Oscil·lador de desplaçament de fase RC

Oscil·lador de desplaçament de fase RC

Un oscil·lador de desplaçament de fase RC es defineix com un circuit electrònic que utilitza xarxes de resistències i condensadors (RC) per produir una senyal d'entrada oscil·lant consistent.

Els oscil·ladors de desplaçament de fase RC utilitzen xarxes de resistències i condensadors (RC) (Figura 1) per proporcionar el desplaçament de fase necessari pel senyal de retroalimentació. Tenen una estabilitat de freqüència excel·lent i poden produir una ona sinusoidal pura per a una ampla gamma de càrregues.

Idealment, s'espera que una xarxa simple RC tingui una sortida que precedeixi l'entrada en 90 o.

En la pràctica, la diferència de fase sovint és menor que l'ideal degut al comportament no ideal dels condensadors. L'angle de fase de la xarxa RC es expressa matemàticament com

On, X C = 1/(2πfC) és la reactivitat del condensador C i R és la resistència. En els oscil·ladors, aquest tipus de xarxes de desplaçament de fase RC, cada una ofereix un desplaçament de fase definit, poden ser encadenades per satisfer la condició de desplaçament de fase imposada pel Criteri de Barkhausen.

Un exemple d'això és el cas en què l'oscil·lador de desplaçament de fase RC es forma encadenant tres xarxes de desplaçament de fase RC, cada una ofereix un desplaçament de fase de 60o, tal com es mostra a la Figura 2.

Aquí, la resistència del col·lector RC limita la corrent del col·lector del transistor, les resistències R 1 i R (més properes al transistor) formen la xarxa divisor de tensió, mentre que la resistència de l'emissor RE millora l'estabilitat. A continuació, els condensadors CE i Co són el condensador de bypass de l'emissor i el condensador de decopla DC de sortida, respectivament. Més endavant, el circuit també mostra tres xarxes RC utilitzades en el camí de retroalimentació.

Aquesta disposició fa que la forma d'ona de sortida es desplaci 180o durant el seu recorregut des del terminal de sortida fins a la base del transistor. Seguidament, aquest senyal es desplaçarà altre cop 180o pel transistor en el circuit degut al fet que la diferència de fase entre l'entrada i la sortida serà de 180o en el cas de la configuració d'emissor comú. Això fa que la diferència de fase neta sigui de 360o, satisfent la condició de diferència de fase.

Una altra manera de satisfer la condició de diferència de fase és utilitzar quatre xarxes RC, cada una ofereix un desplaçament de fase de 45o. Per tant, es pot concluir que els oscil·ladors de desplaçament de fase RC es poden dissenyar de diverses maneres, ja que el nombre de xarxes RC en ells no és fix. Tanmateix, cal tenir en compte que, encara que un augment en el nombre d'etapes augmenta l'estabilitat de freqüència del circuit, també afecta negativament la freqüència de sortida de l'oscil·lador degut a l'efecte de càrrega.

L'expressió generalitzada per a la freqüència d'oscil·lacions produïda per un oscil·lador de desplaçament de fase RC es dona per

On, N és el nombre d'etapes RC formades pels resistors R i els condensadors C.

Més endavant, com és el cas per a la majoria de tipus d'oscil·ladors, els oscil·ladors de desplaçament de fase RC també es poden dissenyar utilitzant un OpAmp com a part de la secció d'amplificació (Figura 3). No obstant això, el mode de funcionament roman el mateix, mentre que cal notar que, aquí, el desplaçament de fase necessari de 360 o es proporciona col·lectivament pels xarxes de desplaçament de fase RC i l'Op-Amp treballant en configuració invertida.

La freqüència dels oscil·ladors de desplaçament de fase RC es pot ajustar alterant els condensadors, típicament a través de la sintonització en grup, mentre que els resistors solen romandre fixos. Seguidament, en comparar els oscil·ladors de desplaçament de fase RC amb els oscil·ladors LC, es pot observar que, el primer utilitza més components de circuit que el segon.

Així, la freqüència de sortida produïda pels oscil·ladors RC pot desviar-se molt del valor calculat més que en el cas dels oscil·ladors LC. No obstant això, es fan servir com a oscil·ladors locals per a receptors sincrons, instruments musicals i com a generadors de baixa i/o freqüència audible.