/ RC Осцилатор Circuit - RC осцилатор Урок

RC Осцилатор Circuit - RC осцилатор настойнически

осцилатор

В усилвателя уроци видяхме, че един етап транзистор усилвател може да произвежда 180о на фазово изместване между неговите изходни и входни сигнали, когато са свързани в конфигурация тип клас А.

За осцилатор за поддържане на трептенияза неопределено време, достатъчно обратна връзка за правилната фаза, която е "положителна обратна връзка", трябва да се предостави заедно с транзисторния усилвател, който се използва като етап на обръщане за постигане на това.

В RC осцилатор веригата входът се премества 180о през усилвателния етап и 180о отново през втория етап на обръщане, който ни дава „180о + 180о = 360о"Фазово изместване, което е ефективно същото като 0о по този начин ни дават необходимите положителни отзиви. С други думи, фазовото изместване на обратната връзка трябва да бъде „0“.

В Осцилатор на съпротивление-капацитет или просто RC осцилаторИзползваме факта, че между входа на RC мрежата и изхода от същата мрежа се случва фазово изместване чрез използване на RC елементи в клона за обратна връзка, например.

RC мрежа за фазово изместване

rc мрежа за фазово изместване

Схемата отляво показва единична резисторно-кондензаторна мрежа, чието изходно напрежение „води” входното напрежение под някакъв ъгъл под 90о, Една идеална еднополюсна RC схема би довела до фазово изместване на точно 90ои защото 180о за фазово изместване е необходимо за колебание, най-малко два еднополюсни трябва да се използват в RC осцилатор дизайн.

В действителност обаче е трудно да се получи точно 90о на фазово изместване, така че се използват повече етапи. Размерът на действителния фазов смяна на веригата зависи от стойностите на резистора и кондензатора, а избраната честота на колебания с фазовия ъгъл (being) се определя като:

RC Фазов ъгъл

уравнение за фазово изместване на rc

Където: X° С е капацитетната реакция на кондензатора, R е съпротивлението на резистора, а ƒ е честотата.

В нашия прост пример по-горе, стойностите на R и C са избрани така, че на изискваната честота изходното напрежение да води входното напрежение под ъгъл от около 60о, Тогава фазовият ъгъл между всеки следващ RC участък се увеличава с още 60о давайки фазова разлика между входа и изхода от 180о (3 х 60о) както е показано на следната векторна диаграма.

Векторна диаграма

векторна диаграма на осцилатора

Тогава чрез свързване заедно три такива RC мрежи в серия можем да произведем общ смяна на фазите в кръга от 180о при избраната честота и това формира основите на "осцилатор на фазово изместване", известен още като a RC осцилатор верига.

Знаем, че в усилвателна схема, използваща биполярен транзистор или операционен усилвател, ще се получи фазово изместване на 180о между входа и изхода. Ако между този вход и изход на усилвателя е свързана тристепенна RC фазова мрежа, общото фазово изместване, необходимо за регенеративната обратна връзка, ще стане 3 х 60о + 180о = 360о както е показано.

основна верига за обратна връзка с rc

Трите RC етапа се каскадират заедно, за да се получи необходимия наклон за стабилна честота на колебанията. Фазовото изместване на обратната верига е -180о когато фазовото изместване на всеки етап е -60о, Това се случва, когато ω = 2πƒ = 1,732 / RC като (tan 60)о = 1.732). След това, за да се постигне необходимата фаза смяна в RC осцилатор верига е да се използват няколко RC фаза-прехвърляне на мрежи, като веригата по-долу.

Основна схема на RC осцилатор

rc осцилатор схема дизайн

Основното RC осцилатор който също е известен като a Осцилатор за фазово изместване, използва синусоидален изходен сигналрегенеративна обратна връзка, получена от комбинацията резистор-кондензатор. Тази регенеративна обратна връзка от RC мрежата се дължи на способността на кондензатора да съхранява електрически заряд (подобно на LC веригата на резервоара).

Тази резистор-кондензатор обратна мрежа може да бъдесвързан както е показано по-горе, за да се получи водеща фазова смяна (фаза напред) или да се размени, за да се получи изоставащ фазов преход (фаза на забавяне на мрежата), резултатът все още е същият като трептенията на синусоидалната вълна, възникващи само при честотата, на която цялата фаза смяна е 360о.

Чрез промяна на един или повече от резисторите иликондензатори в мрежата за фазово изместване, честотата може да се променя и като цяло това се прави, като се запазват същите резистори и се използва 3-променлив кондензатор.

