วงจรออสซิลเลเตอร์กะเฟส

ก่อนหน้านี้เราได้สร้างบทช่วยสอนที่สมบูรณ์และมีรายละเอียดเกี่ยวกับ Phase Shift Oscillator ที่นี่เราจะเห็นการใช้งานจริงของออสซิลเลเตอร์กะเฟส ในโครงการนี้เราจะสร้างเฟสวงจรกะ oscillator บนเขียงหั่นขนมและทดสอบผลผลิตของตนโดยใช้สโคป

Phase และ Phase Shift คืออะไร?

เฟสคือระยะเวลาครบวงจรของคลื่นไซน์ในการอ้างอิง 360 องศา วงจรที่สมบูรณ์ถูกกำหนดให้เป็นช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับรูปคลื่นเพื่อส่งคืนค่าเริ่มต้นโดยพลการ เฟสแสดงเป็นตำแหน่งแหลมบนวงจรรูปคลื่นนี้ หากเราเห็นคลื่นไซน์เราจะระบุเฟสได้อย่างง่ายดาย

ในภาพด้านบนจะแสดงวงจรคลื่นที่สมบูรณ์ จุดเริ่มต้นเริ่มต้นของคลื่นไซน์คือ 0 องศาในเฟสและถ้าเราระบุจุดสูงสุดที่เป็นบวกและลบแต่ละจุดและ 0 จุดเราจะได้เฟสที่ 90, 180, 270, 360 องศา ดังนั้นเมื่อสัญญาณไซน์เริ่มต้นการเดินทางที่ไม่ใช่การอ้างอิง 0 องศาเราจึงเรียกว่าเฟสเปลี่ยนจากการอ้างอิง 0 องศา

หากเราเห็นภาพถัดไปเราจะระบุได้ว่าคลื่นไซน์ที่เปลี่ยนเฟสมีลักษณะอย่างไร…

ในภาพนี้มีการนำเสนอคลื่นสัญญาณไซน์ไซน์ AC สองคลื่นคลื่นGreen Sinusoidal คลื่นแรกเป็นเฟส 360 องศาแต่สีแดงที่จำลองสัญญาณแรกซึ่งเป็นเฟส 90 องศาเลื่อนออกจากเฟสของสัญญาณสีเขียว

การเปลี่ยนเฟสนี้สามารถทำได้โดยใช้เครือข่าย RC แบบธรรมดา

การก่อสร้างและวงจร

ออสซิลเลเตอร์กะเฟสสร้างคลื่นไซน์ ออสซิลเลเตอร์กะระยะอย่างง่ายคือ RC oscillator ซึ่งให้การกะระยะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 60 องศา

ภาพด้านบนแสดงเครือข่าย RC แบบเปลี่ยนเฟสขั้วเดียวหรือวงจรแลดเดอร์ซึ่งเปลี่ยนเฟสของสัญญาณอินพุตเท่ากับหรือน้อยกว่า60องศา

ถ้าเราเรียงซ้อนเครือข่าย RC ที่นั่นเราจะได้เฟสกะ180 องศา

ตอนนี้เพื่อสร้างการสั่นและเอาต์พุตคลื่นไซน์เราจำเป็นต้องมีส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ไม่ว่าจะเป็นทรานซิสเตอร์หรือ Op-amp ในการกำหนดค่าการกลับด้านและเราจำเป็นต้องป้อนเอาต์พุตของส่วนประกอบเหล่านั้นกลับไปยังอินพุตผ่านเครือข่าย RC สามขั้ว จะสร้างการกะระยะแบบ 360 องศาที่เอาต์พุตและสร้างคลื่นไซน์

ในบทช่วยสอนนี้เราจะใช้ทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบที่ใช้งานและสร้างคลื่นไซน์ผ่านมัน

ข้อกำหนดเบื้องต้น

ในการสร้างวงจรเราต้องการสิ่งต่อไปนี้ -

1. เขียงหั่นขนม

2. ตัวเก็บประจุเซรามิก. 1 ยูเอฟ 3 ชิ้น

3. ตัวต้านทาน 680R 3 ชิ้น

4. ตัวต้านทาน 2.2k 1 ชิ้น

5. ตัวต้านทาน 10k 1 ชิ้น

6. ตัวต้านทาน 100R 1 ชิ้น

7. ตัวต้านทาน 68k 1 ชิ้น

8. ตัวเก็บประจุ 100uF 1 ชิ้น

9. BC549 ทรานซิสเตอร์

10. แหล่งจ่ายไฟ 9V

แผนผังและการทำงาน

ในภาพด้านบนแผนผังของ Phase Shift Oscillatorจะแสดงขึ้น เราจัดเตรียมเอาต์พุตเป็นอินพุตของเครือข่าย RC ซึ่งมีให้อีกครั้งบนฐานของทรานซิสเตอร์ เครือข่าย RC กำลังจัดเตรียมการเปลี่ยนเฟสที่จำเป็นในเส้นทางป้อนกลับซึ่งถูกเปลี่ยนแปลงอีกครั้งโดยทรานซิสเตอร์ ความถี่ของ RC Oscillator สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการนี้ -

Fคือความถี่การสั่นRและCคือความต้านทานและความจุและNย่อมาจากจำนวนระยะการเปลี่ยนเฟส RC ที่ใช้ นี้เป็นสูตรเฉพาะหากเครือข่ายกะระยะเดียวกันใช้ความต้านทานและความจุมูลค่าที่หมายถึง R1 = R2 และ C1 C2 = = C3 Phase shift oscillator สามารถทำเป็นออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนเฟสแบบแปรผันซึ่งสามารถสร้างความถี่ได้หลากหลายขึ้นอยู่กับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าที่กำหนด สิ่งนี้สามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยเปลี่ยนเฉพาะคาปาซิเตอร์คงที่C1, C2และC3ด้วยตัวเก็บประจุแบบแปรผันสามแก๊ง ค่าตัวต้านทานควรได้รับการแก้ไขในกรณีเช่นนี้

