Fāzes nobīdes oscilators ir oscilatora ķēde, kas paredzēta sinewave izejas ģenerēšanai. Tas darbojas ar vienu aktīvo elementu, piemēram, BJT vai op amp, kas konfigurēts apgrieztā pastiprinātāja režīmā.
Shēmas izvietojums rada atgriezenisko saiti no izejas uz ieeju, izmantojot RC (rezistora / kondensatora) ķēdi, kas sakārtota kāpņu tipa tīklā. Šīs atgriezeniskās saites ieviešana izraisa pozitīvu “nobīdi” pastiprinātāja izejas fāzē par 180 grādiem pie oscilatora frekvences.
RC tīkla radītās fāzes nobīdes lielums ir atkarīgs no frekvences. Augstākas oscilatora frekvences rada lielāku fāzes nobīdi.
Tālāk sniegtie visaptverošie skaidrojumi palīdzēs mums uzzināt jēdzienu sīkāk.
Iekš iepriekšējā ziņa mēs uzzinājām par nepieciešamajiem kritiskajiem apsvērumiem, izstrādājot fāzes nobīdes oscilatoru, kas balstīts uz op-amp. Šajā amatā mēs to virzīsim tālāk un uzzināsim vairāk par fāzes nobīdes oscilatoru veidi un kā aprēķināt iesaistītos parametrus, izmantojot formulas.
Vīnes tilta ķēde
Zemāk dotajā diagrammā parādīta Vīnes tilta ķēdes iestatīšana.
Šeit mēs varam pārtraukt cilpu pie opamp pozitīvās ieejas un aprēķināt atgriešanās signālu, izmantojot šādu 2. vienādojumu:
Kad ⍵ = 2πpf = 1 / RC , atgriezeniskā saite ir fāzē (pozitīva atgriezeniskā saite), kuras ieguvums ir 1/3 .
Tāpēc svārstībām ir nepieciešama opamp ķēde, lai iegūtu pastiprinājumu 3.
Kad R F = 2R G , pastiprinātāja pastiprinājums ir 3, un svārstības sākas pie f = 1 / 2πRC.
Mūsu eksperimentā ķēde svārstījās pie 1,65 kHz, nevis 1,59 kHz, izmantojot 3. attēlā norādītās daļas vērtības, bet ar acīmredzamu deformāciju.
Nākamais attēls zemāk parāda Vīnes tilta ķēdes nelineāra atgriezeniskā saite .
Mēs varam redzēt lampu RL, kuras kvēldiega pretestība ir izvēlēta ļoti zema, aptuveni 50% no RF atgriezeniskās saites pretestības vērtības, jo lampas strāvu nosaka RF un RL.
Attiecība starp lampas strāvu un nelineāru pretestību palīdz uzturēt izejas sprieguma izmaiņas minimālajā līmenī.
Jūs varat arī atrast daudzas shēmas, kurās ir diods, nevis iepriekš paskaidrotais nelineārās atgriezeniskās saites elementu jēdziens.
Diodes izmantošana palīdz samazināt deformācijas līmeni, piedāvājot maigu izejas sprieguma kontroli.
Tomēr, ja iepriekš minētās metodes jums nav labvēlīgas, jums jāizmanto AGC metodes, kas identiski palīdz samazināt traucējumus.
Parasts Vīnes tilta oscilators, izmantojot AGC ķēdi, ir parādīts nākamajā attēlā.
Šeit tas ņem negatīvo sinusoidālu paraugu, izmantojot D1, un paraugs tiek uzglabāts C1 iekšpusē.
R1 un R2 aprēķina tā, lai tas centrētu Q1 novirzi, lai nodrošinātu, ka (R G + R Q1 ) ir vienāds ar R F / 2 ar paredzamo izejas spriegumu.
Ja izejas spriegumam ir tendence palielināties, Q1 pretestība palielinās, tādējādi samazinot pastiprinājumu.
Pirmajā Wien tilta oscilatoru ķēdē 0,833 voltu barošanu var redzēt uz pozitīvās opamp ievades tapas. Tas tika darīts, lai centrētu izejas mierīgu spriegumu pie VCC / 2 = 2,5 V.
