Rc phase shift oscillator

Ano ang Oscillator?

Ang oscillator ay isang mekanikal o elektronikong konstruksyon na gumagawa ng osilasyon depende sa ilang mga variable. Lahat tayo ay may mga aparato na nangangailangan ng mga oscillator, tradisyunal na orasan na mayroon tayong lahat sa ating tahanan bilang isang orasan sa dingding o relo ng relo, iba't ibang uri ng mga metal detector, mga computer kung saan nasasangkot ang microcontroller at microprocessors na gumagamit ng mga oscillator, lalo na ang electronics oscillator na gumagawa ng mga pana-panahong signal.

RC Oscillator at Phase:

Habang tinatalakay namin ang tungkol sa RC oscillator, at dahil ito rin ay tinukoy bilang phase shift oscillator kailangan namin ng patas na pag-unawa tungkol sa kung ano ang phase. Tingnan ang imaheng ito: -

Kung nakikita natin ang nasa itaas na alon ng sinusoidal tulad ng isang ito malinaw na makikita natin na ang panimulang punto ng signal ay 0 degree sa phase, at pagkatapos nito ang bawat puntong punto ng signal mula positibo hanggang 0 pagkatapos ay muli ang negatibong punto pagkatapos ay muli ang 0 ay ayon sa pagkakasunud-sunod ng 90 degree, 180 degree, 270 degree at 360 degree sa posisyon ng phase.

Ang yugto ay isang buong yugto ng ikot ng isang sinusoidal na alon sa isang sanggunian na 360 degree.

Ngayon nang walang karagdagang pagkaantala tingnan natin kung ano ang phase shift?

Kung ilipat natin ang sinusoidal alon na panimulang punto bukod sa 0 degree ang yugto ay lumipat. Mauunawaan namin ang paglipat ng bahagi sa susunod na imahe.

Sa imaheng ito, mayroong dalawang AC sinusoidal signal wave na ipinakita, ang unang Green Sinusoidal wave ay 360 degree sa phase ngunit ang pula na replica ng una, read signal ay 90 degree mula sa phase ng green signal.

Gamit ang RC oscillator maaari nating ilipat ang yugto ng isang signal ng Sinusoidal.

Phase Shift gamit ang RC Oscillator Circuit:

Ang RC ay nangangahulugang Resistor at Capacitor. Maaari lamang tayong bumuo ng isang Phase shift Resistor-capacitor network gamit lamang ang isang risistor at isang pagbuo ng capacitor.

Tulad ng nakikita sa tutorial ng High pass filter, nalalapat ang parehong circuit dito. Ang isang tipikal na RC phase shift oscillator ay maaaring magawa ng isang kapasitor sa serye kasama ang isang risistor na kahanay.

Ito ay isang solong poste ng shift phase; ang circuit ay pareho ng Passive High Pass Filter. Teoretikal kung mag -apply kami ng isang signal ng phase sa kabila ng network na ito ng RC ang output phase ay ililipat ng eksaktong 90 degree. Ngunit kung susubukan natin ito sa katotohanan at suriin ang shift ng phase, makamit natin ang 60 degree na mas mababa sa 90 degree phase shift. Nakasalalay ito sa dalas, at ang mga bahagi ng pagpapaubaya na lumilikha ng masamang epekto sa katotohanan. Tulad ng alam nating lahat na walang perpekto, dapat mayroong ilang pagkakaiba kaysa sa aktwal na tinawag o inaasahang mga halaga kaysa sa katotohanan. Ang temperatura at iba pang panlabas na pagtitiwala ay lumilikha ng mga paghihirap upang makamit ang eksaktong 90 degree phase shift, 45 degree ay sa pangkalahatan, 60 degree ay karaniwang depende sa mga frequency at makamit ang 90 degree ay isang napakahirap na trabaho sa maraming mga kaso.

Tulad ng tinalakay sa High pass tutorial magtatayo kami ng parehong circuit at susisiyasat tungkol sa shift ng phase ng parehong circuit.

