RC faseforskydningsoscillator

RC faseskift oscillator

En RC faseskift oscillator er defineret som en elektronisk kredsløb, der bruger motstand-kondensator (RC) netværk til at producere en konstant oscillerende udgangssignal.

RC faseskift oscillatører bruger motstand-kondensator (RC) netværk (Figur 1) for at give det faseskift, der kræves af feedback-signalet. De har fremragende frekvensstabilitet og kan give et rent sinusbølgesignal over en bred vifte af belastninger.

Ideelt set forventes et simpelt RC-netværk at have et output, der følger inputtet med 90 o.

I praksis er fasedifferencen ofte mindre end ideelt på grund af ikke-ideel kondensatoradfærd. Fasevinklen i RC-netværket udtrykkes matematisk som

Hvor X C = 1/(2πfC) er reaktansen af kondensator C, og R er motstanden. I oscillatører kan disse slags RC faseskift netværk, der hver især giver et bestemt faseskift, sammenkædes for at opfylde faseskift-betingelsen, som er ledet af Barkhausens Kriterium.

Et eksempel på dette er, når en RC faseskift oscillatør dannes ved at sammenkæde tre RC faseskift netværk, hvor hvert netværk giver et faseskift på 60o, som vist i Figur 2.

Her begrænser kollektormotstanden RC kollektorstrømmen i transistor, mens motstandene R 1 og R (nærmest transistor) danner spændingsdividernetværket, mens emittermotstanden RE forbedrer stabiliteten. Derudover er kondensatorerne CE og Co henholdsvis emitter bypass kapacitoren og udgangs DC decoupling kapacitoren. Desuden viser kredsløbet også tre RC netværk, der anvendes i feedback-stien.

Denne opsætning forårsager, at udgangsbølgen skifter 180o under dens rejse fra udgangsterminalen til basen af transistor. Derefter vil dette signal blive skiftet igen 180o af transistor i kredsløbet, da fasedifferencen mellem input og output vil være 180o i tilfældet almindelig emitterkonfiguration. Dette gør den samlede fasedifferencen til 360o, hvilket opfylder fasedifferencen-betingelsen.

En anden måde at opfylde fasedifferencen-betingelsen er at bruge fire RC netværk, hvor hvert netværk giver et faseskift på 45o. Derfor kan det konkluderes, at RC faseskift oscillatører kan designes på mange måder, da antallet af RC netværk i dem ikke er fastlagt. Dog skal det bemærkes, at selvom en stigning i antallet af trin øger frekvensstabiliteten i kredsløbet, har det også en negativ indvirkning på udgangsfrekvensen af oscillatøren på grund af belastnings effekten.

Den generaliserede udtryk for frekvensen af oscillationer produceret af en RC faseskift oscillatør er givet ved

Hvor N er antallet af RC trin dannet af motstandene R og kondensatorerne C.

Desuden, som det er tilfældet for de fleste typer oscillatører, kan også RC faseskift oscillatører designes ved hjælp af en OpAmp som en del af forstærkersektionen (Figur 3). Alligevel forbliver arbejdsmåden den samme, og det skal bemærkes, at her gives det påkrævede faseskift på 360 o samlet af RC faseskift netværk og Op-Amp, der arbejder i inverteret konfiguration.

Frekvensen af RC faseskift oscillatører kan justeres ved at ændre kondensatorerne, typisk gennem gang-tuning, mens motstandene normalt forbliver faste. Derefter, ved at sammenligne RC faseskift oscillatører med LC oscillatører, kan man bemærke, at de tidligere bruger flere kredsløbskomponenter end sidstnævnte. 

Dermed kan udgangsfrekvensen produceret af RC oscillatører afvige meget fra den beregnede værdi snarere end i tilfældet af LC oscillatører. Alligevel bruges de som lokale oscillatører for synkroniske modtagere, musikinstrumenter og som lav- og/eller lydfrekvens-generatører.