- Kaj je fazni in fazni premik?
- Gradnja in vezje
- Predpogoji
- Shematski in delovni
- Izhod vezja oscilatorja faznega premika
- Omejitve vezja oscilatorja faznega premika
- Uporaba vezja oscilatorja faznega premika
Pred tem smo ustvarili popolno in podrobno vadnico o oscilatorju Phase Shift. Tu bomo videli praktično izvedbo oscilatorja faznega premika. V tem projektu na plošči ustvarimo vezje oscilatorja s faznim premikom in z osciloskopom preizkusimo njegov izhod.
Kaj je fazni in fazni premik?
Faza je obdobje celotnega cikla sinusnega vala v referenci 360 stopinj. Popoln cikel je opredeljen kot interval, ki je potreben, da valovna oblika vrne svojo poljubno začetno vrednost. Faza je označena kot koničast položaj v tem ciklu valovne oblike. Če vidimo sinusni val, bomo fazo zlahka prepoznali.
Na zgornji sliki je prikazan celoten valovni cikel. Začetno izhodišče sinusnega vala je 0 stopinj v fazi in če prepoznamo vsak pozitivni in negativni vrh in 0 točk, bomo dobili 90, 180, 270, 360-stopinjsko fazo. Torej, ko se sinusni signal začne potovati drugače kot referenca 0 stopinj, temu rečemo fazno premikanje, ki se razlikuje od referenče 0 stopinj.
Če bomo videli naslednjo sliko, bomo ugotovili, kako je sinusni val s faznim premikom podoben…
Na tej sliki sta predstavljena dva sinusoidna signalna vala izmeničnega toka, prvi zeleni sinusoidni val je v fazi 360 stopinj, rdeči pa replika prvega signala, ki je 90-stopinjska faza premaknjena iz faze zelenega signala.
Ta fazni premik je mogoče izvesti z uporabo preprostega RC omrežja.
Gradnja in vezje
Oscilator s faznim premikom proizvaja sinusni val. Preprost oscilator faznega premika je RC oscilator, ki zagotavlja manjši ali enak 60-stopinjski fazni premik.
Na zgornji sliki je prikazano enopolno RC omrežje ali lestevsko vezje, ki premakne fazo vhodnega signala za 60 stopinj ali manj.
Če tam kaskadiramo RC omrežje, bomo dobili fazni premik za 180 stopinj.
Da bi ustvarili nihanje in izhod sinusnega vala, potrebujemo aktivno komponento, bodisi tranzistor bodisi Op-amp v obrnjeni konfiguraciji, in izhod teh komponent moramo povratno poslati na vhod prek tripolnega RC omrežja. Na izhodu bo ustvaril 360-stopinjski fazni premik in ustvaril sinusni val.
V tej vadnici bomo uporabili Transistor kot aktivni element in skozi njega ustvarili sinusni val.
Predpogoji
Za izdelavo vezja potrebujemo naslednje stvari -
1. Breadboard
2. 3 kosi keramičnih kondenzatorjev.1uF
3. 3 kosi upora 680R
4. 2.2k upor 1 kos
5. 10k upor 1 kos
6. 100R upor 1 kos
7. 68k upor 1 kos
8. 100uF kondenzator 1 kos
9. BC549 Tranzistor
10. 9V napajalnik
Shematski in delovni
Na zgornji sliki je prikazana shema za oscilator Phase Shift. Izhod smo zagotovili kot vhod RC-omrežij, ki je spet na voljo na dnu tranzistorja. RC omrežja zagotavljajo potreben fazni premik v povratni poti, ki ga tranzistor spet spremeni. Frekvenco RC oscilatorja lahko izračunamo s pomočjo te enačbe -
F je frekvenca nihanja, R in C sta upor in kapacitivnost, N pa pomeni število uporabljenih faz RC faznega premika. Ta formula je uporabna samo, če omrežje za fazni premik uporablja enako vrednost upora in kapacitivnosti, kar pomeni, da sta R1 = R2 in C1 = C2 = C3. Oscilator faznega premika je lahko izdelan kot oscilator spremenljivega faznega premika, ki lahko proizvaja širok razpon frekvenc, odvisno od vnaprej določene vrednosti. To lahko enostavno storite tako, da spremenite samo fiksne kondenzatorje C1, C2 in C3 s trojno spremenljivo kondenzatorko. V takih primerih je treba določiti vrednost upora.