Ang circuit ng High Pass filter na iyon kasama ang mga halaga ng sangkap ay nasa larawan sa ibaba: -

Ito ang halimbawa na ginamit namin sa nakaraang mga tutorial na passive high pass filter. Gumagawa ito ng 4.9 KHz ng Bandwidth. Kung susuriin natin ang dalas ng sulok ay makikilala natin ang anggulo ng phase sa output ng Oscillator.

Ngayon ay maaari nating makita ang phase shift ay nagsimula mula sa 90 degree na kung saan ay ang maximum phase shift ng RC oscillator network ngunit sa punto ng frequency ng sulok ang phase shift ay 45degree.

Ngayon isinasaalang-alang ang katotohanan na ang phase shift ay 90 degree o kung pipiliin namin ang oscillator circuitry konstruksyon tulad ng isang espesyal na paraan na makagawa ng 90 degree phase shift pagkatapos ay mawawala ang circuit sa kaligtasan sa sakit sa saklaw ng hangganan dahil sa mahinang factor ng pagpapatibay ng dalas. Tulad ng naiisip natin sa punto ng 90 degree kung saan nagsimula ang curve tulad ng mula sa 10Hz o Mababang sa 100Hz ay halos patag. Nangangahulugan iyon kung ang dalas ng oscillator ay bahagyang nagbago dahil sa mga sangkap ng pagpapaubaya, Temperatura, iba pang hindi maiiwasang mga pangyayari, ang pagbabago ng phase ay hindi magbabago. Iyon ay hindi magandang pagpipilian. Kaya isinasaalang-alang namin ang 60degree o 45 degree ay ang katanggap-tanggap na phase shift para sa solong poste ng oscillator ng RC network. Ang katatagan ng Frequency ay magpapabuti.

Cascading Maramihang Mga RC Filter:

Tatlong Mga Filter ng Cascade:

Sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa katotohanang ito na hindi lamang natin makakamtan ang 60 Degree phase shift sa halip na 90 degree, maaari kaming mag-cascade ng tatlong mga filter ng RC (Kung ang shift ng phase ay 60 degree ng RC oscillators) o sa pamamagitan ng cascading apat na filter sa serye (Kung ang phase shift ay 45 degree ng bawat RC oscillator) at makakuha ng 180 degree.

Sa larawang ito ang tatlong RC oscillator ay nag-cascaded at bawat oras na 60 degree phase shift ay idinagdag at sa wakas pagkatapos ng ikatlong yugto makakakuha kami ng 180 degree phase shift.

Itatayo namin ang circuitry na ito sa simulation software at makikita ang input at output form na alon ng circuitry.

Bago makapasok sa video ay hinahayaan 'makita ang imahe ng circuitry at makikita rin ang koneksyon ng oscilloscope.

Sa itaas na imahe ginamit namin ang 100pF capacitor at 330k resistor na halaga. Ang oscilloscope ay konektado sa buong Input VSIN (A / Yellow channel), sa buong unang output ng poste (B / Blue channel), 2 ^nd pol output

(C / Red channel) at ang huling output sa buong ikatlong poste (D / Green channel).

Makikita namin ang simulation sa Video at makikita ang pagbabago ng phase sa 60 degree sa unang poste, 120degree sa buong ikalawang poste at 180 degree sa ikatlong poste. Gayundin ang amplitude ng signal ay makakabawas ng hakbang-hakbang.

1 ^st amplitude ng poste> Ika-2 na amplitude ng poste> Ika-3 na amplitude ng poste. Mas marami kaming pupunta sa huling poste ang pagbawas ng amplitude ng signal ay bumababa.

Ngayon ay makikita natin ang video ng simulation: -

Malinaw na ipinakita na ang bawat poste ay aktibong binabago ang phase shift at sa huling output ay inilipat ito sa 180 degree.

Cascade Four RC Filter:

Sa susunod na imahe apat na RC phase shift oscillator na ginamit sa 45-degree phase shift bawat isa, na gumagawa ng 180-degree phase shift sa pagtatapos ng RC network.

