Rc генератор фазового зсуву з використанням оп

Зсув фази генератора є електронна схема генератора, який виробляє синусоїдальну напругу на виході. Він може бути спроектований з використанням транзистора або використанням підсилювача Op-amp в якості інвертуючого підсилювача. Як правило, ці осцилятори з фазовим зсувом використовуються як звукові генератори. У генераторі зсуву фази RC зсув фази 180 градусів генерується мережею RC, а ще 180 градусів генерується Op-підсилювачем, тому результуюча хвиля інвертується на 360 градусів.

Окрім генерування виходу синусоїди, вони також використовуються для забезпечення значного контролю над процесом зсуву фаз. Іншими способами використання осциляторів з фазовим зсувом є:

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

Перш ніж ми почнемо проектувати осцилятор фазового зсуву RC, давайте дізнаємось більше про нього фазовий і фазовий зсув.

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 бачимо синусоїдальну хвилю, ми можемо легко визначити фазу.

На зображенні вище показано повний цикл хвилі. 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 мандрівку, відмінну від опорного 0-градусного, ми називаємо це зсувом фази, 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 змінного струму, перша зелена синусоїдальна хвиля має 360 градусів у фазі, але червона, яка на 90 градусів, зміщена з фази зеленого сигналу.

Цей зсув фаз можна здійснити за допомогою простої мережі RC.

RC осцилятор фазового зсуву

Простий генератор фазового зсуву RC забезпечує мінімальний фазовий зсув 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.

В ідеалі зсув фази вихідної хвилі схеми RC повинен становити 90 градусів, але на практиці він становить приблизно. 60 градусів, оскільки конденсатор не є ідеальним. Формула для розрахунку фазового кута мережі RC згадується нижче:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Де Xc - реактивний опір конденсатора, а R - резистор, підключений до мережі RC.

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

Тепер для створення коливань і виходу синусоїди нам потрібен активний компонент, або транзистор, або Op-amp в інвертуючій конфігурації.

Якщо ви хочете дізнатись більше про генератор фазового зсуву RC, перейдіть за посиланням

Навіщо використовувати підсилювач для генератора фазового зсуву RC замість транзистора?

Існують деякі обмеження у використанні транзистора для побудови осцилятора фазового зсуву RC:

1. Він стабільний лише для низьких частот.
2. Генератор RC фазового зсуву вимагає додаткової схеми для стабілізації амплітуди сигналу.
3. Точність частоти не є досконалою і не захищена від шумних перешкод.
4. Ефект несприятливого навантаження. Через формування каскаду вхідний опір другого полюса змінює резисторні властивості опору першого полюсного фільтра. Чим більше фільтрів каскадується, тим більше ситуація погіршується, оскільки це вплине на точність розрахункової частоти генератора фазового зсуву.

Завдяки загасанню на резисторі та конденсаторі, втрати на кожному каскаді збільшуються, і загальні втрати складають приблизно 1/29 від вхідного сигналу.

Оскільки схема послаблюється на 1/29, нам потрібно відшкодувати втрати. Дізнайтеся більше про них у нашому попередньому уроці.

Осцилятор зсуву фази RC за допомогою Op-Amp

Коли ми використовуємо підсилювач для RC генератора фазового зсуву, він функціонує як інвертуючий підсилювач. Спочатку вхідна хвиля потрапляла в RC-мережу, завдяки чому ми отримуємо 180 градусів фазового зсуву. І цей вихід RC подається в інвертуючий термінал операційного підсилювача.

Тепер, як ми знаємо, операційний підсилювач виробляє зсув фази на 180 градусів, коли функціонує як інвертуючий підсилювач. Отже, ми отримуємо 360-градусний зсув фази у вихідній синусоїді. Цей RC-генератор фазового зсуву з використанням операційного підсилювача забезпечує постійну частоту навіть за різних умов навантаження.

Потрібні компоненти

• Схема Op-Amp - LM741
• Резистор - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Конденсатор - (100pF - 3nos)
• Осцилограф

Кругова діаграма

Моделювання генератора фазового зсуву RC за допомогою Op-Amp

Осцилятор із зсувом фази RC забезпечує точний вихід синусоїди. Як ви можете побачити в відео з моделювання в кінці, ми встановили зонд осцилографа на чотири ступені ланцюга.

Зонд осцилографа	Тип хвилі
Перший - А	Вхідна хвиля
Другий - Б	Синусоїда з фазовим зсувом на 90 градусів
Третя - С	Синусоїда зі зсувом фази на 180 градусів
Четверте - D	Вихідна хвиля (синусоїда) із зсувом фази на 360 градусів

Тут мережа зворотного зв'язку пропонує фазовий зсув на 180 градусів. Ми отримуємо 60 градусів від кожної мережі RC. І, що залишився зсув фази на 180 градусів генерується операційним підсилювачем в інвертуючій конфігурації.

Для розрахунку частоти коливань використовують наступну формулу:

F = 1 / 2πRC√2N

Недоліком генератора фазового зсуву з використанням операційного підсилювача є те, що він не може використовуватися для високочастотних додатків. Тому що, коли частота занадто висока, реактивний опір конденсатора дуже низький, і він діє як коротке замикання.