V zgornji shemi R4 in R5 tvorita napetostni delilnik, ki tranzistorju BC549 zagotavlja napetost prednapetosti. R6 bi omejili kolektorskega toka in R7 se uporabljajo za toplotno stabilnost BC549 Transistor med delovanjem. C4 je bistvenega pomena, saj je to oddajni kondenzator BC549.
BC549 je NPN epitaksialni silicijev tranzistor. Na zgornji sliki je prikazan paket TO-92. Prvi zatič (1) je zbiralnik, 2 je osnova in 3 je oddajnik. Pogosto se uporablja pri preklapljanju in ojačevanju. BC549 je iz istega segmenta široko uporabljenih 547, 548 itd. BC549 je nizkošumna različica. To uporabljamo za aktivno komponento oscilatorja našega faznega premika, ki bo ojačala in zagotovila dodaten fazni premik signala.
Vezje smo zgradili na plošči.
Izhod vezja oscilatorja faznega premika
Čez izhod smo povezali osciloskop, da smo videli sinusni val. Na spodnji sliki bomo videli naše povezave sonde osciloskopa.
Povezali smo dve sondi osciloskopa, rumeno eno na končni izhod in rdečo na drugo RC omrežje. Rumena kanal osciloskopa bo rezultat končne proizvodnje in Red kanal bo izhod čez drugi fazi RC filter. S primerjavo obeh izhodov bomo jasno razumeli razliko med obema fazama sinusnega vala. Vezje napajamo iz 9V napajalne enote.
To je končni izhod osciloskopa.
Končni izhod, ki smo ga zajeli z osciloskopom, je prikazan na zgornji sliki. Rumeni sinusni val je skoraj v fazi, medtem ko rdeči signal, zajet iz RC omrežja 2. stopnje, ni v fazi. V spodnjem videu lahko neprekinjeno vidimo zajeto valovno obliko:
Izhod je precej stabilen, motnje hrupa pa manjše. Celoten video lahko najdete na koncu tega projekta.
Omejitve vezja oscilatorja faznega premika
Ker za oscilator faznega premika uporabljamo BJT, obstajajo določene omejitve, povezane z BJT. Nihanje je pri nizkih frekvencah stabilno, če povečamo frekvenco, se bo nihanje nasičilo in izhod bo izkrivljen. Tudi amplituda izhodnega vala ni tako popolna, potrebovala bo dodatno vezje za stabilizacijo amplitude vezja valovne oblike.
Učinek škodljive obremenitve je težava tudi v fazi omrežja RC. Zaradi obremenitvenega učinka vhodna impedanca drugega pola spremeni uporovne lastnosti naslednjega predhodnega filtra prvega pola. Dodatni kaskadni filtri poslabšajo ta učinek. Prav tako je zaradi tega težko izračunati frekvenco nihanja s standardno formulo.
Uporaba vezja oscilatorja faznega premika
Glavna uporaba oscilatorja faznega premika je ustvarjanje sinusnega vala na celotnem izhodu. Torej, kjer je potrebna čista generacija sinusnega vala, se uporablja oscilator faznega premika. Tudi za fazni premik določenega signala oscilator faznega premika zagotavlja pomemben nadzor nad postopkom premikanja. Druge uporabe oscilatorjev faznega premika so:
- V avdio oscilatorjih
- Pretvornik sinusnega vala
- Sinteza glasu
- GPS enote
- Glasbila.
Če želite izvedeti več o oscilatorju Phase Shift, sledite povezavi.