Oscil·lador de desplaçament de fase rc amb op

Un oscil·lador de canvi de fase és un circuit d'oscil·lador electrònic que produeix una sortida d'ona sinusoïdal. Es pot dissenyar mitjançant transistor o mitjançant un amplificador Op com a amplificador inversor. En general, aquests oscil·ladors de desplaçament de fase s’utilitzen com a oscil·ladors d’àudio. En l’oscil·lador de desplaçament de fase RC, la xarxa RC genera un canvi de fase de 180 graus i l’amplificador Op genera un altre 180 graus, de manera que l’ona resultant s’inverteix en 360 graus.

A part de generar la sortida d'ona sinusoïdal, també s'utilitzen per proporcionar un control significatiu sobre el procés de canvi de fase. 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.

Abans de començar a dissenyar l’oscil·lador de desplaçament de fase RC, aprenem més coses sobre el canvi de fase i fase.

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 podem identificar 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 una fase de 90, 180, 270 i 360 graus. Per tant, quan s’inicia un senyal sinusoïdal és un viatge diferent de la referència de 0 graus, l’anomenem desplaçament de fase diferenciant-se 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 té una fase de 90 graus es va desplaçar de la fase del senyal verd.

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

Oscil·lador de canvi de fase RC

Un simple oscil·lador de desplaçament de fase RC proporciona un desplaçament de fase mínim de 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.

Idealment, el desplaçament de fase de l'ona de sortida d'un circuit RC hauria de ser de 90 graus, però a la pràctica és d'aprox. 60 graus, ja que el condensador no és ideal. A continuació s’esmenta la fórmula per calcular l’angle de fase de la xarxa RC:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

On, Xc és la reactància del condensador i R és la resistència connectada a la xarxa RC.

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.

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

Per què utilitzar l'amplificador operatiu per a l'oscil·lador de canvi de fase RC en lloc del transistor?

Hi ha algunes limitacions a l’hora d’utilitzar el transistor per construir un oscil·lador de canvi de fase RC:

1. És estable només per a freqüències baixes.
2. L'oscil·lador de desplaçament de fase RC requereix circuits addicionals per estabilitzar l'amplitud de la forma d'ona.
3. La precisió de freqüència no és perfecta i no és immune a interferències sorolloses.
4. Efecte de càrrega adversa. A causa de la formació en cascada, la impedància d'entrada del segon pol canvia les propietats de resistència de les resistències del filtre del primer pol. Més els filtres cauen en cascada més la situació empitjora, ja que afectarà la precisió de la freqüència de l'oscil·lador de desplaçament de fase calculada.

A causa de l'atenuació a través de la resistència i el condensador, la pèrdua en cada etapa augmenta i la pèrdua total és d'aproximadament un 1/29 del senyal d'entrada.

A mesura que el circuit s’atenua a 1/29, hem de recuperar la pèrdua. Obteniu més informació sobre ells al nostre tutorial anterior.

Oscil·lador de canvi de fase RC amb Op-Amp

Quan fem servir un amplificador operatiu per a un oscil·lador de desplaçament de fase RC, funciona com un amplificador inversor. Inicialment, l’ona d’entrada ha estat a la xarxa RC, a causa de la qual obtenim 180 graus de canvi de fase. I aquesta sortida de RC s’alimenta al terminal inversor de l’amplificador operacional.

Ara, com sabem, l’amplificador operatiu produirà un canvi de fase de 180 graus quan funcioni com a amplificador inversor. Per tant, obtenim un desplaçament de fase de 360 ​​graus a l’ona sinusoïdal de sortida. Aquest oscil·lador de desplaçament de fase RC que utilitza amplificador operatiu proporciona una freqüència constant fins i tot en les diferents condicions de càrrega.

Components necessaris

• Op-Amp IC - LM741
• Resistència - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Condensador - (100pF - 3nos)
• Oscil·loscopi

Esquema de connexions

Simulació de l'oscil·lador de canvi de fase RC mitjançant Op-Amp

L'oscil·lador de desplaçament de fase RC proporciona una sortida d'ona sinusoïdal precisa. Com podeu veure al vídeo de simulació al final, hem establert la sonda de l’oscil·loscopi en quatre etapes del circuit.

Sonda de l’oscil·loscopi	Tipus d'ona
Primer - A	Onada d'entrada
Segon - B	Ona sinusoidal amb canvi de fase de 90 graus
Tercer - C	Ona sinusoidal amb canvi de fase de 180 graus
Quart - D	Sortida d'ona (ona sinusoidal) amb canvi de fase de 360 ​​graus

Aquí, la xarxa de retroalimentació ofereix un canvi de fase de 180 graus. Estem obtenint 60 graus de cadascuna de les xarxes RC. I, el desplaçament de fase restant de 180 graus el genera l'amplificador operatiu en la configuració d'inversió.

Per calcular la freqüència d'oscil·lació, utilitzeu la fórmula següent:

F = 1 / 2πRC√2N

L’inconvenient de l’oscil·lador de desplaçament de fase RC que utilitza amplificador operatiu és que no es pot utilitzar per a aplicacions d’alta freqüència. Perquè sempre que la freqüència és massa alta, la reactància del condensador és molt baixa i actua com un curtcircuit.