/ / RC Oscillator Circuit - RC Oscillator Tutorial

RC Oscillator Circuit - RC Oscillator Tutorial

oscillator

I forsterkeropplæringen så vi at en engangs transistorforsterker kan produsere 180o av faseskift mellom sine utgangs- og inngangssignaler når de er koblet til i en klasse-A-type konfigurasjon.

For en oscillator for å opprettholde svingningerUendelig skal tilstrekkelig tilbakemelding av den riktige fasen, det vil si "Positiv tilbakemelding", tilveiebringes sammen med transistorforsterkeren som blir brukt som et inverterende trinn for å oppnå dette.

I en RC Oscillator krets inngangen skiftes 180o gjennom forsterkerstadiet og 180o igjen gjennom et annet inverterende stadium som gir oss "180o + 180o = 360o"Av faseskift som er effektivt det samme som 0o og gir oss dermed den nødvendige positive tilbakemeldingen. Med andre ord, faseforskyvningen av tilbakekoblingssløyfen skal være "0".

I en Motstands-kapasitansoscillator eller bare en RC Oscillator, benytter vi det faktum at en faseskift forekommer mellom inngangen til et RC-nettverk og utgangen fra det samme nettverket ved å bruke RC-elementer i tilbakemeldingsgrenen, for eksempel.

RC Phase-Shift Network

rc fase skift nettverk

Kretsen til venstre viser et enkelt motstandskondensatornettverk hvis utgangsspenning fører innspenningen med en vinkel mindre enn 90o. En ideell enpolet RC-krets ville gi en faseskift på nøyaktig 90o, og fordi 180o av faseskift er nødvendig for oscillasjon, må minst to enkeltpoler brukes i en RC-oscillator design.

Men i virkeligheten er det vanskelig å oppnå nøyaktig 90o av faseforskyvning, så flere stadier blir brukt. Mengden av faktisk faseforskyvning i kretsen avhenger av verdiene av motstanden og kondensatoren, og den valgte frekvensen for svingninger med fasevinkelen (Φ) blir gitt som:

RC-fasevinkel

rc faseskiftekvasjon

Hvor: XC er kondensatorens kapasitive reaktanse, R er motstanden til motstanden, og ƒ er frekvensen.

I vårt enkle eksempel ovenfor er verdiene for R og C valgt slik at utgangsspenningen ved den nødvendige frekvensen fører innspenningen med en vinkel på ca. 60o. Deretter øker fasevinkelen mellom hver påfølgende RC-seksjon med en annen 60o gir en faseforskjell mellom inngang og utgang på 180o (3 x 60o) som vist med følgende vektordiagram.

Vector Diagram

rc oscillatorvektordiagram

Ved å koble sammen tre slike RC-nettverk i serie, kan vi produsere et totalt faseskift i kretsen på 180o ved den valgte frekvensen og dette danner basisene til en "faseskiftoscillator" ellers kjent som en RC Oscillator krets.

Vi vet at i en forsterkerkrets enten ved hjelp av en bipolar transistor eller en operasjonsforsterker, vil det gi en faseskift på 180o mellom inngang og utgang. Hvis et trefaset RC-faseskiftningsnettverk er koblet mellom denne inngang og utgang fra forsterkeren, vil den totale faseskiftet som er nødvendig for regenerativ tilbakemelding bli 3 x 60o + 180o = 360o som vist.

grunnleggende rc tilbakekoblingskrets

De tre RC-trinnene er kaskad sammen for å få den nødvendige hellingen for en stabil svingningsfrekvens. Tilbakekoblingsløyfaseskiftet er -180o når faseskiftet i hvert trinn er -60o. Dette skjer når ω = 2πƒ = 1.732 / RC as (tan 60o = 1,732). Da for å oppnå den nødvendige faseskiftet i en RC-oscillatorkrets, er det å bruke flere RC-faseskiftende nettverk, slik som kretsen nedenfor.

Grunnleggende RC Oscillator Circuit

rc oscillator krets design

Det grunnleggende RC Oscillator som også er kjent som en Faseskiftoscillator, produserer et sinusbølgeutgangssignal ved bruk avregenerativ tilbakemelding hentet fra motstandskondensatorkombinasjonen. Denne regenerative tilbakemeldingen fra RC-nettverket skyldes kondensatorens evne til å lagre en elektrisk ladning, (lik LC-tankkretsen).

Dette motstandskondensator tilbakemeldingsnettverket kan værekoblet som vist ovenfor for å produsere et ledende faseforskyvning (faseforskyvningsnettverk) eller vekslet for å produsere et lagringsfaseforskyvning (fase retardnett), er utfallet fortsatt det samme som sinusbølgeoscillasjonene bare forekommer ved frekvensen der den generelle fase- Skiftet er 360o.

Ved å variere en eller flere av motstandene ellerkondensatorer i faseskift-nettverket, kan frekvensen varieres, og generelt gjøres dette ved å holde motstandene like og bruke en 3-gangs variabel kondensator.

