Генератор сдвига фазы Rc с использованием op

Сдвиг фазы генератора является электронная схема генератора, который вырабатывает синусоидальное напряжение на выходе. Он может быть сконструирован с использованием транзистора или операционного усилителя в качестве инвертирующего усилителя. Как правило, эти генераторы фазового сдвига используются в качестве генераторов звукового сигнала. В RC-генераторе с фазовым сдвигом фазовый сдвиг на 180 градусов генерируется RC-цепью, а другой 180 градусов генерируется операционным усилителем, поэтому результирующая волна инвертируется на 360 градусов.

Помимо генерации синусоидального сигнала, они также используются для обеспечения значительного контроля над процессом сдвига фазы. Другие применения осцилляторов фазового сдвига:

1. В аудиогенераторах
2. Инвертор синусоидальной волны
3. Голосовой синтез
4. Устройства GPS
5. Музыкальные инструменты.

Прежде чем мы начнем проектировать RC-генератор с фазовым сдвигом, давайте узнаем больше о фазе и фазовом сдвиге.

Что такое фаза и фазовый сдвиг?

Фаза - это период полного цикла синусоидальной волны на 360 градусов. Полный цикл определяется как интервал, необходимый для того, чтобы сигнал вернул свое произвольное начальное значение. Фаза обозначается как отмеченная точка на этом цикле сигнала. Если мы видим синусоидальную волну, мы можем легко определить фазу.

На изображении выше показан полный волновой цикл. Начальная начальная точка синусоидальной волны - это 0 градусов по фазе, и если мы определим каждый положительный и отрицательный пик и 0 точек, мы получим фазу 90, 180, 270, 360 градусов. Таким образом, когда начинается синусоидальный сигнал, это путешествие, кроме 0 градусов ссылки, мы называем это сдвигом фазы дифференциации от 0 градусов ссылки.

Если мы увидим следующее изображение, мы определим, как выглядят синусоидальные волны со сдвигом фазы…

На этом изображении представлены две волны синусоидального сигнала переменного тока, первая синусоидальная волна зеленого цвета имеет фазу на 360 градусов, а красная - фаза, сдвинутая на 90 градусов относительно фазы зеленого сигнала.

Этот сдвиг фазы может быть выполнен с использованием простой RC-цепи.

RC-фазовый генератор

Простой RC-генератор с фазовым сдвигом обеспечивает минимальный фазовый сдвиг 60 градусов.

На изображении выше показана RC-цепь с однополюсным фазовым сдвигом или лестничная схема, которая сдвигает фазу входного сигнала на 60 градусов или меньше.

В идеале фазовый сдвиг выходной волны RC-цепи должен составлять 90 градусов, но на практике это прибл. 60 градусов, так как конденсатор не идеален. Формула для расчета фазового угла RC-цепи приведена ниже:

φ = тангенс ^-1 (Xc / R)

Где Xc - реактивное сопротивление конденсатора, а R - резистор, подключенный к RC-цепи.

Если каскадировать туда RC-сеть, мы получим фазовый сдвиг на 180 градусов.

Теперь для создания выходных колебаний и синусоидальной волны нам понадобится активный компонент, транзистор или операционный усилитель в инвертирующей конфигурации.

Если вы хотите узнать больше о RC Phase Shift Oscillator, то перейдите по ссылке

Зачем использовать операционный усилитель для RC-генератора с фазовым сдвигом вместо транзистора?

Существуют некоторые ограничения при использовании транзисторов для построения RC-фазового генератора:

1. Стабильно только на низких частотах.
2. Генератор RC-фазового сдвига требует дополнительных схем для стабилизации амплитуды сигнала.
3. Точность частоты не идеальна, и она не застрахована от шумных помех.
4. Неблагоприятный эффект нагрузки. Из-за образования каскада входное сопротивление второго полюса изменяет свойства сопротивления резисторов фильтра первого полюса. Чем больше фильтров каскадно, тем хуже ситуация, так как это повлияет на точность вычисленной частоты генератора фазового сдвига.

Из-за затухания на резисторе и конденсаторе потери на каждом каскаде увеличиваются, и общие потери составляют примерно 1/29 входного сигнала.

Поскольку схема затухает на 1/29, нам необходимо восстановить потерю. Узнайте больше о них в нашем предыдущем руководстве.

RC-генератор с фазовым сдвигом на ОУ

Когда мы используем операционный усилитель для RC-генератора с фазовым сдвигом, он работает как инвертирующий усилитель. Изначально входная волна попала в RC-сеть, из-за чего мы получаем сдвиг фазы на 180 градусов. И этот выход RC подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Теперь, как мы знаем, операционный усилитель будет производить сдвиг фазы на 180 градусов, когда он работает как инвертирующий усилитель. Таким образом, мы получаем фазовый сдвиг выходной синусоиды на 360 градусов. Этот RC-генератор с фазовым сдвигом, использующий операционный усилитель, обеспечивает постоянную частоту даже при изменяющихся условиях нагрузки.

Необходимые компоненты

• Микросхема операционного усилителя - LM741
• Резистор - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Конденсатор - (100pF - 3nos)
• Осциллограф

Принципиальная электрическая схема

Моделирование RC-генератора с фазовым сдвигом с помощью операционного усилителя

Генератор сдвига фазы RC обеспечивает точный выходной сигнал синусоиды. Как вы можете видеть в видео моделирования в конце, мы установили щуп осциллографа на четыре ступени схемы.

Зонд осциллографа	Тип волны
Первый	Входная волна
Второй - Б	Синусоидальная волна с фазовым сдвигом 90 градусов
Третий - C	Синусоидальная волна с фазовым сдвигом на 180 градусов
Четвертый - D	Выходная волна (синусоида) с фазовым сдвигом на 360 градусов

Здесь сеть обратной связи предлагает сдвиг фазы на 180 градусов. Мы получаем 60 градусов от каждой сети RC. А оставшийся фазовый сдвиг на 180 градусов генерируется операционным усилителем в инвертирующей конфигурации.

Для расчета частоты колебаний используйте следующую формулу:

F = 1 / 2πRC√2N

Недостатком RC-генератора с фазовым сдвигом, использующего операционный усилитель, является то, что его нельзя использовать для высокочастотных приложений. Потому что всякий раз, когда частота слишком высока, реактивное сопротивление конденсатора очень низкое, и это действует как короткое замыкание.