ในวงจรข้างต้น R4 R5 และรูปแบบการแบ่งแรงดันซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าอคติให้ทรานซิสเตอร์BC549R6ใช้เพื่อ จำกัด เก็บในปัจจุบันและR7ใช้สำหรับเสถียรภาพทางความร้อนของBC549ทรานซิสเตอร์ระหว่างการดำเนินการC4เป็นสิ่งจำเป็นเช่นนี้เป็นตัวเก็บประจุอีซีแอล By-Pass ของBC549

BC549 เป็น NPN epitaxial ซิลิคอนทรานซิสเตอร์ ในภาพด้านบนแพ็กเกจ TO-92 จะปรากฏขึ้น พินแรก (1) คือตัวสะสม 2 คือฐานและ 3 คือพินตัวส่งสัญญาณ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเปลี่ยนและขยายจุดประสงค์ BC549 มาจากกลุ่มเดียวกันกับ 547, 548 เป็นต้น BC549 เป็นรุ่นที่มีเสียงรบกวนต่ำ เรากำลังใช้สิ่งนี้สำหรับส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของออสซิลเลเตอร์การเปลี่ยนเฟสของเราซึ่งจะขยายและเพิ่มการกะระยะเพิ่มเติมให้กับสัญญาณ

เราได้สร้างวงจรบนเขียงหั่นขนม

เอาต์พุตของวงจร Phase Shift Oscillator

เราเชื่อมต่อออสซิลโลสโคปข้ามเอาท์พุทเพื่อดูคลื่นไซน์ ในภาพด้านล่างเราจะเห็นการเชื่อมต่อโพรบออสซิลโลสโคปของเรา

เราเชื่อมต่อโพรบออสซิลโลสโคปสองตัวอันหนึ่งสีเหลืองกับเอาต์พุตสุดท้ายและอีกอันสีแดงในเครือข่าย RC ที่สอง ช่องสีเหลืองของ Oscilloscope จะให้ผลของการส่งออกสุดท้ายและช่องสีแดงจะช่วยให้การส่งออกข้ามขั้นตอนที่สองกรองไป RC โดยการเปรียบเทียบเอาต์พุตทั้งสองเราจะเข้าใจอย่างชัดเจนถึงความแตกต่างระหว่างสองเฟสของคลื่นไซน์ เรากำลังเปิดวงจรจากชุดจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ 9V

นี่คือผลลัพธ์สุดท้ายจาก Oscilloscope

ผลลัพธ์สุดท้ายที่เราจับได้จากออสซิลโลสโคปแสดงอยู่ในภาพด้านบน สีเหลืองคลื่นไซน์เกือบจะอยู่ในขั้นตอนในขณะที่สัญญาณสีแดงที่ยึดมาได้จาก 2 ^{ครั้งที่}เวที RC เครือข่ายจะออกจากเฟส เราสามารถดูรูปคลื่นที่ถ่ายได้อย่างต่อเนื่องในวิดีโอด้านล่าง:

เอาต์พุตค่อนข้างเสถียรและสัญญาณรบกวนต่ำกว่า วิดีโอฉบับสมบูรณ์สามารถพบได้ในตอนท้ายของโครงการนี้

ข้อ จำกัด ของ Phase Shift Oscillator Circuit

ในขณะที่เรากำลังใช้ BJT สำหรับกะระยะ oscillator, มีข้อ จำกัด บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับบีเจที การสั่นจะคงที่ที่ความถี่ต่ำถ้าเราเพิ่มความถี่การสั่นจะอิ่มตัวและเอาต์พุตจะผิดเพี้ยน นอกจากนี้ความกว้างของคลื่นเอาท์พุตยังไม่สมบูรณ์แบบจึงจำเป็นต้องมีวงจรเพิ่มเติมเพื่อทำให้แอมพลิจูดของวงจรรูปคลื่นมีเสถียรภาพ

ผลการโหลดไม่พึงประสงค์ยังเป็นปัญหาในขั้นตอนการเครือข่าย RC เนื่องจากผลของการโหลดอิมพีแดนซ์อินพุตของขั้วที่สองจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความต้านทานของตัวกรองขั้วแรกที่อยู่ถัดไป ตัวกรองเพิ่มเติมที่เรียงซ้อนกันทำให้ผลกระทบนี้แย่ลง ด้วยเหตุนี้จึงยากที่จะคำนวณความถี่การสั่นโดยใช้วิธีสูตรมาตรฐาน

การใช้วงจร Phase Shift Oscillator

การใช้งานหลักของออสซิลเลเตอร์กะเฟสคือการสร้างคลื่นไซน์ข้ามเอาท์พุท ดังนั้นทุกที่ที่ต้องการการสร้างคลื่นไซน์บริสุทธิ์จะใช้ออสซิลเลเตอร์กะเฟส นอกจากนี้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปลี่ยนเฟสของสัญญาณเฉพาะออสซิลเลเตอร์การเปลี่ยนเฟสยังให้การควบคุมกระบวนการเปลี่ยนเกียร์อย่างมีนัยสำคัญ การใช้งานอื่น ๆ ของออสซิลเลเตอร์กะเฟส ได้แก่:

1. ในออสซิลเลเตอร์เสียง
2. อินเวอร์เตอร์ไซน์เวฟ
3. การสังเคราะห์เสียง
4. หน่วย GPS
5. เครื่องดนตรี.

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Phase Shift Oscillator ให้ไปที่ลิงค์