- Kaj je fazni in fazni premik?
- Oscilator RC faznega premika
- Oscilator RC faznega premika z uporabo optičnega ojačevalnika
- Potrebne komponente
- Shema vezja
- Simulacija oscilatorja RC faznega premika z uporabo optičnega ojačevalnika
Fazni zamik oscilator je elektronskega oscilatorja vezje, ki proizvaja sinusno izhodno valovno. Lahko je zasnovan z uporabo tranzistorja ali z uporabo Op-amp kot invertirnega ojačevalnika. Na splošno se ti oscilatorji s faznim premikom uporabljajo kot avdio oscilatorji. V RC oscilatorju faznega premika generira RC-omrežje fazni premik za 180 stopinj, Op-amp pa dodatnih 180 stopinj, tako da nastali val obrne za 360 stopinj.
Poleg ustvarjanja izhoda sinusnega vala se uporabljajo tudi za zagotavljanje pomembnega nadzora nad postopkom faznega premika. Druge uporabe oscilatorjev faznega premika so:
- V avdio oscilatorjih
- Pretvornik sinusnega vala
- Sinteza glasu
- GPS enote
- Glasbila.
Preden začnemo oblikovati RC oscilator faznega premika, se naučimo več o njem faznem in faznem premiku.
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, lahko fazo zlahka prepoznamo.
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 sinusoidni signal začne potovati drugače kot referenca 0 stopinj, ga imenujemo fazni premik, 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 90-stopinjski, premaknjen iz faze zelenega signala.
Ta fazni premik je mogoče izvesti z uporabo preprostega RC omrežja.
Oscilator RC faznega premika
Preprost oscilator RC faznega premika zagotavlja minimalni fazni premik 60 stopinj.
Na zgornji sliki je prikazano enopolno RC omrežje ali lestevsko vezje, ki premakne fazo vhodnega signala za 60 stopinj ali manj.
Idealno bi bilo, da bi bil fazni premik izhodnega vala RC vezja 90 stopinj, v praksi pa približno. 60 stopinj, saj kondenzator ni idealen. Formula za izračun faznega kota omrežja RC je navedena spodaj:
φ = tan -1 (Xc / R)
Kjer je Xc reaktanca kondenzatorja, R pa upor, priključen v RC omrežje.
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 optični ojačevalnik v obrnjeni konfiguraciji.
Če želite izvedeti več o oscilatorju RC Phase Shift, sledite povezavi
Zakaj uporabljati Op-amp za RC Phase Shift Oscilator namesto tranzistorja?
Obstaja nekaj omejitev pri uporabi tranzistorja za izdelavo RC oscilatorja faznega premika:
- Stabilen je le za nizke frekvence.
- Oscilator RC faznega premika zahteva dodatno vezje za stabilizacijo amplitude valovne oblike.
- Natančnost frekvence ni popolna in ni odporna na hrupne motnje.
- Neželeni učinek obremenitve. Zaradi kaskadne tvorbe vhodna impedanca drugega pola spremeni uporniške lastnosti uporov prvega polnega filtra. Bolj so se filtri kaskadno bolj poslabšali, saj se bo vplivalo na natančnost izračunane frekvence oscilatorja faznega premika.
Zaradi dušenja na uporu in kondenzatorju se izguba na vsaki stopnji poveča in skupna izguba znaša približno 1/29 vhodnega signala.
Ker se vezje oslabi na 1/29, moramo povrniti izgubo. Več o njih preberite v naši prejšnji vadnici.
Oscilator RC faznega premika z uporabo optičnega ojačevalnika
Ko uporabljamo op-amp za RC oscilator faznega premika, deluje kot invertirni ojačevalnik. Sprva je bil vhodni val v RC omrežje, zaradi česar dobimo 180 stopinj faznega premika. In ta izhod RC se napaja v obratni terminal op-amp.
Zdaj, kot vemo, da bo op-ojačevalnik ustvaril 180 stopinj faznega premika, ko deluje kot obračalni ojačevalnik. Tako dobimo 360-stopinjski fazni premik v izhodnem sinusnem valovanju. Ta RC oscilator faznega premika z opcijskim ojačevalnikom zagotavlja konstantno frekvenco tudi pri različnih pogojih obremenitve.
Potrebne komponente
- Op-amp ojačevalnik - LM741
- Upor - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
- Kondenzator - (100pF - 3nos)
- Osciloskop
Shema vezja
Simulacija oscilatorja RC faznega premika z uporabo optičnega ojačevalnika
RC oscilator faznega premika zagotavlja natančen izhod sinusnega vala. Kot lahko vidite na koncu v simulacijskem videu, smo sondo osciloskopa nastavili na štiri stopnje vezja.
Sonda za osciloskop |
Vrsta valov |
Najprej - A |
Vhodni val |
Drugi - B |
Sinusni val z 90-stopinjskim faznim premikom |
Tretji - C |
Sinusni val z 180-stopinjskim faznim premikom |
Četrti - D |
Izhodni val (sinusni val) s 360-stopinjskim faznim premikom |
Tu povratna mreža ponuja fazni premik za 180 stopinj. Od vsakega omrežja RC smo dobili 60 stopinj. In preostali 180-stopinjski fazni premik ustvari op-amp v invertirni konfiguraciji.
Za izračun frekvence nihanja uporabite spodnjo formulo:
F = 1 / 2πRC√2N
Pomanjkljivost RC oscilatorja faznega premika z uporabo op-amp je, da ga ni mogoče uporabiti za visokofrekvenčne aplikacije. Ker kadar je frekvenca previsoka, je reaktanca kondenzatorja zelo nizka in deluje kot kratek stik.