Rc phase shift oscillator โดยใช้ op

เฟสกะ Oscillatorเป็นวงจร oscillator อิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตออกคลื่นไซน์ สามารถออกแบบโดยใช้ทรานซิสเตอร์หรือใช้ Op-amp เป็นเครื่องขยายสัญญาณแบบกลับด้าน โดยทั่วไปออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนเฟสเหล่านี้จะใช้เป็นออสซิลเลเตอร์เสียง ในออสซิลเลเตอร์ RC phase shift, 180 องศา phase shift ถูกสร้างขึ้นโดย RC network และอีก 180 องศาถูกสร้างขึ้นโดย Op-amp ดังนั้นคลื่นผลลัพธ์จะถูกกลับด้าน 360 องศา

นอกเหนือจากการสร้างเอาต์พุตคลื่นไซน์แล้วยังใช้เพื่อควบคุมกระบวนการเปลี่ยนเฟสได้อย่างมีนัยสำคัญ การใช้งานอื่น ๆ ของออสซิลเลเตอร์กะเฟส ได้แก่:

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

ก่อนที่เราจะเริ่มออกแบบออสซิลเลเตอร์กะระยะ RC ให้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเฟสและการกะระยะ

Phase และ Phase Shift คืออะไร?

เฟสคือระยะเวลาครบวงจรของคลื่นไซน์ในการอ้างอิง 360 องศา วงจรที่สมบูรณ์ถูกกำหนดให้เป็นช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับรูปคลื่นเพื่อส่งคืนค่าเริ่มต้นโดยพลการ เฟสแสดงเป็นตำแหน่งแหลมบนวงจรรูปคลื่นนี้ ถ้าเราเห็นคลื่นไซน์เราสามารถระบุเฟสได้อย่างง่ายดาย

ในภาพด้านบนจะแสดงวงจรคลื่นที่สมบูรณ์ จุดเริ่มต้นเริ่มต้นของคลื่นซายน์คือ 0 องศาในเฟสและถ้าเราระบุจุดสูงสุดที่เป็นบวกและลบแต่ละจุดและ 0 จุดเราจะได้เฟส 90, 180, 270, 360 องศา ดังนั้นเมื่อสัญญาณไซน์เริ่มต้นการเดินทางนอกเหนือจากการอ้างอิง 0 องศาเราเรียกว่าการกะระยะแตกต่างจากการอ้างอิง 0 องศา

หากเราเห็นภาพถัดไปเราจะระบุได้ว่า คลื่นไซน์ที่เปลี่ยนเฟสมีลักษณะอย่างไร…

ในภาพนี้มีการนำเสนอคลื่นสัญญาณไซน์ไซน์ AC สองคลื่นคลื่น Green Sinusoidal คลื่นแรกคือ 360 องศาในเฟส แต่สีแดงที่มีเฟส 90 องศาเลื่อนออกจากเฟสของสัญญาณสีเขียว

การเปลี่ยนเฟสนี้สามารถทำได้โดยใช้เครือข่าย RC แบบธรรมดา

RC Phase Shift Oscillator

ออสซิลเลเตอร์กะระยะ RC อย่างง่ายให้การกะระยะขั้นต่ำที่ 60 องศา

ภาพด้านบนแสดงเครือข่าย RC แบบเปลี่ยนเฟสขั้วเดียวหรือวงจรแลดเดอร์ซึ่งเปลี่ยนเฟสของสัญญาณอินพุตเท่ากับหรือน้อยกว่า 60 องศา

ตามหลักการแล้วการกะระยะของคลื่นเอาท์พุตของวงจร RC ควรอยู่ที่ 90 องศา แต่ในทางปฏิบัติเป็นค่าประมาณ 60 องศาเนื่องจากตัวเก็บประจุไม่เหมาะ สูตรการคำนวณมุมเฟสของเครือข่าย RC มีดังต่อไปนี้:

φ = ตาล^-1 (Xc / R)

โดยที่ Xc คือรีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุและ R คือตัวต้านทานที่เชื่อมต่อในเครือข่าย RC

ถ้าเราเรียงซ้อนเครือข่าย RC ที่นั่นเราจะได้ เฟสกะ180 องศา

ตอนนี้เพื่อสร้างการสั่นและเอาต์พุตคลื่นไซน์เราจำเป็นต้องมีส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ไม่ว่าจะเป็นทรานซิสเตอร์หรือ Op-amp ในการกำหนดค่ากลับด้าน

