC, λόγω του οποίου έχουμε 180 βαθμούς μετατόπισης φάσης. Και, αυτή η έξοδος του RC τροφοδοτείται στον ακροδέκτη αντιστροφής του op-amp.

Τώρα, όπως γνωρίζουμε ότι το op-amp θα παράγει μετατόπιση φάσης 180 μοιρών όταν λειτουργεί ως ενισχυτής αντιστροφής. Έτσι, έχουμε μια μετατόπιση φάσης 360 μοιρών στο ημιτονοειδές κύμα εξόδου. Αυτός ο ταλαντωτής μετατόπισης φάσης RC που χρησιμοποιεί op-amp παρέχει σταθερή συχνότητα ακόμη και υπό τις διάφορες συνθήκες φορτίου.

Απαιτούμενα στοιχεία

• Op-Amp IC - LM741
• Αντίσταση - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Πυκνωτής - (100pF - 3nos)
• Παλμοσκόπιο

Διάγραμμα κυκλώματος

Προσομοίωση του RC Phase Shift Oscillator χρησιμοποιώντας Op-Amp

Ο ταλαντωτής μετατόπισης φάσης RC παρέχει ακριβή έξοδο ημιτονοειδούς κύματος. Όπως μπορείτε να δείτε στο βίντεο προσομοίωσης στο τέλος, θέσαμε τον καθετήρα του παλμογράφου σε τέσσερα στάδια του κυκλώματος.

Ανιχνευτής παλμογράφων	Τύπος κύματος
Πρώτο - Α	Κύμα εισόδου
Δεύτερο - Β	Ημιτονοειδές κύμα με μετατόπιση φάσης 90 μοιρών
Τρίτο - Γ	Ημιτονοειδές κύμα με μετατόπιση φάσης 180 μοιρών
Τέταρτο - Δ	Κύμα εξόδου (κύμα ημιτόνου) με μετατόπιση φάσης 360 μοιρών

Εδώ, το δίκτυο ανατροφοδότησης προσφέρει μετατόπιση φάσης 180 μοιρών. Παίρνουμε 60 βαθμούς από κάθε δίκτυο RC. Και, η εναπομένουσα μετατόπιση φάσης 180 μοιρών δημιουργείται από το op-amp στη διάταξη αντιστροφής.

Για τον υπολογισμό της συχνότητας ταλάντωσης χρησιμοποιήστε τον παρακάτω τύπο:

F = 1 / 2πRC√2Ν

Το μειονέκτημα του ταλαντωτή μετατόπισης φάσης RC χρησιμοποιώντας το op-amp είναι ότι δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές υψηλής συχνότητας. Διότι όποτε η συχνότητα είναι πολύ υψηλή, η αντίδραση του πυκνωτή είναι πολύ χαμηλή και λειτουργεί ως βραχυκύκλωμα.