RC fázový posuvný oscilátor
RC fázový posuvný oscilátor
RC fázový posuvný oscilátor je definován jako elektronický obvod, který využívá rezistor-kondenzátorové (RC) sítě k vytvoření konzistentního oscilujícího výstupního signálu.
RC fázové posuvné oscilátory používají rezistor-kondenzátorové (RC) sítě (Obrázek 1) k poskytnutí fázového posunu požadovaného zpětnou vazbou. Tyto oscilátory mají vynikající frekvenční stabilitu a mohou vygenerovat čistý sinusový průběh pro široký rozsah zatěžovacích podmínek.
Ideálně by se očekávalo, že jednoduchá RC síť bude mít výstup, který následuje za vstupem s fázovým posunem 90°.
V praxi je fázový rozdíl často menší než ideální kvůli neideálnímu chování kondenzátoru. Fázový úhel RC sítě je matematicky vyjádřen jako
Kde X C = 1/(2πfC) je reaktance kondenzátoru C a R je rezistor. V oscilátorech lze tyto typy RC fázových posuvných sítí, každá nabízející určitý fázový posun, spojit tak, aby splňovaly fázové posunové podmínky stanovené Barkhausenovým kritériem.
Jedním z příkladů je případ, kdy je RC fázový posuvný oscilátor tvořen spojením tří RC fázových posuvných sítí, každá nabízející fázový posun 60°, jak je znázorněno na Obrázku 2.
Zde limituje kolektorový rezistor RC kolébkový proud tranzistoru, rezistory R 1 a R (nejblíže tranzistoru) tvoří dělicí sítě napětí, zatímco emiterový rezistor RE zlepšuje stabilitu. Dále jsou kondenzátory CE a Co emiterovými propustnými kondenzátory a výstupními DC decoupling kondenzátory. Obvod dále ukazuje tři RC sítě použité v cestě zpětné vazby.
Tato uspořádání způsobí, že výstupní průběh během své cesty od výstupního terminálu k bázi tranzistoru posune o 180°. Poté tento signál opět posune o 180° tranzistor v obvodu, protože fázový rozdíl mezi vstupem a výstupem bude 180° v případě společného emiterového uspořádání. To způsobí, že celkový fázový rozdíl bude 360°, což splňuje podmínku fázového rozdílu.
Dalším způsobem, jak splnit podmínku fázového rozdílu, je použít čtyři RC sítě, každá nabízející fázový posun 45°. Lze tedy usoudit, že RC fázové posuvné oscilátory lze navrhnout mnoha způsoby, protože počet RC sítí v nich není pevně daný. Nicméně je třeba poznamenat, že i když zvýšení počtu stupňů zvyšuje frekvenční stabilitu obvodu, zároveň negativně ovlivňuje výstupní frekvenci oscilátoru kvůli efektu zatěžování.
Obecný výraz pro frekvenci oscilací vygenerovanou RC fázovým posuvným oscilátorem je dán vztahem
Kde N je počet RC stupňů tvořených rezistory R a kondenzátory C.
Dále, jak je tomu u většiny typů oscilátorů, i RC fázové posuvné oscilátory lze navrhnout pomocí operačního zesilovače jako součásti zesilovačové sekce (Obrázek 3). Přesto zůstává způsob fungování stejný, a je třeba poznamenat, že zde je požadovaný fázový posun 360° poskytován společně RC fázovými posuvnými sítěmi a operačním zesilovačem pracujícím v inverzním uspořádání.
Frekvence RC fázových posuvných oscilátorů lze upravit změnou kondenzátorů, typicky skupinovým laděním, zatímco rezistory obvykle zůstávají pevně nastaveny. Dále, porovnáním RC fázových posuvných oscilátorů s LC oscilátory, lze pozorovat, že první používají více komponent obvodu než druhé.
Takže výstupní frekvence generovaná RC oscilátory může odchylovat od vypočtené hodnoty více než v případě LC oscilátorů. Nicméně, jsou používány jako lokální oscilátory pro synchronní přijímače, hudební nástroje a jako nízkofrekvenční a/nebo audiofrekvenční generátory.
