Circuit oscil·lador de desplaçament de fase

Anteriorment hem creat un tutorial complet i detallat sobre l’oscil·lador de canvi de fase. Aquí veurem la implementació pràctica de l'oscil·lador de desplaçament de fase. En aquest projecte, creem un circuit d’oscil·lador de desplaçament de fase a la taula de proves i provem la seva sortida mitjançant l’oscil·loscopi.

Què és la fase i el canvi de fase?

La fase és un període de cicle complet d’una ona sinusoïdal en una referència de 360 ​​graus. Un cicle complet es defineix com l'interval necessari perquè la forma d'ona torni el seu valor inicial arbitrari. La fase es denota com una posició apuntada en aquest cicle de formes d'ona. Si veiem l’ona sinusoïdal identificarem fàcilment la fase.

A la imatge anterior, es mostra un cicle d’ones complet. El punt inicial de l’ona sinusoïdal és de 0 graus de fase i, si identifiquem cada pic positiu i negatiu i 0 punts, obtindrem 90, 180, 270 i 360 graus de fase. Per tant, quan s’inicia un senyal sinusoïdal és un viatge diferent de la referència de 0 graus, l’anomenem diferenciat de fase de la referència de 0 graus.

Si veiem la següent imatge identificarem com s’assemblen les ones sinusoïdals desplaçades de fase…

En aquesta imatge, es presenten dues ones de senyal sinusoïdal de CA, la primera ona sinusoïdal verda té una fase de 360 ​​graus, però la vermella que és la rèplica del primer senyal, que és la fase de 90 graus desplaçada de la fase del senyal verd.

Aquest desplaçament de fase es pot fer mitjançant una xarxa RC senzilla.

Construcció i Circuit

Un oscil·lador de canvi de fase produeix una ona sinusoïdal. Un oscil·lador simple de desplaçament de fase és un oscil·lador RC que proporciona un desplaçament de fase inferior o igual a 60 graus.

A la imatge superior es mostra una xarxa RC de desplaçament de fase d’un pol o un circuit d’escala que desplaça la fase del senyal d’entrada igual o inferior a 60 graus.

Si anem en cascada a la xarxa RC, obtindrem un desplaçament de fase de 180 graus.

Ara, per crear sortida d’oscil·lació i ona sinusoïdal, necessitem un component actiu, ja sigui transistor o amplificador operatiu en configuració inversora, i hem de retornar la sortida d’aquests components a l’entrada a través de la xarxa RC de tres pols. Produirà un desplaçament de fase de 360 ​​graus a la sortida i produirà una ona sinusoïdal.

En aquest tutorial, utilitzarem el transistor com a element actiu i produirem ona sinusoidal a través d'ell.

Requisits previs

Per construir el circuit necessitem les següents coses:

1. Taula de pa

2. 3 unitats de condensadors ceràmics.1uF

3. 3 unitats de resistència 680R

4. 2,2 k resistència 1 pc

5. 10k resistència 1 unitat

6. Resistència 100R 1 unitat

7. Resistència de 68 k 1 unitat

8. Condensador 100uF 1 unitat

9. BC549 Transistor

10. Font d'alimentació de 9V

Esquemàtic i de treball

A la imatge anterior, es mostra l' esquema de l'oscil·lador de canvi de fase. Vam proporcionar la sortida com a entrada de les xarxes RC, que es proporciona de nou a la base del transistor. Les xarxes RC proporcionen el desplaçament de fase necessari en el camí de retroalimentació que torna a ser alterat pel transistor. La freqüència de l’oscil·lador RC es pot calcular mitjançant aquesta equació:

F és la freqüència d'oscil·lació, R i C són la resistència i la capacitat, i el N significa Nombre d'etapes de desplaçament de fase RC utilitzades. Aquesta fórmula només és aplicable si la xarxa de desplaçament de fase utilitza el mateix valor de resistència i capacitat, és a dir, R1 = R2 i C1 = C2 = C3. L'oscil·lador de desplaçament de fase es pot convertir en un oscil·lador de desplaçament de fase variable que pot produir un ampli rang de freqüències en funció del valor predeterminat determinat. Això es pot fer fàcilment canviant només els condensadors fixos C1, C2 i C3 amb un condensador variable de triple banda. El valor de la resistència s'hauria de fixar en aquests casos.