RC Phase Shift Oscillator na may Transistor:

Ito ang lahat ay mga passive na elemento o sangkap sa oscillator ng RC. Nakukuha namin ang shift ng phase ng 180 degree. Kung nais naming gumawa ng isang 360 degree phase shift pagkatapos ng isang aktibong sangkap na kinakailangan na makagawa ng karagdagang 180 degree phase shift. Ginagawa ito ng isang Transistor o isang Amplifier at nangangailangan ng karagdagang boltahe ng suplay.

Sa imaheng ito ang isang NPN Transistor ay ginagamit upang makabuo ng Phase shift na 180 degree habang ang C1R1 C2R2 C3R3 ay makakagawa ng 60 degree na phase pagkaantala. Kaya ang pag-iipon ng tatlong 60 + 60 + 60 = 180 degree phase shift na ito ay ginagawa sa kabilang banda na pagdaragdag ng isa pang 180 degree ng kabuuang transistor na 360 degree phase shift ay nilikha. Makakakuha kami ng 360 degree na phase shift sa buong C5 electrolytic capacitor. Kung nais naming baguhin ang dalas ng isang paraan na ito upang baguhin ang halaga ng mga capacitor o gumamit ng isang variable na preset na capacitor sa kabuuan ng tatlong mga poste nang paisa-isa sa pamamagitan ng pag-aalis ng mga indibidwal na naayos na capacitor.

Ginagawa ang isang koneksyon sa feedback upang makuha ang mga enerhiya pabalik sa amplifier gamit ang tatlong poste ng RC network. Kinakailangan para sa matatag na positibong pag-oscillation at upang makabuo ng boltahe ng sinusoidal. Dahil sa

koneksyon sa feedback o sa pagsasaayos, ang RC oscillator ay isang oscillator ng uri ng feedback.

Noong 1921, ipinakilala ng pisisista ng Aleman na si Heinrich Georg Barkhausen ang "pamantayan ng Barkhausen" para sa pagtukoy ng ugnayan sa pagitan ng mga pag-shift ng phase sa buong loop ng feedback. Tulad ng bawat pamantayan, ang circuit ay mag-oscillate lamang kung ang phase shift sa paligid ng loop ng feedback ay pantay o maramihang 360 degree at ang nakuha ng loop ay katumbas ng isa. Kung ang shift ng phase ay tumpak sa nais na dalas at ang loop ng feedback ay lumilikha ng 360-degree oscillation kung gayon ang output ay magiging isang sine wave. Naghahatid ang RC filter upang makamit ang layuning ito.

Dalas ng RC Oscillator:

Madali nating matutukoy ang dalas ng oscillation gamit ang equation na ito: -

Kung saan,

R = Paglaban (Ohms)

C = Capacitance

N = Bilang ng RC network ang / gagamitin

Ginagamit ang Formula na ito para sa disenyo ng kaugnay na High pass filter, maaari din kaming gumamit ng low pass filter at magiging negatibo ang shift ng phase. Sa ganitong kaso ang itaas na pormula ay hindi gagana para sa pagkalkula ng dalas ng oscillator, magkakaiba ang pormula.

Kung saan,

R = Paglaban (Ohms)

C = Capacitance

N = Bilang ng RC network ang / gagamitin

RC Phase Shift Oscillator na may Op-amp:

Tulad ng maaari naming bumuo ng RC phase shift oscillator gamit ang Transistor ie BJT, may iba pang mga limitasyon sa Transistor din.

Ito ay matatag para sa mababang mga frequency.
Ang paggamit lamang ng isang BJT na amplitude ng Output alon ay hindi perpekto, kinakailangan ng karagdagang circuitry upang patatagin ang amplitude ng waveform.
Ang katumpakan ng dalas ay hindi perpekto at hindi ito immune sa maingay na panghihimasok.
Masamang epekto sa Paglo-load. Dahil sa pagbuo ng cascade input impedance ng pangalawang poste baguhin ang mga katangian ng resistors ng resistors ng unang filter ng poste. Mas marami ang mga filter na kaskad mas malala ang sitwasyon dahil makakaapekto ito sa katumpakan ng kinakalkula na dalas ng phase oscillator.