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ RC Phase Shift Oscillator ให้ไปที่ลิงค์

เหตุใดจึงต้องใช้ Op-amp สำหรับ RC Phase Shift Oscillator แทน Transistor

มีข้อ จำกัด บางประการในการใช้ทรานซิสเตอร์สำหรับการสร้าง RC Phase Shift Oscillator:

1. มีความเสถียรสำหรับความถี่ต่ำเท่านั้น
2. RC phase shift oscillator จำเป็นต้องใช้วงจรเพิ่มเติมเพื่อทำให้แอมพลิจูดของรูปคลื่นคงที่
3. ความแม่นยำของความถี่ไม่สมบูรณ์แบบและไม่มีภูมิคุ้มกันจากการรบกวนที่มีเสียงดัง
4. ผลการโหลดที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากการสร้างแบบเรียงซ้อนอิมพีแดนซ์อินพุตของขั้วที่สองจะเปลี่ยนคุณสมบัติความต้านทานของตัวต้านทานของตัวกรองขั้วแรก ยิ่งตัวกรองเรียงซ้อนมากขึ้นสถานการณ์ก็ยิ่งแย่ลงเนื่องจากจะส่งผลต่อความแม่นยำของความถี่ออสซิลเลเตอร์กะระยะที่คำนวณได้

เนื่องจากการลดทอนของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุการสูญเสียในแต่ละขั้นตอนจะเพิ่มขึ้นและการสูญเสียทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 1/29 ของสัญญาณอินพุต

เมื่อวงจรลดทอนที่ 1/29 เราจำเป็นต้องกู้คืนการสูญเสีย เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพวกเขาในบทช่วยสอนก่อนหน้าของเรา

RC Phase Shift Oscillator โดยใช้ Op-Amp

เมื่อเราใช้ op-amp สำหรับ RC phase shift oscillator มันจะทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงแบบกลับหัว เริ่มแรกคลื่นอินพุตเข้าสู่เครือข่าย RC แล้วเนื่องจากเราได้รับ 180 องศาของการกะระยะ และเอาต์พุตของ RC นี้จะถูกป้อนเข้าไปในเทอร์มินัลกลับด้านของ op-amp

ตอนนี้อย่างที่เราทราบกันดีว่า op-amp จะสร้างการกะระยะ 180 องศาเมื่อทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณกลับด้าน ดังนั้นเราจึงได้รับการกะระยะแบบ 360 องศาของคลื่นไซน์เอาท์พุต ออสซิลเลเตอร์ RC phase shift ที่ใช้ op-amp ให้ความถี่คงที่แม้ภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• ออปแอมป์ IC - LM741
• ตัวต้านทาน - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• ตัวเก็บประจุ - (100pF - 3nos)
• ออสซิลโลสโคป

แผนภูมิวงจรรวม

การจำลอง RC Phase Shift Oscillator โดยใช้ Op-Amp

RC phase shift oscillator ให้เอาต์พุตคลื่นไซน์ที่แม่นยำ ดังที่คุณเห็นในวิดีโอจำลองในตอนท้ายเราได้ตั้งค่าหัววัดของออสซิลโลสโคปเป็นสี่ขั้นตอนของวงจร

โพรบออสซิลโลสโคป	ประเภทคลื่น
แรก - ก	อินพุต Wave
สอง - ข	คลื่นไซน์พร้อม Phase Shift 90 องศา
สาม - ค	คลื่นไซน์พร้อม Phase Shift 180 องศา
ประการที่สี่ - ง	คลื่นเอาท์พุต (คลื่นไซน์) พร้อม Phase Shift 360 องศา

ที่นี่เครือข่ายข้อเสนอแนะนำเสนอการเปลี่ยนเฟส 180 องศา เราได้รับ 60 องศาจากแต่ละเครือข่าย RC และการกะระยะ 180 องศาที่เหลือจะถูกสร้างขึ้นโดย op-amp ในการกำหนดค่ากลับด้าน

สำหรับการคำนวณความถี่ของการสั่นให้ใช้สูตรด้านล่าง:

F = 1 / 2πRC√2N

ข้อเสียของ RC phase shift oscillator ที่ใช้ op-amp คือไม่สามารถใช้กับงานความถี่สูงได้ เพราะเมื่อใดก็ตามที่ความถี่สูงเกินไปรีแอคแตนซ์ของตัวเก็บประจุจะต่ำมากและทำหน้าที่เป็นไฟฟ้าลัดวงจร