Fāzes nobīdes oscilators (viens opamp)
Fāzes nobīdes oscilatoru var konstruēt arī, izmantojot tikai vienu opampu, kā parādīts iepriekš.
Parastā domāšana ir tāda, ka fāzes nobīdes ķēdēs posmi ir izolēti un viens otru pārvalda paši. Tas dod mums šādu vienādojumu:
Ja atsevišķas sekcijas fāzes nobīde ir –60 °, cilpas fāzes nobīde ir = –180 °. Tas notiek, kad ⍵ = 2πpf = 1.732 / RC jo pieskare 60 ° = 1,73.
Β vērtība šajā brīdī ir (1/2)3, kas nozīmē, ka pastiprinājumam A jābūt ar līmeni 8, lai sistēmas pastiprinājums būtu ar līmeni 1.
Šajā diagrammā tika konstatēts, ka norādīto daļu vērtību svārstību biežums ir 3,76 kHz, nevis pēc aprēķinātās 2,76 kHz svārstību frekvences.
Turklāt svārstību uzsākšanai nepieciešamais pieaugums tika mērīts kā 26, nevis saskaņā ar aprēķināto pieaugumu 8.
Šāda veida neprecizitātes zināmā mērā ir saistītas ar sastāvdaļu nepilnībām.
Tomēr vissvarīgākais ietekmējošais aspekts ir nepareizo pareģojumu dēļ, ka RC posmi nekad neietekmē viens otru.
Šī vienas opamp ķēdes iestatīšana kādreiz bija diezgan labi pazīstama brīžos, kad aktīvie komponenti bija apjomīgi un par augstu cenu.
Mūsdienās op-ampēri ir ekonomiski un kompakti, un vienā iepakojumā tie ir pieejami ar četriem numuriem, tāpēc viens opamp fāzes nobīdes oscilators galu galā ir zaudējis savu atpazīstamību.
Buferēts fāzes nobīdes oscilators
Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt buferētu fāzes nobīdes oscilatoru, kas pulsē pie 2,9 kHz, nevis paredzamā ideālā frekvence 2,76 kHz, un ar pastiprinājumu 8,33, nevis ideālu pastiprinājumu 8.
Buferi aizliedz RC sekcijām ietekmēt viens otru, un tāpēc buferētie fāzes nobīdes oscilatori spēj darboties tuvāk aprēķinātajai frekvencei un pastiprinājumam.
Rezistors RG, kas atbild par pastiprinājuma iestatīšanu, ielādē trešo RC sadaļu, ļaujot četrkārtējam opampam 4. opampam darboties kā šīs RC sekcijas buferim. Tādējādi efektivitātes līmenis sasniedz ideālu vērtību.
Zema izkropļojuma sinusa viļņus varam iegūt no jebkura no fāzes nobīdes oscilatora posmiem, bet visdabiskāko sinusoidālo vilni var iegūt no pēdējās RC sekcijas izejas.
Tas parasti ir augstas pretestības zemas strāvas mezgls, tāpēc šeit jāizmanto ķēde ar augstas pretestības ievades pakāpi, lai izvairītos no slodzes un frekvences novirzēm, reaģējot uz slodzes izmaiņām.
Kvadrācijas oscilators
Kvadrācijas oscilators ir vēl viena fāzes nobīdes oscilatora versija, tomēr trīs RC posmi ir salikti kopā tā, lai katra sadaļa saskaitītu 90 ° fāzes nobīdi.
Izejas tiek sauktas par sinusiem un kosiniem (kvadratūra) tikai tāpēc, ka starp opamp izejām pastāv 90 ° fāzes nobīde. Cilpas pieaugumu nosaka, izmantojot 4. vienādojumu.
Ar ⍵ = 1 / RC , 5. vienādojums vienkāršojas līdz 1√ - 180 ° , kas noved pie svārstībām pie ⍵ = 2πpf = 1 / RC.
Izmēģinātā ķēde pulsēja 1,65 kHz frekvencē pretstatā aprēķinātajai vērtībai 1,59 kHz, un atšķirība galvenokārt ir saistīta ar daļu vērtības izmaiņām.
