Фазовый сдвиговый генератор на RC элементах

RC Фазовый Сдвиговый Генератор

RC фазовый сдвиговый генератор определяется как электронная схема, которая использует RC-цепи (резистор-конденсатор) для создания постоянного колебательного выходного сигнала.

RC фазовые сдвиговые генераторы используют RC-цепи (см. рисунок 1) для обеспечения требуемого фазового сдвига обратной связи. Они обладают отличной частотной стабильностью и могут выдавать чистую синусоидальную волну в широком диапазоне нагрузок.

Идеально, простая RC-цепь должна иметь выход, который опережает вход на 90°.

На практике, фазовое различие часто меньше идеального из-за неидеального поведения конденсатора. Фазовый угол RC-цепи математически выражается как

где X C = 1/(2πfC) — реактивное сопротивление конденсатора C, а R — резистор. В генераторах такие RC-фазовые сдвиговые цепи, каждая из которых обеспечивает определенный фазовый сдвиг, могут быть соединены последовательно, чтобы удовлетворить условие фазового сдвига, установленное критерием Баркхаузена.

Один из таких примеров — это случай, когда RC фазовый сдвиговый генератор образуется путем последовательного соединения трех RC-фазовых сдвиговых цепей, каждая из которых обеспечивает фазовый сдвиг 60°, как показано на рисунке 2.

Здесь резистор RC ограничивает ток коллектора транзистора, резисторы R1 и R (ближайшие к транзистору) образуют делитель напряжения, а резистор RE улучшает стабильность. Далее, конденсаторы CE и Co — это конденсатор обхода эмиттера и конденсатор развязки по постоянному току соответственно. Кроме того, схема также показывает три RC-цепи, используемые в цепи обратной связи.

Эта схема вызывает смещение выходного сигнала на 180° в процессе его прохождения от выходного вывода к базе транзистора. Затем этот сигнал снова смещается на 180° транзистором в схеме, так как фазовое различие между входом и выходом будет 180° в случае схемы с общим эмиттером. Это приводит к тому, что суммарное фазовое различие составляет 360°, удовлетворяя условию фазового сдвига.

Еще один способ удовлетворения условия фазового сдвига — использование четырех RC-цепей, каждая из которых обеспечивает фазовый сдвиг 45°. Таким образом, можно заключить, что RC фазовые сдвиговые генераторы могут быть спроектированы различными способами, так как количество RC-цепей в них не фиксировано. Однако следует отметить, что, хотя увеличение числа каскадов увеличивает частотную стабильность схемы, оно также негативно влияет на выходную частоту генератора из-за эффекта нагрузки.

Общее выражение для частоты колебаний, создаваемых RC фазовым сдвиговым генератором, дается формулой

где N — количество RC-каскадов, образованных резисторами R и конденсаторами C.

Кроме того, как и в случае большинства типов генераторов, RC фазовые сдвиговые генераторы также могут быть спроектированы с использованием ОУ в качестве части усилителя (см. рисунок 3). Тем не менее, принцип работы остается тем же, при этом следует отметить, что здесь требуемый фазовый сдвиг 360° обеспечивается совместно RC-фазовыми сдвиговыми цепями и ОУ, работающим в инвертирующем режиме.

Частота RC фазовых сдвиговых генераторов может регулироваться изменением конденсаторов, обычно через групповую настройку, в то время как резисторы обычно остаются фиксированными. Далее, сравнивая RC фазовые сдвиговые генераторы с LC-генераторами, можно заметить, что первые используют больше компонентов, чем последние.

Таким образом, выходная частота, создаваемая RC-генераторами, может значительно отличаться от расчетного значения по сравнению с LC-генераторами. Тем не менее, они используются как локальные генераторы для синхронных приемников, музыкальных инструментов, а также как низкочастотные и/или аудиогенераторы.