Схема генератора фазового зсуву

Раніше ми створили повний та детальний підручник з осцилятора фазового зсуву. Тут ми побачимо практичну реалізацію генератора фазового зсуву. У цьому проекті ми створюємо схему генератора фазового зсуву на макетній панелі та перевіряємо її вихід за допомогою осцилографа.

Що таке фазовий і фазовий зсув?

Фаза - це період повного циклу синусоїдальної хвилі в опорі 360 градусів. Повний цикл визначається як інтервал, необхідний для того, щоб форма сигналу повертала своє довільне початкове значення. Фаза позначається як загострена позиція на цьому циклі форми сигналу. Якщо ми побачимо синусоїдальну хвилю, ми легко визначимо фазу.

На зображенні вище показано повний цикл хвиль. Початковою точкою відліку синусоїдальної хвилі є 0 градусів у фазі, і якщо ми визначимо кожен позитивний та негативний пік та 0 балів, ми отримаємо 90, 180, 270, 360-градусну фазу. Отже, коли синусоїдальний сигнал починає свою подорож, відмінну від опорного 0-градусного, ми називаємо його фазовим зсувом, диференціюючи від 0-градусного опорного.

Якщо ми побачимо наступне зображення, ми визначимо, як схожа на фазу синусоїдальна хвиля схожа…

На цьому зображенні представлені дві синусоїдальні хвилі змінного струму, перша зелена синусоїдальна хвиля має фазу 360 градусів, але червона, яка є копією першого сигналу, фаза 90 градусів зміщена з фази зеленого сигналу.

Цей зсув фаз можна здійснити за допомогою простої мережі RC.

Будівництво та схема

Генератор фазового зсуву створює синусоїду. Простий генератор фазового зсуву - це RC-генератор, який забезпечує менше або рівне зсуву фази на 60 градусів.

На верхньому зображенні зображена однополюсна RC-мережа з фазовим зсувом або східчаста схема, яка зміщує фазу вхідного сигналу на 60 градусів або менше.

Якщо ми каскадуємо там RC-мережу, ми отримаємо зсув фази на 180 градусів.

Тепер для створення коливань та виходу синусоїди нам потрібен активний компонент, або транзистор, або Op-amp в інвертуючій конфігурації, і нам потрібно повернути вихід цих компонентів на вхід через триполюсну RC-мережу. Це призведе до зсуву фази на 360 градусів на виході і створить синусоїду.

У цьому підручнику ми будемо використовувати транзистор як активний елемент і виробляти через нього синусоїду.

Передумови

Для побудови схеми нам потрібні наступні речі -

1. Макет

2. 3 шт керамічних конденсаторів.1uF

3. 3 шт. Резистора 680R

4. 2.2k резистор 1 шт

5. 10k резистор 1 шт

6. Резистор 100R 1 шт

7. 68k резистор 1 шт

8. конденсатор 100 мкФ 1 шт

9. Транзистор BC549

10. Блок живлення 9В

Схематичне та робоче

На зображенні вище показано схему генератора фазового зсуву. Ми надали вихід як вхід RC-мереж, який знову подається через базу транзистора. Мережі RC забезпечують необхідний фазовий зсув на шляху зворотного зв'язку, який знову змінюється транзистором. Частоту RC-генератора можна розрахувати, використовуючи це рівняння -

F - частота коливань, R і C - опір і ємність, а N означає кількість використовуваних каскадів зсуву фази RC. Ця формула застосовується лише в тому випадку, коли мережа фазового зсуву використовує однакові значення опору та ємності, тобто R1 = R2 та C1 = C2 = C3. Генератор фазового зсуву може бути виконаний як генератор змінного фазового зсуву, який може створювати широкий діапазон частот залежно від визначеного попередньо встановленого значення. Це можна зробити легко, змінивши лише нерухомі конденсатори C1, C2 і C3 за допомогою потрійного конденсатора змінної конфігурації. У таких випадках значення резистора має бути фіксованим.

У наведеній вище схемі R4 і R5 утворюють дільник напруги, який забезпечує напругу зміщення транзистора BC549. R6 використовується для обмеження струму колектора і R7, використовуються для термічної стабільності BC549 транзистора під час роботи. С4 є важливим, оскільки це емітерний обхідний конденсатор BC549.

BC549 - це епітаксіальний кремнієвий транзистор NPN. На зображенні вище показаний пакет TO-92. Перший штифт (1) - колектор, 2 - основа і 3 - штифт емітера. Він широко використовується в цілях комутації та посилення. BC549 - з того самого сегменту широко використовуваних 547, 548 тощо. BC549 - це малошумна версія. Ми використовуємо це для активної складової осцилятора з фазовим зсувом, яка буде посилюватися і забезпечувати додатковий фазовий зсув до сигналу.

Ми побудували схему на макетній дошці.

Вихід схеми генератора фазового зсуву

Ми підключили осцилограф через вихід, щоб побачити синусоїду. На зображенні нижче ми побачимо наші з’єднання зонда осцилографа.

Ми підключили два зонди осцилографа, один жовтий через кінцевий вихід і червоний через другу RC-мережу. Жовтий канал осцилографа забезпечить результат кінцевої продукції, а червоний канал буде забезпечувати вихідний сигнал через другу сходинку RC фільтр. Порівнюючи два виходи, ми чітко зрозуміємо різницю між двома фазами синусоїди. Ми живимо ланцюг від блоку живлення на 9 В.

Це остаточний результат від осцилографа.

Остаточний результат, який ми отримали від осцилографа, показаний на зображенні вище. Жовта синусоїда майже знаходиться у фазі, тоді як червоний сигнал, узятий з 2- ^ї каскадної мережі RC, виходить з фази. Ми можемо постійно бачити захоплену форму хвилі на наведеному нижче відео:

Вихід досить стабільний, а шумові перешкоди нижчі. Повне відео можна знайти в кінці цього проекту.

Обмеження схеми генератора фазового зсуву

Оскільки ми використовуємо BJT для генератора фазового зсуву, існують певні обмеження, пов'язані з BJT. Коливання стабільне на низьких частотах, якщо ми збільшимо частоту, коливання будуть насичуватися, а вихідний сигнал буде спотворений. Крім того, амплітуда вихідної хвилі не така досконала, їй знадобляться додаткові схеми для стабілізації амплітуди схеми сигналу.

Ефект несприятливого навантаження також є проблемою на етапі мережі RC. Через ефект навантаження вхідний опір другого полюса змінює властивості опору наступного попереднього першого полюсного фільтра. Додаткові каскадні фільтри погіршують цей ефект. Крім того, з цієї причини важко розрахувати частоту коливань, використовуючи стандартний метод формули.

Використання схеми генератора фазового зсуву

Основне використання генератора фазового зсуву полягає у створенні синусоїди на його виході. Отже, скрізь, де потрібна генерація чистої синусоїди, використовується осцилятор із зсувом фаз. Крім того, з метою фазового зсуву певного сигналу генератор фазового зсуву забезпечує значний контроль над процесом зсуву. Іншими способами використання осциляторів з фазовим зсувом є:

1. В звукових генераторах
2. Інвертор синусоїди
3. Синтез голосу
4. GPS-пристрої
5. Музичних інструментів.

Якщо ви хочете дізнатись більше про осцилятор фазового зсуву, перейдіть за посиланням.