En l'esquema anterior, els R4 i R5 formen un divisor de tensió que proporciona una tensió de polarització al transistor BC549. El R6 utilitzat per limitar el corrent del col·lector i R7 s’utilitzen per a l’estabilitat tèrmica del transistor BC549 durant el funcionament. C4 és essencial, ja que és el condensador de derivació de l’emissor de BC549.

BC549 és un transistor de silici epitaxial NPN. A la imatge anterior es mostra el paquet TO-92. El primer pin (1) és el col·lector, 2 és la base i 3 és el pin emissor. S’utilitza àmpliament amb finalitats de commutació i amplificació. BC549 és del mateix segment de les àmpliament utilitzades 547, 548, etc. BC549 és la versió de baix nivell de soroll. Ho fem servir per al component actiu del nostre oscil·lador de desplaçament de fase, que amplificarà i proporcionarà un desplaçament de fase addicional al senyal.

Hem construït el circuit sobre una taula de treball.

Sortida del circuit de l’oscil·lador de canvi de fase

Hem connectat un oscil·loscopi a la sortida per veure l’ona sinusoïdal. A la imatge següent veurem les nostres connexions de sonda oscil·loscòpica.

Hem connectat dues sondes d’oscil·loscopi, una de groc a la sortida final i una de vermella a la segona xarxa RC. El canal groc de l’oscil·loscopi proporcionarà el resultat de la sortida final i el canal vermell proporcionarà la sortida a través del filtre RC de la segona etapa. En comparar les dues sortides, entendrem clarament la diferència entre les dues fases de l’ona sinusoïdal. Alimentem el circuit des de la font d'alimentació de banc de 9V.

Aquesta és la sortida final de l’oscil·loscopi.

La sortida final que vam capturar de l’oscil·loscopi es mostra a la imatge anterior. L' ona sinusoïdal groga es troba gairebé en una fase, mentre que el senyal vermell, capturat des de la ^segona etapa de la xarxa RC, està fora de fase. Podem veure la forma d'ona capturada contínuament al següent vídeo:

La sortida és bastant estable i la interferència de soroll és menor. El vídeo complet es pot trobar al final d’aquest projecte.

Limitacions del circuit de l’oscil·lador de canvi de fase

Com que estem utilitzant BJT per a l'oscil·lador de desplaçament de fase, hi ha certes limitacions associades a BJT. L'oscil·lació és estable a baixes freqüències, si augmentem la freqüència l'oscil·lació es saturarà i la sortida es distorsionarà. A més, l'amplitud de l'ona de sortida no és tan perfecta, necessitarà circuits addicionals per estabilitzar l'amplitud dels circuits de forma d'ona.

L'efecte de càrrega adversa també és un problema en l'etapa de xarxa RC. A causa de l'efecte de càrrega, la impedància d'entrada del segon pol modifica les propietats de resistència del següent filtre de primer pol anterior. Els filtres addicionals en cascada empitjoren aquest efecte. A més, per aquest motiu, és difícil calcular la freqüència d'oscil·lació mitjançant el mètode de fórmula estàndard.

Ús del circuit de l’oscil·lador de canvi de fase

L’ús principal d’un oscil·lador de desplaçament de fase és crear ona sinusoïdal a través de la seva sortida. Així, allà on es necessiti la generació d’ona sinusoïdal pura, s’utilitza un oscil·lador de desplaçament de fase. A més, amb la finalitat del desplaçament de fase d’un senyal concret, l’oscil·lador de desplaçament de fase proporciona un control significatiu sobre el procés de desplaçament. Altres usos dels oscil·ladors de desplaçament de fase són:

1. En oscil·ladors d’àudio
2. Inversor d’on sinusoïdal
3. Síntesi de veu
4. Unitats GPS
5. Instruments musicals.

Si voleu obtenir més informació sobre l’oscil·lador de canvi de fase, seguiu l’enllaç.