Pengayun fasa Rc

Apa itu Oscillator?

Pengayun adalah pembinaan mekanikal atau elektronik yang menghasilkan ayunan bergantung pada beberapa pemboleh ubah. Kita semua mempunyai peranti yang memerlukan pengayun, jam tradisional yang kita semua ada di rumah kita sebagai jam dinding atau jam tangan, pelbagai jenis pengesan logam, komputer di mana mikrokontroler dan mikropemproses terlibat semua menggunakan pengayun, terutama pengayun elektronik yang menghasilkan isyarat berkala.

Pengayun dan Fasa RC:

Semasa kita membincangkan mengenai osilator RC, dan juga disebut sebagai osilator fasa pergeseran, kita memerlukan pemahaman yang adil tentang apa itu fasa. Lihat gambar ini: -

Sekiranya kita melihat gelombang sinusoidal di atas seperti ini, kita akan melihat dengan jelas bahawa titik permulaan isyarat adalah 0 darjah dalam fasa, dan selepas itu setiap titik puncak isyarat dari positif ke 0 maka titik negatif sekali lagi, sekali lagi 0 masing-masing menunjukkan 90 darjah, 180 darjah, 270 darjah dan 360 darjah dalam kedudukan fasa.

Fasa adalah tempoh kitaran penuh gelombang sinusoidal dalam rujukan 360 darjah.

Sekarang tanpa berlengah lagi mari kita lihat apa peralihan fasa?

Sekiranya kita mengalihkan titik permulaan gelombang sinusoidal selain 0 darjah fasa akan beralih. Kami akan memahami peralihan fasa pada gambar seterusnya.

Dalam gambar ini, terdapat dua gelombang isyarat sinusoidal AC yang disajikan, gelombang Sinusoidal Hijau pertama adalah 360 darjah dalam fasa tetapi yang merah yang merupakan replika isyarat baca pertama, 90 darjah keluar dari fasa isyarat hijau.

Dengan menggunakan pengayun RC kita dapat mengubah fasa isyarat Sinusoidal.

Fase Shift menggunakan RC Oscillator Circuit:

RC bermaksud Resistor dan Kapasitor. Kita hanya dapat membentuk rangkaian kapasitor Pergeseran Fasa dengan hanya menggunakan satu perintang dan satu formasi kapasitor.

Seperti yang dilihat dalam tutorial saringan lulus Tinggi, litar yang sama berlaku di sini. A tipikal RC anjakan fasa pengayun boleh menjadi hasil oleh kapasitor dalam siri berserta dengan perintang selari.

Ini adalah rangkaian peralihan fasa tiang tunggal; litarnya sama dengan Passive High Pass Filter. Secara teorinya jika kita menerapkan isyarat fasa dalam rangkaian RC ini, fasa output akan dipindahkan tepat 90 darjah. Tetapi jika kita mencubanya secara realiti dan memeriksa peralihan fasa, maka kita mencapai peralihan fasa 60 darjah hingga kurang daripada 90 darjah. Ini bergantung pada kekerapan, dan toleransi komponen yang menimbulkan kesan buruk dalam kenyataan. Seperti yang kita semua tahu tidak ada yang sempurna, pasti ada perbezaan daripada nilai yang disebut atau yang diharapkan daripada yang sebenarnya. Suhu dan kebergantungan luar yang lain menimbulkan kesukaran untuk mencapai peralihan fasa 90 darjah yang tepat, 45 darjah pada umumnya, 60 darjah adalah biasa bergantung pada frekuensi dan mencapai 90 darjah adalah pekerjaan yang sangat sukar dalam banyak kes.

Seperti yang dibincangkan dalam tutorial lulus tinggi, kami akan membina litar yang sama dan akan menyiasat mengenai peralihan fasa litar yang sama.

Litar penapis High Pass itu bersama dengan nilai komponen terdapat pada gambar di bawah: -

Ini adalah contoh yang kami gunakan dalam tutorial penapis pas pas tinggi sebelumnya. Ia akan menghasilkan lebar jalur 4.9 KHz. Sekiranya kita memeriksa frekuensi sudut, kita akan mengenal pasti sudut fasa pada output Oscillator.

Sekarang kita dapat melihat pergeseran fasa dimulakan dari 90 darjah yang merupakan pergeseran fasa maksimum oleh rangkaian osilator RC tetapi pada titik frekuensi sudut pergeseran fasa adalah 45 darjah.

Sekarang mempertimbangkan hakikat bahawa fasa peralihan adalah 90 darjah atau jika kita memilih pembinaan litar pengayun seperti cara khas yang akan menghasilkan peralihan fasa 90 darjah maka litar akan kehilangan kekebalannya dalam julat sempadan kerana faktor penstabilan frekuensi yang buruk. Seperti yang kita bayangkan pada titik 90 darjah di mana lengkung baru bermula seperti dari 10Hz atau Lebih rendah ke 100Hz hampir rata. Ini bermaksud jika frekuensi pengayun berubah sedikit kerana toleransi komponen, Suhu, keadaan lain yang tidak dapat dielakkan, peralihan fasa tidak akan berubah. Itu bukan pilihan yang baik. Oleh itu, kami menganggap 60 darjah atau 45 darjah adalah peralihan fasa yang boleh diterima untuk pengayun rangkaian RC tiang tunggal. Kestabilan Frekuensi akan bertambah baik.