Hvis alle motstandene, R og kondensatorene C i faseskiftnettverket er like i verdi, blir frekvensen av oscillasjoner produsert av RC-oscillatoren gitt som:

rc oscillator frekvens
  • Hvor:
  • ƒr er utgangsfrekvensen i Hertz
  • R er motstanden i ohm
  • C er kapasitansen i Farads
  • N er antall RC-stadier. (N = 3)

Siden motstandskondensatorkombinasjonen i RC Oscillator krets fungerer også som en demper som produserer entotal demping av -1 / 29th (Vo / Vi = β) over de tre trinnene, må forsterkerens spenningsforsterkning være tilstrekkelig høy nok til å overvinne disse RC-tapene. Derfor, i vårt tre-trinns RC-nettverk over, må forsterkerøkningen være lik for eller større enn 29.

Forlasterens effekt på forsterkeren påtilbakemeldingsnettverk har en effekt på frekvensen av svingninger og kan føre til at oscillatorfrekvensen blir opptil 25% høyere enn beregnet. Da tilbakemeldingsnettverket skal drives fra en høyimpedansutgangskilde og mates inn i en lavimpedansbelastning som en felles emittortransistorforsterker, men det er enda bedre å bruke en operasjonsforsterker, da den tilfredsstiller disse forholdene perfekt.

Op-amp RC Oscillator

Når den brukes som RC-oscillatorer, Operasjonsforsterker RC-oscillatorer er mer vanlige enn deres bipolare transistorer kolleger. Oscillatorkretsen består av en forsterker med negativ forsterkning og et tre-delings RC-nettverk som produserer 180o faseendring. Faseskiftnettverket er koblet fra opp-amputgangene tilbake til sin "inverterende" inngang som vist nedenfor.

Op-amp RC Oscillator Circuit

op-amp rc oscillator krets

Da tilbakemeldingen er koblet til inverteringsinngangen, er operasjonsforsterkeren derfor forbundet i sin "inverterende forsterker" -konfigurasjon som frembringer den nødvendige 180o faseskift mens RC-nettverket produserer den andre 180o faseskift ved ønsket frekvens (180o + 180o).

Selv om det er mulig å kaskade sammen, kun to enkeltpolede RC-trinn for å gi den nødvendige 180o av faseforskyvning (90o + 90o), er stabiliteten til oscillatoren ved lave frekvenser generelt dårlig.

En av de viktigste funksjonene i en RC Oscillator er dens frekvens stabilitet som er dens evne til å gi en konstant frekvens sinus bølge utgang under varierende belastningsforhold. Ved å kaste tre eller til og med fire RC-trinn sammen (4 x 45o), kan oscillatorens stabilitet bli sterkt forbedret.

RC-oscillatorer med fire stadier blir vanligvis brukt fordi allment tilgjengelige operasjonsforsterkere kommer i quad IC-pakker, slik at en 4-trinns oscillator med 45o av faseskift i forhold til hverandre er relativt enkelt.

RC-oscillatorer er stabile og gir en godt formet sinusbølgeutgang med frekvensen er proporsjonal med 1 / RC, og derfor er et bredere frekvensområde mulig ved bruk av en variabel kondensator. Imidlertid er RC-oscillatorer begrenset til frekvensapplikasjoner på grunn av deres båndbreddebegrensninger for å frembringe ønsket faseskift ved høye frekvenser.

RC Oscillator Eksempel No1

EN 3-trinns RC Phase Shift Oscillator er nødvendig for å produsere en svingningsfrekvensav 6,5 kHz. Hvis 1nF kondensatorer brukes i tilbakekoblingskretsen, beregner du verdien av de frekvensbestemmende motstandene og verdien av tilbakemelding motstanden som kreves for å opprettholde svingninger. Trekk også kretsen.

Standardligningen gitt for faseskift RC-Oscillatoren er:

rc oscillator resonans frekvens

Kretsen skal være en 3-trinns RC-oscillatorsom derfor vil bestå av tre motstander og tre 1nF kondensatorer. Som frekvensen av oscillasjon er gitt som 6,5 kHz, beregnes verdien av motstandene som:

rc oscillationsfrekvens

Operasjonsforsterkerens gevinst må være lik29 for å opprettholde svingninger. Motstandsverdien til de tre oscillasjonsmotstandene er 10kΩ, derfor er verdien av op-amps tilbakemelding motstanden Rf beregnes som:

tilbakemelding motstand

RC Oscillator Op-amp Circuit

rc oscillator op amp krets

I neste veiledning om oscillatorer vil vi se på en annen type RC Oscillator kalt en Wien Bridge Oscillators som bruker motstander og kondensatorer som sin tankkrets for å produsere en lavfrekvens sinusformet bølgeform.

Kommentarer (0)
Legg til en kommentar