Faz kaydırmalı osilatör - Phase-shift oscillator

Bir faz kaydırmalı osilatör bir doğrusal elektronik osilatör üreten devre sinüs dalgası çıktı. Bir ters çeviren amplifikatör gibi bir öğe transistör veya op amp çıktısı ile geri bildirim girişine bir faz kayması ağı oluşan dirençler ve kapasitörler içinde merdiven ağı. Geri bildirim ağı, evre salınım frekansında 180 derece amplifikatör çıkışının olumlu geribildirim.^[1] Faz kaydırmalı osilatörler genellikle şu alanlarda kullanılır: ses frekansı gibi ses osilatörleri.

Filtre, aşağıdakilerle artan bir faz kayması üretir: Sıklık. Yüksek frekanslarda maksimum faz kayması 180 dereceden fazla olmalıdır, böylece istenen salınım frekansındaki faz kayması 180 derece olabilir. En yaygın faz kaydırma ağı, düşük frekanslarda sıfır ve yüksek frekanslarda 270 ° faz kayması üreten üç özdeş direnç-kapasitör aşamasını basamaklandırır.

Uygulamalar

BJT kullanan faz kaydırmalı osilatör için devre şeması

Bipolar uygulama

NPN tipi bipolar transistör kullanan uygulama, popüler elektronik hobi dergisinden alınan örneğe dayanmaktadır. Devre, çıkışında sinüzoidal bir dalga oluşturur. RC faz kaydırma ağı olumlu bir geri bildirim döngüsü oluşturmak için kullanılır. Direnç Rb, temel öngerilim akımı sağlar. Direnç Rc, kollektör akımı için kollektör yük direncidir. Direnç Rs, devreyi harici yükten izole eder.^[2]

JFET kullanan faz kaydırmalı osilatör için devre şeması

FET uygulaması

Devre, RC faz kaydırma osilatörünü FET ile uygular. Pozitif geri besleme için kullanılan topolojinin voltaj serisi geri beslemesi olduğunu unutmayın.

Op-amp uygulaması

Bir op-amp kullanan bir faz kaydırmalı osilatör için devre şeması

Diyagramda gösterilen faz kaydırmalı osilatörün uygulanması, bir operasyonel amplifikatör (op-amp), üç kapasitörler ve dört dirençler.

Devrenin salınım frekansı ve salınım kriteri için modelleme denklemleri karmaşıktır çünkü her RC aşaması öncekileri yükler. İdeal bir amplifikatör varsayarsak, salınım frekansı:

${displaystyle f_ {mathrm {oscillation}} = {frac {1} {2pi {sqrt {R_ {2} R_ {3} (C_ {1} C_ {2} + C_ {1} C_ {3} + C_ {2 } C_ {3}) + R_ {1} R_ {3} (C_ {1} C_ {2} + C_ {1} C_ {3}) + R_ {1} R_ {2} C_ {1} C_ {2 }}}}}}$

Salınımı sürdürmek için gerekli olan geri besleme direnci:

${displaystyle {egin {align} R_ {mathrm {fb}} = & 2 (R_ {1} + R_ {2} + R_ {3}) + {frac {2R_ {1} R_ {3}} {R_ {2} }} + {frac {C_ {2} R_ {2} + C_ {2} R_ {3} + C_ {3} R_ {3}} {C_ {1}}} & + {frac {2C_ {1} R_ {1} + C_ {1} R_ {2} + C_ {3} R_ {3}} {C_ {2}}} + {frac {2C_ {1} R_ {1} + 2C_ {2} R_ {1 } + C_ {1} R_ {2} + C_ {2} R_ {2} + C_ {2} R_ {3}} {C_ {3}}} & + {frac {C_ {1} R_ {1} ^ {2} + C_ {3} R_ {1} R_ {3}} {C_ {2} R_ {2}}} + {frac {C_ {2} R_ {1} R_ {3} + C_ {1} R_ {1} ^ {2}} {C_ {3} R_ {2}}} + {frac {C_ {1} R_ {1} ^ {2} + C_ {1} R_ {1} R_ {2} + C_ {2} R_ {1} R_ {2}} {C_ {3} R_ {3}}} uç {hizalı}}}$

Denklemler, tüm dirençler (hariç) daha basittir. olumsuz geribildirim direnç) aynı değere sahiptir ve tüm kapasitörler aynı değere sahiptir. Diyagramda, eğer R₁=R₂=R₃=R ve C₁=C₂=C₃=C, sonra:

${displaystyle f_ {mathrm {oscillation}} = {frac {1} {2pi RC {sqrt {6}}}}}$

ve salınım kriteri:^{[kaynak belirtilmeli ]}

${displaystyle R_ {mathrm {fb}} = 29cdot R}$

Diğer geri besleme osilatörlerinde olduğu gibi, devreye güç uygulandığında, termal elektriksel gürültü devrede veya açıldığında geçici salınımı başlatmak için bir başlangıç ​​sinyali sağlar. Pratikte, geri besleme direncinin biraz daha büyük olması gerekir, böylece salınım aynı (küçük) genlikte kalmak yerine genlikte artacaktır. Amplifikatör ideal olsaydı, genlik sınırsız artar, ancak pratikte amplifikatörler doğrusal değildir ve anlık kazançları değişir. Genlik arttıkça, amplifikatör doygunluğu amplifikatörün ortalama kazancını azaltacaktır. Sonuç olarak, salınım genliği ortalamaya kadar artmaya devam edecektir. döngü kazancı devrenin birliğe düşmesi; bu noktada, genlik stabilize olacaktır.

Salınım frekansı amplifikatörün yakınında olacak kadar yüksek olduğunda kesme frekansı amplifikatör, geri besleme ağının faz kaymasına katkıda bulunacak önemli bir faz kaymasına katkıda bulunacaktır. Bu nedenle devre, geri besleme filtresinin faz kaymasının 180 dereceden daha az olduğu bir frekansta salınacaktır.

Tek op-amp devresi, birbirini yükleyen RC bölümlerinden dolayı salınımı sürdürmek için nispeten yüksek bir kazanca (yaklaşık 30) ihtiyaç duyar.^[3] Her RC segmenti diğerlerini etkilemediyse, salınım için yaklaşık 8 ila 10'luk bir kazanç yeterli olacaktır. Osilatörün izole edilmiş bir versiyonu, her RC aşaması arasına bir op-amp tamponu eklenerek yapılabilir (bu aynı zamanda modelleme denklemlerini basitleştirir).

Referanslar

Dış bağlantılar

• İle ilgili medya Faz kaydırmalı osilatörler Wikimedia Commons'ta