Генератор фазового сдвига - Phase-shift oscillator

А генератор с фазовым сдвигом это линейный электронный генератор схема, которая производит синусоидальная волна выход. Он состоит из инвертирующий усилитель элемент, такой как транзистор или же операционный усилитель со своим выходом возвращен к его входу через фазосдвигающая сеть состоящий из резисторы и конденсаторы в лестничная сеть. Сеть обратной связи "сдвигает" фаза выхода усилителя на 180 градусов на частоте колебаний, чтобы получить положительный отзыв.^[1] Генераторы с фазовым сдвигом часто используются в звуковая частота в качестве звуковые генераторы.

Фильтр производит фазовый сдвиг, который увеличивается с увеличением частота. Он должен иметь максимальный фазовый сдвиг более 180 градусов на высоких частотах, чтобы фазовый сдвиг на желаемой частоте колебаний мог составлять 180 градусов. Наиболее распространенная схема фазового сдвига каскадирует три идентичных резисторно-конденсаторных каскада, которые производят фазовый сдвиг, равный нулю на низких частотах и ​​270 ° на высоких частотах.

Реализации

Принципиальная схема генератора с фазовым сдвигом с использованием BJT

Биполярная реализация

Реализация с использованием биполярного транзистора типа NPN основана на примере из популярного журнала для любителей электроники. Схема генерирует на своем выходе синусоидальную волну. В RC фазосдвигающая сеть используется для формирования положительной обратной связи. Резистор Rb обеспечивает ток смещения базы. Резистор Rc - это резистор нагрузки коллектора для тока коллектора. Резистор Rs изолирует цепь от внешней нагрузки.^[2]

Принципиальная схема генератора с фазовым сдвигом на полевом транзисторе

Реализация FET

В схеме реализован RC-фазовый генератор с полевым транзистором. Обратите внимание, что топология, используемая для положительной обратной связи, - это обратная связь с последовательным напряжением.

Реализация операционного усилителя

Принципиальная схема фазовращающего генератора на операционном усилителе

В реализации генератора фазового сдвига, показанного на схеме, используется операционный усилитель (операционный усилитель), три конденсаторы и четыре резисторы.

Уравнения моделирования схемы для частоты колебаний и критерия колебаний сложны, потому что каждый RC-каскад загружает предыдущие. В предположении идеального усилителя частота колебаний составляет:

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

Резистор обратной связи, необходимый только для поддержания колебаний:

${displaystyle {egin{aligned}R_{mathrm {fb} }=&2(R_{1}+R_{2}+R_{3})+{frac {2R_{1}R_{3}}{R_{2}}}+{frac {C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}+C_{3}R_{3}}{C_{1}}}&+{frac {2C_{1}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{3}R_{3}}{C_{2}}}+{frac {2C_{1}R_{1}+2C_{2}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}}{C_{3}}}&+{frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{3}R_{1}R_{3}}{C_{2}R_{2}}}+{frac {C_{2}R_{1}R_{3}+C_{1}R_{1}^{2}}{C_{3}R_{2}}}+{frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{1}R_{1}R_{2}+C_{2}R_{1}R_{2}}{C_{3}R_{3}}}end{aligned}}}$

Уравнения проще, когда все резисторы (кроме негативный отзыв резистор) имеют одинаковое значение, и все конденсаторы имеют одинаковое значение. На схеме, если р₁=р₂=р₃=р и C₁=C₂=C₃=C, тогда:

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

а критерий колебаний:^{[нужна цитата ]}

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

Как и в случае с другими генераторами обратной связи, при подаче питания на схему тепловое электрический шум в цепи или включении преходящий подает начальный сигнал для начала колебания. На практике резистор обратной связи должен быть немного больше, чтобы амплитуда колебаний увеличивалась, а не оставалась той же (маленькой) амплитудой. Если бы усилитель был идеальным, то амплитуда увеличивалась бы без ограничений, но на практике усилители нелинейны, и их мгновенное усиление меняется. По мере увеличения амплитуды насыщение усилителя приведет к уменьшению среднего усиления усилителя. Следовательно, амплитуда колебаний будет увеличиваться до среднего значения. усиление контура цепи падает до единицы; в этот момент амплитуда стабилизируется.

Когда частота колебаний достаточно высока, чтобы быть рядом с усилителем частота среза, усилитель сам вносит значительный фазовый сдвиг, что увеличивает фазовый сдвиг цепи обратной связи. Следовательно, схема будет колебаться с частотой, при которой фазовый сдвиг фильтра обратной связи составляет менее 180 градусов.

Схема с одним операционным усилителем требует относительно высокого усиления (около 30) для поддержания колебаний из-за нагрузки друг на друга RC-секций.^[3] Если бы каждый RC-сегмент не влиял на другие, для генерации было бы достаточно усиления от 8 до 10. Изолированный вариант генератора можно сделать, вставив буфер операционного усилителя между каждым RC-каскадом (это также упрощает уравнения моделирования).

Рекомендации

1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/oscphas.html
2. К.В. (Видельски?) (1984). Калейдоскоп Техники. Варшава, Польша: НЕ Сигма.
3. Манчини, Рон (2002). Операционные усилители для всех (PDF). Даллас, Техас: Texas Instruments. С. 15–15, 15–16. SLOD006B.

внешняя ссылка

• СМИ, связанные с Генераторы с фазовым сдвигом в Wikimedia Commons