Dahil sa pagpapalambing sa resistor at capacitor, ang pagkawala sa bawat yugto ay nadagdagan at ang kabuuang pagkawala ay tinatayang kabuuang pagkawala ng 1/29 ^ika -input signal.

Tulad ng pagpapalambing ng circuit sa 1/29 ^ika kailangan nating mabawi ang pagkawala.

Ito ang oras upang baguhin ang BJT gamit ang isang Op-amp. Maaari rin naming mabawi ang apat na drawbacks at makakuha ng mas maraming headroom sa kontrol kung gagamit kami ng op-amp sa halip na BJT. Dahil sa mataas na impedance ng pag-input ang mabisang epekto ay epektibo ring kinokontrol dahil ang op-amp input impedance ay nagtataguyod sa pangkalahatang epekto sa paglo-load.

Ngayon nang walang karagdagang pagbabago baguhin natin ang BJT sa isang Op-Amp at tingnan kung ano ang magiging circuitry o eskematiko ng RC oscillator gamit ang Op-amp.

Tulad ng nakikita natin, ang BJT Lang ay pinalitan ng isang baligtad na op-amp. Ang loop ng Feedback ay konektado sa kabuuan ng unang pol oscillator ng poste at feed sa inalis na input pin na op-amp. Dahil sa baligtad na koneksyon ng feedback na ito, ang op-amp ay makakagawa ng isang 180-degree phase shift. Ang karagdagang 180-degree phase shift ay ibibigay ng tatlong mga yugto ng RC. Makukuha namin ang nais na output ng 360-degree phase shifted wave sa kabuuan ng op-amp na unang pin na pinangalanan bilang OSC out. Ginagamit ang R4 para sa pagkuha ng kompensasyon ng op-amp. Maaari nating mai-tweak ang circuitry upang makakuha ng mataas na dalas na oscillated na output ngunit depende sa bandwidth na saklaw ng dalas ng op-amp.

Gayundin, para makuha ang ninanais na resulta kailangan nating kalkulahin ang resistor ng R4 upang makamit ang ^ika- 29 na beses na mas malaki ang amplitude sa kabuuan ng op-amp na kailangan nating mabayaran sa pagkawala ng 1/29 ^ika- kabuuan ng mga yugto ng RC.

Tingnan natin, gagawa kami ng isang circuit na may halaga ng totoong mga sangkap at tingnan kung ano ang magiging simulate na output ng RC phase shift oscillator.

Gumagamit kami ng 10k ohms resistor at 500pF capacitor at matukoy ang dalas ng oscillation. Kalkulahin din namin ang halaga ng makakuha ng risistor.

N = 3, bilang 3 yugto ang gagamitin.

R = 10000, tulad ng 10k ohms na na-convert sa ohms

C = 500 x 10 ^-12 habang ang halaga ng capacitor ay 500pF

Ang Output ay 12995Hz o ang medyo malapit na halaga ay 13 KHz.

Tulad ng op-amp makakuha ay kailangan 29 ^th beses ang halaga ng mga pakinabang risistor ay kinakalkula gamit ang formula na ito: -

Makita = R f / R 29 = R f / 10k R f = 290k

Ito ay kung paano ang Phase shift oscillator ay itinayo gamit ang mga bahagi ng RC at Op-amp.

Ang mga aplikasyon ng oscillator ng phase phase ng RC ay may kasamang mga amplifier kung saan ginagamit ang audio transpormer at kinakailangan ng kaugalian na signal ng audio ngunit hindi magagamit ang inverted signal, o kung kinakailangan ang mapagkukunan ng signal ng AC para sa anumang aplikasyon kung gayon ang RC filter ay ginagamit. Gayundin, ang signal generator o function generator ay gumagamit ng RC phase shift oscillator.