Penapis Berbagai Pelbagai RC:

Penapis Cascade Three RC:

Dengan mempertimbangkan hakikat ini bahawa kita tidak dapat mencapai hanya mencapai pergeseran fasa 60 Derajat dan bukannya 90 darjah, kita dapat merangkai tiga penapis RC (Jika peralihan fasa adalah 60 darjah oleh pengayun RC) atau dengan merangkai empat saringan secara bersiri (Jika peralihan fasa adalah 45 darjah oleh setiap pengayun RC) dan mendapat 180 darjah.

Dalam gambar ini tiga pengayun RC berlari dan setiap kali pergeseran fasa 60 darjah ditambahkan dan akhirnya selepas tahap ketiga kita akan mendapat peralihan fasa 180 darjah.

Kami akan membina litar ini dalam perisian simulasi dan melihat bentuk gelombang input dan output litar.

Sebelum masuk ke dalam video mari kita melihat gambar litar dan juga akan melihat sambungan osiloskop.

Pada gambar atas kami menggunakan kapasitor 100pF dan nilai perintang 330k. Osiloskop disambungkan seluruh VSIN Input (A / saluran Kuning), seluruh output pertama tiang (B / saluran Blue), 2 ^nd output tiang

(saluran C / Red) dan output akhir seluruh tiang ketiga (D / saluran Green).

Kami akan melihat simulasi dalam Video dan akan melihat perubahan fasa dalam 60 darjah di tiang pertama, 120 darjah di tiang kedua dan 180 darjah di tiang ketiga. Amplitud isyarat juga akan meminimumkan langkah demi langkah.

1 ^st tiang amplitud> 2 amplitud tiang> amplitud tiang ke-3. Semakin banyak kita menuju ke tiang terakhir penurunan amplitud isyarat semakin berkurang.

Sekarang kita akan melihat video simulasi: -

Dengan jelas ditunjukkan bahawa setiap tiang secara aktif mengubah pergeseran fasa dan pada output akhir ia dipindahkan ke 180 darjah.

Penapis Cascade Four RC:

Pada gambar berikutnya empat pengayun fasa fasa RC digunakan dengan pergeseran fasa 45 darjah masing-masing, yang menghasilkan peralihan fasa 180 darjah pada akhir rangkaian RC.

RC Phase Shift Oscillator dengan Transistor:

Ini semua adalah elemen atau komponen pasif dalam pengayun RC. Kami mendapat peralihan fasa 180 darjah. Sekiranya kita ingin melakukan pergeseran fasa 360 darjah maka diperlukan komponen aktif yang menghasilkan peralihan fasa 180 darjah tambahan. Ini dilakukan oleh Transistor atau Amplifier dan memerlukan voltan bekalan tambahan.

Dalam gambar ini Transistor NPN digunakan untuk menghasilkan pergeseran Fasa 180 darjah sementara C1R1 C2R2 C3R3 akan menghasilkan 60 darjah penundaan fasa. Oleh itu pengumpulan tiga fasa 60 + 60 + 60 = 180 darjah fasa ini dilakukan sebaliknya menambah 180 darjah lagi dengan peralihan fasa 360 darjah transistor dibuat. Kita akan mendapat peralihan fasa 360 darjah merentasi kapasitor elektrolitik C5. Sekiranya kita ingin mengubah frekuensi satu cara ini untuk menukar nilai kapasitor atau menggunakan kapasitor pratetap berubah di ketiga-tiga kutub tersebut secara individu dengan menghilangkan kapasitor tetap individu.

A sambungan maklum balas penting untuk mendapatkan semula tenaga belakang untuk penguat menggunakan tiga rangkaian tiang RC. Ini diperlukan untuk ayunan positif yang stabil dan menghasilkan voltan sinusoidal. Kerana

sambungan maklum balas atau konfigurasi, osilator RC adalah pengayun jenis maklum balas.

Pada tahun 1921, ahli fizik Jerman Heinrich Georg Barkhausen memperkenalkan "kriteria Barkhausen" untuk menentukan hubungan antara peralihan fasa merentasi gelung maklum balas. Berdasarkan kriteria, litar hanya akan berayun jika peralihan fasa di sekitar gelung maklum balas sama atau berganda 360 darjah dan keuntungan gelung sama dengan satu. Sekiranya peralihan fasa tepat pada frekuensi yang diinginkan dan gelung maklum balas membuat ayunan 360 darjah maka output akan menjadi gelombang sinus. Penapis RC berfungsi untuk mencapai tujuan ini.

