Rc fasförskjutningsoscillator med op

En fasförskjutningsoscillator är en elektronisk oscillatorkrets som ger sinusvågsutgång. Den kan antingen utformas med hjälp av transistor eller genom att använda en Op-amp som inverterande förstärkare. Generellt används dessa fasförskjutningsoscillatorer som ljudoscillatorer. I RC-fasförskjutningsoscillator genereras 180 graders fasförskjutning av RC-nätverket och ytterligare 180 grader genereras av Op-amp, så den resulterande vågen inverteras 360 grader.

Förutom att generera sinusvågsutgången används de också för att ge betydande kontroll över fasförskjutningsprocessen. Andra användningar av fasförskjutningsoscillatorer är:

I ljudoscillatorer
Sine Wave inverter
Röstsyntes
GPS-enheter
Musikinstrument.

Innan vi börjar utforma RC-fasförskjutningsoscillatorn, kan vi lära oss mer om fas- och fasförskjutning.

Vad är fas- och fasförskjutning?

Fas är en hel cykelperiod av en sinusformad våg i en 360-gradersreferens. En fullständig cykel definieras som det intervall som krävs för att vågformen ska returnera sitt godtyckliga initialvärde. Fas betecknas som en spetsig position på denna vågformcykel. Om vi ser sinusformad våg kan vi enkelt identifiera fasen.

I bilden ovan visas en komplett vågcykel. Den initiala startpunkten för sinusformad våg är 0 grad i fas och om vi identifierar varje positiv och negativ topp och 0 poäng får vi 90, 180, 270, 360 graders fas. Så när en sinusformad signal startar är den en annan resa än 0-gradersreferensen, vi kallar det fasförskjutning som skiljer sig från 0-gradersreferens.

Om vi ser nästa bild kommer vi att identifiera hur en fasförskjuten sinusformad våg liknar…

I den här bilden presenteras två sinusformade växelströmssignaler, den första gröna sinusformade vågen är 360 graders fas men den röda som är 90 graders fas flyttas ut ur den gröna signalens fas.

Denna fasförskjutning kan göras med ett enkelt RC-nätverk.

RC Phase Shift Oscillator

En enkel RC-fasväxlingsoscillator ger en lägsta fasförskjutning på 60 grader.

Ovan bilden visar ett enpoligt fasförskjutnings-RC-nätverk eller stegen krets som skiftar fasen för insignalen lika med eller mindre än 60 grader.

Helst bör fasförskjutningen för utgångsvåg från en RC-krets vara 90 grader, men i praktiken är den ca. 60 grader, eftersom kondensatorn inte är idealisk. Formeln för beräkning av RC-nätets fasvinkel nämns nedan:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Där Xc är kondensatorns reaktans och R är motståndet anslutet i RC-nätverket.

Om vi kaskaderar det RC-nätverket får vi 180 graders fasförskjutning.

För att skapa oscillation och sinusvågsutgång behöver vi en aktiv komponent, antingen Transistor eller Op-amp i inverterande konfiguration.

Om du vill lära dig mer om RC Phase Shift Oscillator, följ sedan länken

Varför använda Op-amp för RC Phase Shift Oscillator istället för Transistor?

Det finns vissa begränsningar i att använda Transistor för att bygga RC Phase Shift Oscillator:

Den är stabil endast för låga frekvenser.
RC fasförskjutningsoscillator kräver ytterligare kretsar för att stabilisera vågformens amplitud.
Frekvensnoggrannheten är inte perfekt och den är inte immun mot bullriga störningar.
Biverkningseffekt. På grund av kaskadbildning ändrar den andra polens ingångsimpedans motståndets motståndsegenskaper hos det första polfiltret. Mer filter kaskade mer situationen förvärras eftersom det kommer att påverka noggrannheten för beräknad fasförskjutningsoscillatorfrekvens.

På grund av dämpningen över motstånd och kondensator ökar förlusten över varje steg och den totala förlusten är ungefär 1/29 av insignalen.

När kretsen dämpas vid 1/29: e måste vi återställa förlusten. Läs mer om dem i vår tidigare handledning.

RC Phase Shift Oscillator med Op-Amp

När vi använder op-amp för RC fasförskjutningsoscillator fungerar den som en inverterande förstärkare. Inledningsvis har ingångsvågen varit i RC-nätverket, på grund av vilket vi får 180 graders fasförskjutning. Och den här utgången från RC matas in i den inverterande terminalen på op-amp.

Nu, som vi vet att op-amp kommer att producera en 180 graders fasförskjutning när den fungerar som en inverterande förstärkare. Så vi får en 360-graders fasförskjutning i sinusens utgång. Denna RC fasförskjutningsoscillator som använder op-amp ger en konstant frekvens även under olika belastningsförhållanden.

Komponenter krävs

Op-Amp IC - LM741
Motstånd - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
Kondensator - (100pF - 3nos)
Oscilloskop

Kretsschema

Simulering av RC Phase Shift Oscillator med Op-Amp

RC fasförskjutningsoscillator ger en exakt sinusvågsutgång. Som du kan se i simuleringsvideon till slut har vi ställt in oscilloskopets sond till fyra steg i kretsen.

Oscilloskopprobe	Vågtyp
Först en	Ingångsvåg
Andra - B	Sinusvåg med 90 graders fasförskjutning
Tredje - C	Sinusvåg med 180 graders fasförskjutning
Fjärde - D	Utgångsvåg (sinusvåg) med 360 graders fasförskjutning

Här erbjuder feedbacknätverket en fasförskjutning på 180 grader. Vi får 60 grader från varje RC-nätverk. Och den återstående 180 graders fasförskjutningen genereras av op-amp i den inverterande konfigurationen.

Använd nedanstående formel för att beräkna svängningsfrekvensen:

F = 1 / 2πRC√2N

Nackdelen med RC fasförskjutningsoscillator med op-amp är att den inte kan användas för högfrekventa applikationer. För när frekvensen är för hög är kondensatorns reaktans mycket låg och den fungerar som en kortslutning.