Faseforskyvende svingningsgenerator

RC faseforskyvingsoskillator

En RC faseforskyvingsoskillator er definert som et elektronisk krets som bruker motstand-kondensator (RC) nettverk for å produsere en konsekvent osillerende utdata-signal.

RC faseforskyvingsoskillatorer bruker motstand-kondensator (RC) nettverk (Figur 1) for å gi den faseforskyvning som kreves av tilbakemeldingssignalet. De har fremragende frekvensstabilitet og kan gi en ren sinusbølge for et bredt spekter av belastninger.

Ideelt sett forventes et enkelt RC nettverk å ha en utdata som fører inngangen med 90 o.

I praksis er faseskillet ofte mindre enn ideelt på grunn av ikke-ideelt kondensatoroppførsel. Fasevinkelen til RC nettverket uttrykkes matematisk som

Hvor, X C = 1/(2πfC) er reaktansen til kondensatoren C og R er motstanden. I oskillatorer kan slike RC faseforskyvningsnettverk, hver av dem gir en bestemt faseforskyvning, kaskades slik at faseforskyvningsbetingelsen etter Barkhausen-kriteriet blir oppfylt.

Et eksempel på dette er når en RC faseforskyvingsoskillator dannes ved å kaskadere tre RC faseforskyvningsnettverk, hvert av dem gir en faseforskyvning på 60o, som vist i figur 2.

Her begrenser kollektormotstanden RC kollektorstrømmen til transistor, motstandene R 1 og R (nærmeste transistor) danner spenningsdelerkretsen, mens emittormotstanden RE forbedrer stabiliteten. Deretter er kondensatorene CE og Co henholdsvis emittorbypasskondensator og utdatadekoplingskondensator. Videre viser kretsen også tre RC nettverk brukt i tilbakemeldingsbanen.

Denne oppsettet forårsaker at utdataformen forskyves med 180o under dens bane fra utdatakontakten til basen av transistor. Deretter vil dette signalet bli forskyvet igjen med 180o av transistoren i kretsen på grunn av at faseskillet mellom inngang og utgang vil være 180o i tilfellet vanlig emitterkonfigurasjon. Dette gjør det totale faseskillet til 360o, noe som oppfyller faseforskyvningsbetingelsen.

En annen måte å oppfylle faseforskyvningsbetingelsen er å bruke fire RC nettverk, hvert av dem gir en faseforskyvning på 45o. Det kan derfor konkluderes at RC faseforskyvingsoskillatorer kan designes på mange måter da antallet av RC nettverk i dem ikke er fastsatt. Imidlertid er det verdt å merke seg at, selv om en økning i antall trinn øker frekvensstabiliteten i kretsen, påvirker det også negativt utdatafrekvensen til oskillator på grunn av belastnings effekt.

Det generelle uttrykket for frekvensen av oskillasjoner produsert av en RC faseforskyvingsoskillator er gitt av

Hvor, N er antallet av RC trinn dannet av motstandene R og kondensatorene C.

Videre, som er tilfelle for de fleste typer oskillatorer, kan også RC faseforskyvingsoskillatorer designes ved hjelp av en OpAmp som del av forsterkerseksjonen (Figur 3). Likevel forblir arbeidsmåten den samme, men det er verdt å merke seg at her gir de RC faseforskyvningsnettverkene og Op-Amp i invertert konfigurasjon den nødvendige faseforskyvningen på 360 o kollektivt.

Frekvensen av RC faseforskyvingsoskillatorer kan justeres ved å endre kondensatorene, typisk gjennom gangjustering, mens motstandene vanligvis forbli faste. Deretter, ved å sammenligne RC faseforskyvingsoskillatorer med LC oskillatorer, kan man observere at, de første bruker flere kretskomponenter enn de sistnevnte.

Således kan utdatafrekvensen produsert av RC oskillatorer avvike mye fra beregnet verdi snarere enn i tilfellet LC oskillatorer. Imidlertid brukes de som lokale oskillatorer for synkron mottakere, musikkinstrumenter og som lav- og/eller lydfrekvensgeneratører.