Kekerapan Pengayun RC:

Kami dapat dengan mudah menentukan kekerapan ayunan menggunakan persamaan ini:

Di mana,

R = Rintangan (Ohms)

C = Kapasitansi

N = Bilangan rangkaian RC akan / akan digunakan

Formula ini digunakan untuk reka bentuk saringan lulus Tinggi, kita juga dapat menggunakan penapis lulus rendah dan peralihan fasa akan menjadi negatif. Sekiranya formula atas tidak berfungsi untuk mengira kekerapan pengayun, formula yang berbeza akan berlaku.

Di mana,

R = Rintangan (Ohms)

C = Kapasitansi

N = Bilangan rangkaian RC akan / akan digunakan

RC Phase Shift Oscillator dengan Op-amp:

Oleh kerana kita boleh membina pengayun fasa fasa RC menggunakan Transistor iaitu BJT, terdapat batasan lain dengan Transistor juga.

1. Ia stabil untuk frekuensi rendah.
2. Hanya menggunakan satu BJT amplitud gelombang output tidak sempurna, diperlukan litar tambahan untuk menstabilkan amplitud bentuk gelombang.
3. Ketepatan frekuensi tidak sempurna dan tidak kebal terhadap gangguan bising.
4. Kesan pemuatan buruk. Kerana pembentukan lata, impedans input tiang kedua mengubah sifat rintangan perintang pada tiang pertama penapis. Semakin banyak filter, keadaan akan bertambah buruk kerana ia akan mempengaruhi ketepatan frekuensi pengayun peralihan fasa yang dikira.

Disebabkan oleh pengecilan perintang dan kapasitor, kerugian yang merentasi setiap peringkat bertambah dan jumlah kerugian adalah lebih kurang jumlah kerugian 1/29 ^th isyarat input.

Sebagai Melemah litar di 1/29 ^th kita perlu memulihkan kerugian.

Inilah masanya untuk menukar BJT dengan Op-amp. Kami juga dapat memulihkan empat kelemahan tersebut dan mendapatkan lebih banyak ruang kawalan jika kami menggunakan op-amp bukan BJT. Oleh kerana impedansi input yang tinggi, kesan pemuatan juga dikawal dengan berkesan kerana impedans input op-amp mendorong kepada kesan pemuatan secara keseluruhan.

Sekarang tanpa pengubahsuaian lebih lanjut mari kita ubah BJT dengan Op-Amp dan lihat apakah litar atau skematik osilator RC menggunakan Op-amp.

Seperti yang kita lihat, Just BJT diganti dengan op-amp terbalik. Gelung Maklum balas dihubungkan melalui pengayun RC tiang pertama dan menyalurkan ke pin input terbalik op-amp. Oleh kerana sambungan maklum balas terbalik ini, op-amp akan menghasilkan peralihan fasa 180 darjah. Pergeseran fasa 180 darjah tambahan akan disediakan oleh tiga peringkat RC. Kami akan mendapat output gelombang fasa 360 darjah yang diinginkan pada pin pertama op-amp yang dinamakan OSC keluar. R4 digunakan untuk pampasan keuntungan op-amp. Kita boleh mengubah litar untuk mendapatkan output berayun frekuensi tinggi tetapi bergantung pada lebar jalur julat frekuensi op-amp.

Juga, untuk mendapatkan hasil yang dikehendaki kita perlu mengira keuntungan perintang R4 untuk mencapai 29 ^th amplitud kali lebih besar seluruh op-amp kerana kami perlu membayar ganti rugi dengan kehilangan 1/29 ^th seluruh peringkat RC.

Mari kita lihat, kita akan membuat litar dengan nilai komponen sebenar dan melihat apakah output simulasi pengayun fasa fasa RC.

Kami akan menggunakan perintang 10k ohm dan kapasitor 500pF dan menentukan frekuensi ayunan. Kami juga akan mengira nilai perintang keuntungan.

N = 3, kerana 3 peringkat akan digunakan.

R = 10000, sebagai 10k ohm ditukar menjadi ohm

C = 500 x 10 ^-12 kerana nilai kapasitor adalah 500pF

Output adalah 12995Hz atau nilai yang hampir dekat adalah 13 KHz.

Sebagai keuntungan op-amp diperlukan 29 ^ke- kali ganda nilai perintang keuntungan dikira menggunakan formula ini: -

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

Ini adalah bagaimana pengayun fasa pergeseran dibina menggunakan komponen RC dan Op-amp.

Aplikasi pengayun fasa fasa RC termasuk penguat di mana pengubah audio digunakan dan isyarat audio pembezaan diperlukan tetapi isyarat terbalik tidak tersedia, atau jika sumber isyarat AC diperlukan untuk aplikasi apa pun maka penapis RC digunakan. Juga, penjana isyarat atau penjana fungsi menggunakan pengayun fasa fasa RC.