Bubba oscilators
Iepriekš parādītais Bubba oscilators ir vēl viens fāzes nobīdes oscilatora variants, taču tas izbauda četrrindu op-amp pakotnes priekšrocības, lai radītu dažas atšķirīgas iezīmes.
Četras RC sekcijas prasa 45 ° fāzes nobīdi katrai sekcijai, kas nozīmē, ka šim oscilatoram ir izcils dΦ / dt, lai samazinātu frekvences novirzes.
Katra RC sekcija rada 45 ° fāzes nobīdi. Nozīme, jo mums ir izejas no alternatīvām sekcijām, nodrošina zemas pretestības kvadratūras izvadus.
Ikreiz, kad tiek iegūta izeja no katra opampa, ķēde rada četrus 45 ° fāzē nobīdītus sinusoidus. Cilpas vienādojumu var rakstīt šādi:
Kad ⍵ = 1 / RC , iepriekš minētie vienādojumi saraujas šādos 7. un 8. vienādojumā.
Lai sāktu svārstību, pastiprinājumam A vajadzētu sasniegt 4 vērtību.
Analīzes ķēde svārstījās pie 1,76 kHz atšķirībā no ideālās frekvences 1,72 kHz, savukārt pastiprinājums, šķiet, bija 4,17, nevis ideālais pastiprinājums 4.
Samazināta pieauguma dēļ TO un zemas novirzes strāvas ampēri, rezistors RG, kas atbild par pastiprinājuma noteikšanu, neielādē pēdējo RC sadaļu. Tas garantē visprecīzāko oscilatora frekvences izvadi.
No R un RG krustojuma varēja iegūt ārkārtīgi zemu deformāciju sinusoidālos viļņus.
Ikreiz, kad visiem izvadiem ir nepieciešami zemas deformācijas sinusa viļņi, pieaugums faktiski jāsadala vienādi starp visiem opampiem.
Neinvertējošā pastiprinājuma op-amp ievade tiek novirzīta pie 0,5 V, lai radītu mierīgu izejas spriegumu pie 2,5 V. Gain sadalījums prasa pārējo opampu novirzi, taču tas noteikti neietekmē svārstību biežumu.
Secinājumi
Iepriekšminētajā diskusijā mēs sapratām, ka Op amp fāzes nobīdes oscilatori ir ierobežoti līdz frekvenču joslas apakšējam galam.
Tas ir saistīts ar faktu, ka op-ampēriem nav būtiskā joslas platuma, lai zemās fāzes nobīdi īstenotu augstākās frekvencēs.
Mūsdienu strāvas atgriezeniskās saites op-ampēru pielietošana oscilatoru ķēdēs izskatās sarežģīta, jo tie ir ļoti jutīgi pret atgriezeniskās saites kapacitāti.
Sprieguma atgriezeniskās saites op-ampēri ir ierobežoti līdz dažiem 100 kHz, jo tie rada pārmērīgu fāzes nobīdi.
Vīnes tilta oscilators darbojas, izmantojot nelielu skaitu detaļu, un tā frekvences stabilitāte ir ļoti pieņemama.
Bet deformācijas samazināšana Vīnes tilta oscilatorā ir mazāk vienkārša nekā paša svārstību procesa uzsākšana.
Kvadrācijas oscilators, protams, darbojas, izmantojot pāris op-ampēri, taču tas ietver daudz lielākus traucējumus. Tomēr fāzes nobīdes oscilatori, piemēram, Bubba oscilatori, izliek daudz zemākus traucējumus, kā arī zināmu pienācīgu frekvences stabilitāti.
To sakot, šāda veida fāzes nobīdes oscilatoru uzlabotā funkcionalitāte nav lēta, jo dažādās ķēdes stadijās iesaistītās daļas ir augstākas.
Saistītās tīmekļa vietnes
www.ti.com/sc/amplifiers
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2471.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2472.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2474.html
Iepriekšējais: Op amp oscilatori Nākamais: 1000 vatu līdz 2000 vatu jaudas pastiprinātāja ķēde
