Κυκλωματικός Ταλαντωτής με Φάση RC

Ταλαντωτής Καθυστέρησης Φάσης RC

Ένας ταλαντωτής καθυστέρησης φάσης RC ορίζεται ως ηλεκτρονικό κύκλωμα που χρησιμοποιεί δίκτυα αντιστών-καταναλωτών (RC) για να παράγει μια σταθερή ταλαντωτή εξόδου σήμα.

Οι ταλαντωτές καθυστέρησης φάσης RC χρησιμοποιούν δίκτυα αντιστών-καταναλωτών (RC) (Σχήμα 1) για να παρέχουν την απαιτούμενη καθυστέρηση φάσης για το σήμα feedback. Διαθέτουν εξαιρετική σταθερότητα συχνότητας και μπορούν να παράγουν καθαρή ημιτονοειδή κύμα για μια ευρεία γama φορτίων.

Ενδεικτικά, ένα απλό δίκτυο RC αναμένεται να έχει μια εξόδου που προηγείται της είσοδου κατά 90 o.

Στην πράξη, η διαφορά φάσης είναι συχνά λιγότερη από την ιδανική λόγω της μη-ιδανικής συμπεριφοράς του καταναλωτή. Η γωνία φάσης του δικτύου RC εκφράζεται μαθηματικά ως

Όπου, X C = 1/(2πfC) είναι η αντίδραση του καταναλωτή C και R είναι ο αντίστοιχος αντίστατης. Στους ταλαντωτές, αυτά τα δίκτυα καθυστέρησης φάσης RC, καθένα παρέχοντας συγκεκριμένη καθυστέρηση φάσης, μπορούν να συνδεδεμένα έτσι ώστε να επιτευχθεί η συνθήκη καθυστέρησης φάσης που ορίζεται από το Κριτήριο Barkhausen.

Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι ο περίπτωση στην οποία ο ταλαντωτής καθυστέρησης φάσης RC σχηματίζεται από την επαναληπτική σύνδεση τριών δικτύων καθυστέρησης φάσης RC, καθένα παρέχοντας μια καθυστέρηση φάσης 60o, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.

Εδώ, ο αντίστατης συλλέκτης RC περιορίζει την ροή συλλέκτη του τρανζίστορ, οι αντίστατες R 1 και R (πλησιέστεροι στο τρανζίστορ) σχηματίζουν το δίκτυο διαίρεσης τάσης, ενώ ο αντίστατης εκτόξευτης RE βελτιώνει τη σταθερότητα. Επίσης, οι καταναλωτές CE και Co είναι ο καταναλωτής παράβλεψης εκτόξευτης και ο καταναλωτής απόσυνδεσης DC εξόδου, αντίστοιχα. Παρακάτω, το κύκλωμα δείχνει επίσης τρία δίκτυα RC που χρησιμοποιούνται στο διαδρομή feedback.

Αυτή η διάταξη προκαλεί την μετατόπιση του εξόδου κύματος κατά 180o κατά τη διάρκεια της ταξιδιώτικης του από τον έξοδο του κυκλώματος στη βάση του τρανζίστορ. Στη συνέχεια, αυτό το σήμα θα μετατοπιστεί ξανά κατά 180o από τον τρανζίστορ στο κύκλωμα, λόγω της γεγονός ότι η διαφορά φάσης μεταξύ της είσοδου και της εξόδου θα είναι 180o στην περίπτωση της κοινής εκτόξευτης διάταξης. Αυτό καθιστά την συνολική διαφορά φάσης 360o, επιτυγχάνοντας την συνθήκη διαφοράς φάσης.

Ένας άλλος τρόπος για να επιτευχθεί η συνθήκη διαφοράς φάσης είναι να χρησιμοποιηθούν τέσσερα δίκτυα RC, καθένα παρέχοντας μια καθυστέρηση φάσης 45o. Έτσι, μπορεί να συμπεραχθεί ότι οι ταλαντωτές καθυστέρησης φάσης RC μπορούν να σχεδιαστούν με πολλούς τρόπους, καθώς το πλήθος των δικτύων RC δεν είναι σταθερό. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, αν και η αύξηση του αριθμού των σταδίων αυξάνει τη σταθερότητα συχνότητας του κυκλώματος, επίσης επηρεάζει αρνητικά την εξόδου συχνότητα του ταλαντωτή λόγω της επίδρασης φορτίου.

Η γενικευμένη έκφραση για τη συχνότητα των ταλαντώσεων που παράγονται από έναν ταλαντωτή καθυστέρησης φάσης RC δίνεται από

Όπου, N είναι ο αριθμός των σταδίων RC που σχηματίζονται από τους αντιστάτες R και τους καταναλωτές C.

Περαιτέρω, όπως συμβαίνει και με τους περισσότερους τύπους ταλαντωτών, οι ταλαντωτές καθυστέρησης φάσης RC μπορούν να σχεδιαστούν χρησιμοποιώντας ένα OpAmp ως μέρος του τμήματος ενισχυτή (Σχήμα 3). Ωστόσο, ο τρόπος λειτουργίας παραμένει ο ίδιο, ενώ πρέπει να σημειωθεί ότι εδώ, η απαιτούμενη καθυστέρηση φάσης 360o παρέχεται συλλογικά από τα δίκτυα καθυστέρησης φάσης RC και το Op-Amp που λειτουργεί σε αντιστρόφη διάταξη.

Η συχνότητα των ταλαντωτών καθυστέρησης φάσης RC μπορεί να προσαρμοστεί αλλάζοντας τους καταναλωτές, συνήθως μέσω της συντονισμένης ρύθμισης, ενώ οι αντιστάτες συνήθως παραμένουν σταθεροί. Στη συνέχεια, συγκρίνοντας τους ταλαντωτές καθυστέρησης φάσης RC με τους ταλαντωτές LC, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι, οι πρώτοι χρησιμοποιούν περισσότερα συστατικά κυκλώματος από τους δεύτερους. 

Επομένως, η εξόδου συχνότητα που παράγεται από τους ταλαντωτές RC μπορεί να διαφέρει πολύ από την υπολογισμένη τιμή σε σύγκριση με τους ταλαντωτές LC. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται ως τοπικοί ταλαντωτές για συγχρονισμένους λήπτες, μουσικά όργανα και ως γεννήτριες χαμηλών και/ή ηχητικών συχνοτήτων.