Oscilator s faznim premikom je oscilatorjsko vezje, zasnovano za generiranje izhoda sinusnega vala. Deluje z enim aktivnim elementom, kot je BJT ali opcijski ojačevalnik, konfiguriran v načinu obračanja ojačevalnika.
Razporeditev vezja ustvarja povratno informacijo z izhoda na vhod z uporabo vezja RC (upor / kondenzator), razporejenega v omrežju lestve. Uvedba te povratne informacije povzroči pozitiven 'premik' faze izhoda ojačevalnika za 180 stopinj pri frekvenci oscilatorja.
Velikost faznega premika, ki ga ustvari omrežje RC, je odvisna od frekvence. Višje frekvence oscilatorjev ustvarjajo večjo fazno zamik.
Naslednja izčrpna pojasnila nam bodo pomagala podrobneje spoznati koncept.
V prejšnja objava spoznali smo kritične premisleke, ki so bili potrebni pri načrtovanju oscilatorja faznega premika na osnovi op-amp. V tem prispevku bomo nadaljevali in vedeli več o vrste oscilatorjev faznega premika in kako izračunati vključene parametre s pomočjo formul.
Wien-bridge vezje
Spodnji diagram prikazuje nastavitev vezja Wien-bridge.
Tu lahko prekinemo zanko na pozitivnem vhodu opampa in izračunamo povratni signal z uporabo naslednje enačbe 2:
Kdaj ⍵ = 2πpf = 1 / RC , povratne informacije so v fazi (pozitivne povratne informacije), s povečanjem 1/3 .
Zato nihanja potrebujejo opamp vezje, da dobi 3.
Ko je R F = 2R G , ojačevalec ojačevalnika je 3 in nihanje se začne pri f = 1 / 2πRC.
V našem poskusu je vezje nihalo pri 1,65 kHz namesto na 1,59 kHz z uporabo navedenih vrednosti del na sliki 3, vendar z navideznim popačenjem.
Naslednja slika spodaj prikazuje Wien-bridge vezje, ki ima nelinearne povratne informacije .
Vidimo lahko žarnico RL, katere odpornost na žarilno nitko je izbrana zelo nizko, približno 50% vrednosti povratne odpornosti RF, saj tok žarnice definirata RF in RL.
Razmerje med tokom žarnice in uporom žarnice, ki je nelinearno, pomaga ohranjati spremembe izhodne napetosti na najnižji ravni.
Namesto zgoraj pojasnjenega koncepta nelinearnih povratnih elementov boste morda našli tudi številna vezja, ki vključujejo diodo.
Uporaba diode pomaga znižati stopnjo popačenja z nežnim nadzorom izhodne napetosti.
Če pa vam zgornje metode niso naklonjene, se morate odločiti za metode AGC, ki enako pomagajo zmanjšati popačenje.
Običajni oscilator Wien-bridge, ki uporablja vezje AGC, je prikazan na naslednji sliki.
Tu vzorči negativni sinusni val s pomočjo D1, vzorec pa je shranjen znotraj C1.
R1 in R2 se izračunata tako, da centrira pristranskost na Q1, da se zagotovi, da (R G + R Q1 ) enako R F / 2 s pričakovano izhodno napetostjo.
Če se izhodna napetost ponavadi poveča, se upor Q1 poveča in posledično zmanjša ojačanje.
V prvem venskem oscilatorju Wien-a je moč videti 0, 833-voltno napajanje na pozitivnem vhodnem zatiču opampa. To je bilo storjeno za centriranje izhodne mirujoče napetosti pri VCC / 2 = 2,5 V.
Oscilator s faznim premikom (en opamp)
Oscilator s faznim premikom je mogoče izdelati tudi z uporabo samo enega opampa, kot je prikazano zgoraj.
Konvencionalno razmišljanje je, da so v tokokrogih s faznim premikom stopnje izolirane in se med seboj samoupravljajo. To nam daje naslednjo enačbo:
Ko je fazni premik posameznega odseka –60 °, je fazni premik zanke = –180 °. To se zgodi, ko ⍵ = 2πpf = 1,732 / RC saj je tangenta 60 ° = 1,73.
Vrednost β v tem trenutku znaša (1/2)3., kar pomeni, da mora biti dobiček A na ravni 8, da bo dobiček sistema na ravni 1.
V tem diagramu je bilo ugotovljeno, da je frekvenca nihanja za navedene vrednosti del 3,76 kHz in ne v skladu z izračunano frekvenco nihanja 2,76 kHz.
Poleg tega je bil izmerjen dobiček, potreben za sprožanje nihanja, 26 in ne glede na izračunani dobiček 8.
Tovrstne netočnosti so do neke mere posledica nepopolnosti komponent.
Vendar je najpomembnejši vplivni vidik posledica napačnih napovedi, da stopnje RC nikoli ne vplivajo druga na drugo.
Ta nastavitev enega samega opampa je bila včasih precej znana, ko so bile aktivne komponente obsežne in drage.
Danes so op-ojačevalniki varčni in kompaktni ter so na voljo s štirimi številkami v enem paketu, zato en oscilator s faznim pomikom opampa sčasoma izgubi svojo prepoznavnost.
Puferski oscilator s faznim premikom
Na zgornji sliki lahko vidimo puferni oscilator s faznim premikom, ki pulzira pri 2,9 kHz namesto pričakovane idealne frekvence 2,76 kHz in z ojačanjem 8,33 v nasprotju z idealnim ojačanjem 8.
