Oscillatore a fase RC
Un oscillatore a fase RC è definito come un circuito elettronico che utilizza reti resistivo-capacitive (RC) per produrre un segnale di uscita oscillante costante.
Gli oscillatori a fase RC utilizzano una rete resistivo-capacitiva (RC) (Figura 1) per fornire lo sfasamento necessario al segnale di retroazione. Hanno eccellente stabilità di frequenza e possono produrre un'onda sinusoidale pura per una vasta gamma di carichi.
Idealmente, una semplice rete RC dovrebbe avere un'uscita che precede l'ingresso di 90°.
In pratica, la differenza di fase è spesso inferiore all'ideale a causa del comportamento non ideale dei condensatori. L'angolo di fase della rete RC è espresso matematicamente come
Dove, X C = 1/(2πfC) è la reattività del condensatore C e R è il resistore. Negli oscillatori, questi tipi di reti RC a sfasamento, ciascuna delle quali offre uno sfasamento definito, possono essere concatenate in modo da soddisfare la condizione di sfasamento imposta dal Criterio di Barkhausen.
Un esempio è il caso in cui un oscillatore a fase RC è formato concatenando tre reti RC a sfasamento, ciascuna delle quali offre uno sfasamento di 60°, come mostrato nella Figura 2.
Qui, il resistore del collettore RC limita la corrente del collettore del transistor, i resistori R1 e R (più vicini al transistor) formano la rete divider di tensione, mentre il resistore dell'emettitore RE migliora la stabilità. Successivamente, i condensatori CE e Co sono rispettivamente il condensatore di bypass dell'emettitore e il condensatore di decoupling continua in uscita. Inoltre, il circuito mostra tre reti RC impiegate nel percorso di retroazione.
Questo schema causa uno sfasamento del segnale d'uscita di 180° durante il suo percorso dall'uscita al basamento del transistor. Successivamente, questo segnale sarà nuovamente sfasato di 180° dal transistor nel circuito, poiché la differenza di fase tra ingresso e uscita sarà di 180° nel caso di configurazione a emettitore comune. Ciò fa sì che la differenza di fase netta sia di 360°, soddisfacendo la condizione di differenza di fase.
Un altro modo per soddisfare la condizione di differenza di fase è utilizzare quattro reti RC, ciascuna delle quali offre uno sfasamento di 45°. Pertanto, si può concludere che gli oscillatori a fase RC possono essere progettati in molti modi, poiché il numero di reti RC non è fisso. Tuttavia, va notato che, sebbene un aumento del numero di stadi aumenti la stabilità di frequenza del circuito, ciò influenza negativamente la frequenza di uscita dell'oscillatore a causa dell'effetto di carico.
L'espressione generalizzata per la frequenza delle oscillazioni prodotte da un oscillatore a fase RC è data da
Dove, N è il numero di stadi RC formati dai resistori R e dai condensatori C.
Inoltre, come nel caso di molti tipi di oscillatori, anche gli oscillatori a fase RC possono essere progettati utilizzando un OpAmp come parte della sezione amplificatrice (Figura 3). Tuttavia, il modo di funzionamento rimane lo stesso, ed è da notare che, qui, lo sfasamento richiesto di 360° è offerto collettivamente dalle reti RC a sfasamento e dall'Op-Amp in configurazione invertente.
La frequenza degli oscillatori a fase RC può essere regolata alterando i condensatori, tipicamente attraverso la taratura a gruppi, mentre i resistori solitamente rimangono fissi. Successivamente, confrontando gli oscillatori a fase RC con gli oscillatori LC, si può notare che i primi utilizzano un numero maggiore di componenti di circuito rispetto ai secondi.
Pertanto, la frequenza di uscita prodotta dagli oscillatori RC può deviare molto dal valore calcolato rispetto al caso degli oscillatori LC. Tuttavia, vengono utilizzati come oscillatori locali per ricevitori sincroni, strumenti musicali e come generatori di bassa e/o frequenza audio.
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