RC Faseverschuiving Oscillator

RC faseverschuiving oscillator

Een RC faseverschuiving oscillator is gedefinieerd als een elektronisch circuit dat gebruik maakt van weerstand-condensator (RC) netwerken om een constante oscillerende uitvoersignaal te produceren.

RC faseverschuiving oscillators gebruiken weerstand-condensator (RC) netwerken (Figuur 1) om de vereiste faseverschuiving voor het feedbacksignaal te leveren. Ze hebben uitstekende frequentiestabiliteit en kunnen een zuivere sinusgolf opleveren voor een breed scala aan belastingen.

Ideaal gezien zou een eenvoudig RC-netwerk een uitvoer moeten hebben die 90 graden voorloopt op de ingang.

In de praktijk is de fasedifferentie vaak minder dan ideaal vanwege niet-ideale condensatorgedrag. De fasehoek van het RC-netwerk wordt wiskundig uitgedrukt als

Waarbij, X C = 1/(2πfC) de reactantie van de condensator C is en R de weerstand. In oscillators kunnen deze soort RC faseverschuivingnetwerken, elk met een bepaalde faseverschuiving, worden gekoppeld om zo de faseverschuivingsvoorwaarde te voldoen zoals voorgeschreven door de Barkhausen Criterion.

Een voorbeeld hiervan is het geval waarin een RC faseverschuiving oscillator wordt gevormd door drie RC faseverschuivingnetwerken te koppelen, elk met een faseverschuiving van 60 graden, zoals weergegeven in Figuur 2.

Hier beperkt de collectorweerstand RC de collectorstroom van de transistor, de weerstanden R 1 en R (dichtst bij de transistor) vormen het spanningssplitsnetwerk terwijl de emitterweerstand RE de stabiliteit verbetert. Vervolgens zijn de condensatoren CE en Co respectievelijk de emitter-bypasscondensator en de uitvoer DC decoupling condensator. Verder toont het circuit ook drie RC-netwerken die in het feedbackpad worden gebruikt.

Deze configuratie zorgt ervoor dat de uitvoergolfvorm tijdens haar traject van de uitvoeraansluiting naar de basis van de transistor 180 graden verschuift. Vervolgens zal dit signaal opnieuw 180 graden verschoven worden door de transistor in het circuit, omdat de fasedifferentie tussen de ingang en de uitgang 180 graden bedraagt in het geval van een gemeenschappelijke emitterconfiguratie. Dit maakt de netto fasedifferentie 360 graden, wat voldoet aan de fasedifferentievoorwaarde.

Een andere manier om aan de fasedifferentievoorwaarde te voldoen is het gebruik van vier RC-netwerken, elk met een faseverschuiving van 45 graden. Het kan dus worden geconcludeerd dat RC faseverschuiving oscillators op verschillende manieren kunnen worden ontworpen, omdat het aantal RC-netwerken niet vastligt. Echter, moet worden opgemerkt dat, hoewel een toename in het aantal stappen de frequentiestabiliteit van het circuit verhoogt, het ook nadelig de uitvoerfrequentie van de oscillator beïnvloedt vanwege het belastings effect.

De veralgemeende expressie voor de frequentie van de trillingen die door een RC faseverschuiving oscillator worden geproduceerd, wordt gegeven door

Waarbij, N het aantal RC-stappen is gevormd door de weerstanden R en de condensatoren C.

Verder, zoals het geval is voor de meeste types oscillators, kunnen zelfs RC faseverschuiving oscillators worden ontworpen met een OpAmp als onderdeel van de versterkersectie (Figuur 3). Desalniettemin blijft de werking dezelfde, terwijl moet worden opgemerkt dat hier de vereiste faseverschuiving van 360 graden collectief wordt geboden door de RC faseverschuivingnetwerken en de Op-Amp die werkt in een geïnverteerde configuratie.

De frequentie van RC faseverschuiving oscillators kan worden aangepast door de condensatoren te wijzigen, meestal door gang-tuning, terwijl de weerstanden meestal vast blijven. Vervolgens, door RC faseverschuiving oscillators te vergelijken met LC oscillators, kan men opmerken dat de eerste meer circuitcomponenten gebruikt dan de laatste.

Dus, de uitvoerfrequentie die wordt geproduceerd door de RC oscillators kan aanzienlijk afwijken van de berekende waarde in vergelijking met LC oscillators. Niettemin worden ze gebruikt als lokale oscillators voor synchrone ontvangers, muziekinstrumenten en als lage en/of audiofrequente generatoren.