Odbojniki prepovedujejo vplivanje odsekov RC medsebojno, zato lahko puferski oscilatorji s faznim premikom delujejo bližje izračunani frekvenci in ojačitvi.
Upor RG, odgovoren za nastavitev ojačitve, naloži tretji odsek RC, kar omogoča, da 4. opamp v štirikolesnem opampu deluje kot medpomnilnik za ta odsek RC. To povzroči, da stopnja učinkovitosti doseže idealno vrednost.
Sinusni val z nizkim popačenjem lahko izvlečemo iz katere koli stopnje oscilatorja s faznim premikom, vendar lahko najbolj naravni sinusni val dobimo iz izhoda zadnjega odseka RC.
Običajno je to spoj z visoko impedanco z nizkim tokom, zato je treba tu uporabiti vezje z vhodno stopnjo z visoko impedanco, da se preprečijo obremenitve in odstopanja frekvence kot odziv na spremembe obremenitve.
Kvadraturni oscilator
Kvadraturni oscilator je druga različica oscilatorja s faznim premikom, vendar so trije stopnje RC sestavljene tako, da vsak odsek sešteje 90 ° faznega premika.
Izhodi se imenujejo sinus in kosinus (kvadraturni) preprosto zato, ker med izhodi opampa obstaja fazni premik za 90 °. Dobiček zanke se določi z enačbo 4.
S ⍵ = 1 / RC , Enačba 5 poenostavlja na 1√ - 180 ° , ki vodi do nihanj pri ⍵ = 2πpf = 1 / RC.
Preizkušeno vezje je pulziralo pri 1,65 kHz v nasprotju z izračunano vrednostjo 1,59 kHz, razlika pa je predvsem posledica sprememb vrednosti del.
Bubba oscilator
Zgoraj prikazani oscilator Bubba je še ena različica oscilatorja s faznim premikom, vendar uživa prednosti paketa štirikolesnih ojačevalnikov, ki ustvarja nekaj posebnosti.
Štirje odseki RC zahtevajo fazni premik za 45 ° za vsak odsek, kar pomeni, da ima ta oscilator izjemno dΦ / dt za zmanjšanje frekvenčnih odstopanj.
Vsak od odsekov RC ustvari 45 ° fazni premik. Kar pomeni, ker imamo izhode iz nadomestnih odsekov, zagotavlja kvadraturne izhode z nizko impedanco.
Kadar se iz vsakega opampa odvzame izhod, vezje proizvaja štiri sinusne valove s faznim premikom v 45 °. Enačbo zanke lahko zapišemo kot:
Kdaj ⍵ = 1 / RC , se zgornje enačbe skrčijo v naslednji enačbi 7 in 8.
Dobiček A mora doseči vrednost 4, da sproži nihanje.
Analizno vezje je nihalo pri 1,76 kHz v nasprotju z idealno frekvenco 1,72 kHz, medtem ko se je zdelo, da je ojačanje 4,17 namesto idealnega ojačanja 4.
Zaradi zmanjšanega dobička TO in nizko napetostni opcijski ojačevalniki, upor RG, odgovoren za pritrditev ojačenja, ne obremeni končnega odseka RC. To zagotavlja najbolj natančno izhodno frekvenco oscilatorja.
Na križišču R in RG bi lahko pridobili izredno nizko popačeno sinusno valovanje.
Kadar so na vseh izhodih potrebni sinusni valovi z majhnim popačenjem, je treba ojačanje dejansko enakomerno porazdeliti med vse opampe.
Neinvertirni vhod ojačevalnega op amp je nastavljen na 0,5 V, da ustvari mirovalno izhodno napetost pri 2,5 V. Za porazdelitev ojačitve je potrebno pristranskost drugih opampov, vendar zagotovo ne vpliva na frekvenco nihanja.
Zaključki
V zgornji razpravi smo razumeli, da so oscilatorji faznega pomika Op amp omejeni na spodnji del frekvenčnega pasu.
To je posledica dejstva, da op-ojačevalniki nimajo bistvene pasovne širine za izvajanje nizkofaznega premika pri višjih frekvencah.
Uporaba sodobnih ojačevalnikov s trenutnimi povratnimi informacijami v oscilatorjih je videti težko, saj so zelo občutljivi na povratno kapacitivnost.
Op-ojačevalniki z napetostnimi povratnimi informacijami so omejeni na nekaj 100 kHz, ker ustvarjajo pretiran fazni premik.
Oscilator Wien-bridge deluje z majhnim številom delov in njegova frekvenčna stabilnost je zelo sprejemljiva.
Ampak zmanjšanje popačenja v oscilatorju Wien-Bridge je manj enostavno kot sprožitev samega nihanja.
Kvadraturni oscilator zagotovo deluje z uporabo nekaj op-ojačevalnikov, vendar vključuje veliko večje popačenje. Vendar pa oscilatorji s faznim premikom, kot je oscilator Bubba, kažejo veliko nižje popačenje skupaj z nekaj spodobne frekvenčne stabilnosti.
Ob tem povečana funkcionalnost te vrste oscilatorjev s faznim premikom ni poceni zaradi višjih stroškov vpletenih delov na različnih stopnjah vezja.
Sorodna spletna mesta
www.ti.com/sc/ojačevalci
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
Prejšnji: Op amp oscilatorji Naprej: 1000 do 2000 vatov Ojačevalnik
