Fazowy oscylator RC

Oscylator fazowy RC

Oscylator fazowy RC to obwód elektroniczny, który używa sieci rezystorowo-kondensatorowych (RC) do generowania spójnego sygnału oscylacyjnego.

Oscylatory fazowe RC wykorzystują sieci rezystorowo-kondensatorowe (RC) (Rysunek 1) do zapewnienia przesunięcia fazowego wymaganego przez sygnał sprzężenia zwrotnego. Mają one doskonałą stabilność częstotliwości i mogą generować czystą falę sinusoidalną dla szerokiego zakresu obciążeń.

Idealnie prosta sieć RC powinna mieć wyjście, które prowadzi wejście o 90°.

W praktyce, różnica fazowa jest często mniejsza niż idealna z powodu nieidealnego zachowania kondensatora. Kąt fazowy sieci RC jest matematycznie wyrażony jako

Gdzie X C = 1/(2πfC) to reaktancja kondensatora C, a R to rezystor. W oscylatorach, tego typu sieci RC przesuwające fazę, każda oferująca określone przesunięcie fazowe, mogą być połączone szeregowo, aby spełnić warunek przesunięcia fazowego wynikający z kryterium Barkhausena.

Jednym z takich przykładów jest przypadek, w którym oscylator fazowy RC tworzony jest przez połączenie trzech sieci RC przesuwających fazę, każda oferująca przesunięcie fazowe 60°, jak pokazano na Rysunku 2.

Tutaj rezystor kolektorowy RC ogranicza prąd kolektorowy tranzystora, rezystory R1 i R (najbliższe tranzystora) tworzą sieć dzieląca napięcie, podczas gdy rezystor emiterowy RE poprawia stabilność. Następnie, kondensatory CE i Co są odpowiednio kondensatorem obchodowym emitera i kondensatorem dekuplującym DC na wyjściu. Ponadto, schemat pokazuje również trzy sieci RC zastosowane w ścieżce sprzężenia zwrotnego.

Ta konfiguracja powoduje, że fala wyjściowa przesuwa się o 180° podczas jej przejścia od wyjściowego terminale do bazy tranzystora. Następnie, ten sygnał zostanie ponownie przesunięty o 180° przez tranzystor w obwodzie, ponieważ różnica fazowa między wejściem a wyjściem wynosi 180° w przypadku konfiguracji emiter wspólnej. To sprawia, że całkowita różnica fazowa wynosi 360°, co spełnia warunek różnicy fazowej.

Innym sposobem spełnienia warunku różnicy fazowej jest użycie czterech sieci RC, każda oferująca przesunięcie fazowe 45°. Można więc stwierdzić, że oscylatory fazowe RC można zaprojektować na wiele sposobów, ponieważ liczba sieci RC w nich nie jest stała. Należy jednak zauważyć, że choć zwiększenie liczby etapów zwiększa stabilność częstotliwości obwodu, jednocześnie negatywnie wpływa na częstotliwość wyjściową oscylatora ze względu na efekt obciążenia.

Uogólnione wyrażenie dla częstotliwości oscylacji generowanych przez oscylator fazowy RC jest dane przez

Gdzie N to liczba etapów RC utworzonych przez rezystory R i kondensatory C.

Ponadto, jak w przypadku większości typów oscylatorów, nawet oscylatory fazowe RC mogą być zaprojektowane z użyciem wzmacniacza operacyjnego (OpAmp) jako części sekcji wzmacniacza (Rysunek 3). Niemniej jednak, sposób działania pozostaje taki sam, należy jednak zauważyć, że tutaj, wymagane przesunięcie fazowe 360° jest oferowane zbiorowo przez sieci RC przesuwające fazę i Op-Amp działający w konfiguracji odwróconej.

Częstotliwość oscylatorów fazowych RC może być dostosowywana poprzez zmianę kondensatorów, zwykle poprzez gangurowanie, podczas gdy rezystory zazwyczaj pozostają stałe. Następnie, porównując oscylatory fazowe RC z oscylatorami LC, można zauważyć, że pierwsze używają większej liczby elementów obwodowych niż drugie. 

W związku z tym, częstotliwość wyjściowa generowana przez oscylatory RC może znacznie odbiegać od wartości obliczonej w porównaniu do oscylatorów LC. Mimo to, są one używane jako oscylatory lokalne dla synchronicznych odbiorników, instrumentów muzycznych oraz jako generatory niskich i/lub audio-częstotliwości.