RC fāzes maiņas oscilators

RC fāzes maiņas oscilators

RC fāzes maiņas oscilators ir definēts kā elektronisks shēmas elements, kas izmanto rezistoru un kondensatoru (RC) tīklus, lai radītu pastāvīgu svārstību izvades signālu.

RC fāzes maiņas oscilatori izmanto rezistoru un kondensatoru (RC) tīklu (Attēls 1), lai nodrošinātu atgriezeniskās saites signāla nepieciešamo fāzes maiņu. Tie ir ar labu frekvences stabilitāti un var radīt tīru sinusoīdu plašā ielādes diapazonā.

Ideāli vienkāršam RC tīklam jādod izvade, kas ievades signālam sagādā 90 grādu fāzes novirzi.

Praksē fāzes atšķirība bieži ir mazāka nekā ideālā, tāpēc, ka kondensatori rīkojas nesavietojami. RC tīkla fāzes leņķis matemātiski izteikts kā

Kur X C = 1/(2πfC) ir kondensatora C reaktance, un R ir rezistors. Oscilatoros šādi RC fāzes maiņas tīkli, kuri katrs piedāvā noteiktu fāzes maiņu, var tikt savienoti, lai apmierinātu fāzes maiņas nosacījumu, ko vadīt Barkhausen kritērijs.

Viens no tādiem piemēriem ir tas, kad RC fāzes maiņas oscilators tiek veidots, savienojot trīs RC fāzes maiņas tīklus, kuri katrs piedāvā 60o fāzes maiņu, kā to parāda Attēls 2.

Šeit kollektorā rezisors RC ierobežo tranzistora kollektora strāvu, rezistori R1 un R (tuvākie tranzistoram) veido sprieguma dalītāja tīklu, savukārt emitera rezisors RE uzlabo stabilitāti. Tālāk, kondensatori CE un Co ir attiecīgi emitera nobīdes kondensators un izvades DC decoupling kondensators. Turklāt, šķira arī parāda trīs RC tīklus, kas tiek izmantoti atgriezeniskās saites ceļā.

Šī konfigurācija izraisa izvades formas mainību par 180o tā ceļa gaitā no izvades kontakta līdz tranzistora bāzei. Tālāk, šis signāls tiks vēlreiz pārvērsts par 180o tranzistorā šķirā, jo fāzes atšķirība starp ievadi un izvadi ir 180o kopējā emitera konfigurācijā. Tas padara kopējo fāzes atšķirību 360o, apmierinoši fāzes atšķirības nosacījumu.

Vēl viena veida, kā apmierināt fāzes atšķirības nosacījumu, ir izmantot četrus RC tīklus, kuri katrs piedāvā 45o fāzes maiņu. Tāpēc var secināt, ka RC fāzes maiņas oscilatori var tikt projektēti dažādos veidos, jo RC tīklu skaits nav fiksēts. Tomēr jāņem vērā, ka, lai gan stāvju skaita palielināšanās palielina šķiras frekvences stabilitāti, tā arī negatīvi ietekmē oscilatora izvades frekvenci dēļ slodzes efekta.

Pārveidotais izteikums par RC fāzes maiņas oscilatora svārstību frekvenci ir dota

Kur N ir RC stāvju skaits, kas veidots no rezistoriem R un kondensatoriem C.

Tāpat kā daudzās citās oscilatoru veidos, pat RC fāzes maiņas oscilatori var tikt izstrādāti, izmantojot OpAmp kā sava pastiprinātāja daļa (Attēls 3). Tomēr darbības princips paliek nemainīgs, un jāņem vērā, ka šeit nepieciešamā 360o fāzes maiņa tiek piedāvāta kopā ar RC fāzes maiņas tīkliem un Op-Amp, kas strādā invertētajā konfigurācijā.

RC fāzes maiņas oscilatoru frekvenci var pielāgot, mainot kondensatorus, parasti izmantojot gang-tuning, savukārt rezistori parasti paliek nemainīgi. Salīdzinot RC fāzes maiņas oscilatorus ar LC oscilatoriem, var novērot, ka pirmie izmanto vairāk šķiras elementus nekā otrie. 

Tāpēc RC oscilatoru izvades frekvence var būtiski atšķirties no aprēķinātās vērtības salīdzinājumā ar LC oscilatoriem. Tomēr tie tiek izmantoti kā lokālie oscilatori sinhronajiem saņēmējiem, mūzikas instrumentiem un kā zemu un/vai audiofrekvences ģenerātoriem.