Ако всички резистори, R и кондензатори, C в мрежата за фазово изместване са равни по стойност, тогава честотата на трептенията, произведени от RC осцилатора, се дава като:

честота на осцилатора
  • Където:
  • ƒR е изходната честота в Hertz
  • R е съпротивлението в ома
  • С е Капацитетът във Фарад
  • N е броят на RC етапите. (N = 3)

Тъй като резистор-кондензатор комбинация в RC осцилатор веригата също действа като атенюатор, произвеждащ aобщо затихване -1 / 29th (Vo / Vi = β) през трите етапа, усилването на напрежението на усилвателя трябва да бъде достатъчно високо, за да преодолее тези RC загуби. Ето защо, в нашата тристепенна RC мрежа по-горе, усилвателното усилване трябва да бъде същото или по-голямо от 29.

Ефектът на зареждане на усилвателя върхумрежата за обратна връзка влияе върху честотата на трептенията и може да причини честотата на осцилатора да бъде до 25% по-висока от изчислената. Тогава мрежата за обратна връзка трябва да бъде управлявана от източник с висок импеданс и да се захранва с ниско импедансно натоварване, като например общ транзисторен усилвател, но все пак е по-добре да се използва операционен усилвател, тъй като той напълно отговаря на тези условия.

RC-осцилаторът Op-amp

Когато се използват като RC осцилатори, Операционни усилватели RC осцилатори са по-често срещани от техните биполярни транзистори. Осцилаторната схема се състои от оперативен усилвател с отрицателно усилване и трисекционна RC мрежа, която произвежда 180о фазово изместване. Мрежата за смяна на фазите се свързва от изхода на оп-усилвателите към нейния инвертиращ вход, както е показано по-долу.

Верига за генератор на Op-amp RC

оп-rc осцилатор верига

Тъй като обратната връзка е свързана към инвертиращия вход, операционният усилвател е свързан в неговата „инвертиращ усилвател” конфигурация, която произвежда необходимите 180о фаза смяна, докато RC мрежа произвежда други 180о фазово изместване при необходимата честота (180. \ tо + 180о).

Въпреки че е възможно да се каскадират заедно само две еднополюсни RC степени, за да се осигурят необходимите 180о фазово изместване (90о + 90о), стабилността на осцилатора при ниски честоти като цяло е лоша.

Една от най-важните характеристики на RC осцилатор е неговата честотна стабилност, която е нейната способност да осигурява постоянна честота на синусоидалната вълна при различни условия на натоварване. Чрез каскадиране на три или дори четири RC етапа заедно (4 x 45о), стабилността на осцилатора може да бъде значително подобрена.

RC Осцилатори с четири етапа обикновено се използват, тъй като общодостъпните операционни усилватели идват в четирикадрени IC пакети, така че проектирането на 4-степенния осцилатор с 45о на смяна на фазите спрямо всеки друг е относително лесно.

RC Осцилатори са стабилни и осигуряват добре оформена синусоидаизход с честота пропорционална на 1 / RC и следователно, по-широк честотен диапазон е възможно, когато се използва променлив кондензатор. Въпреки това, RC Осцилатори са ограничени до честота приложения, тъй като на техните ограничения на честотната лента за производство на желания фаза на смяна при високи честоти.

RC Осцилатор Пример №1

А 3-етапен RC фазов преходен осцилатор е необходима за произвеждане на честота на трептенеот 6.5kHz. Ако в веригата за обратна връзка се използват 1nF кондензатори, изчислете стойността на честотните резистори и стойността на резистора за обратна връзка, необходим за поддържане на трептенията. Също така нарисувайте веригата.

Стандартното уравнение, дадено за RC осцилатор на фазово изместване е:

rc осцилатор резонансна честота

Веригата е да бъде 3-етап RC осцилаторкоето следователно ще се състои от три резистора и три 1nF кондензатора. Тъй като честотата на трептенията е 6.5kHz, стойността на резисторите се изчислява като:

rc честота на трептенията

Усилването на операционните усилватели трябва да е равно на29, за да се поддържат колебания. Резистивната стойност на трите колебателни резистора е 10 kΩ, следователно стойността на съпротивлението R обратна усилвателе се изчислява като:

резистор за обратна връзка

RC Осцилатор Op-Amp Верига

rc осцилатор op amp верига

В следващия урок за осцилаторите ще разгледаме друг тип RC осцилатор наречен Wien Bridge Oscillators, който използва резистори и кондензатори като своя резервоарна верига, за да произвежда синусоидална форма на ниска честота.

Коментари (0)
Добави коментар