RC-Phasenverschiebeoszillator

RC-Phasenverschiebungsoszillatoren verwenden Widerstand-Kondensator-Netzwerke (RC-Netzwerke, siehe Abbildung 1), um die vom Rückkopplungssignal benötigte Phasenverschiebung zu erzeugen. Sie haben eine ausgezeichnete Frequenzstabilität und können für einen breiten Bereich von Lasten eine reine Sinuswelle erzeugen.

Idealerweise sollte ein einfaches RC-Netzwerk eine Ausgabe liefern, die die Eingabe um 90° übersteht.

In der Praxis wird jedoch der Phasenunterschied kleiner sein, da der in dem Schaltkreis verwendete Kondensator nicht ideal sein kann. Mathematisch wird der Phasenwinkel des RC-Netzwerks wie folgt ausgedrückt:

Wobei XC = 1/(2πfC) die Reaktanz des Kondensators C und R der Widerstand ist. In Oszillatoren können solche RC-Phasenverschiebungsnetzwerke, die jeweils eine bestimmte Phasenverschiebung bieten, so kaskadiert werden, dass sie die durch das Barkhausen-Kriterium geforderte Phasenverschiebung erfüllen.

Ein solches Beispiel ist der Fall, in dem ein RC-Phasenverschiebungsoszillator durch die Kaskadierung von drei RC-Phasenverschiebungsnetzwerken gebildet wird, wobei jedes Netzwerk eine Phasenverschiebung von 60° bietet, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Hier begrenzt der Kollektorwiderstand RC den Kollektorstrom des Transistors, die Widerstände R1 und R (nächster am Transistor) bilden das Spannungsteiler-Netzwerk, während der Emittorwiderstand RE die Stabilität verbessert. Die Kondensatoren CE und Co sind der Emittorbypasskondensator und der Ausgangs-Gleichspannungsentkopplungskondensator. Weiterhin zeigt der Schaltkreis drei RC-Netzwerke, die im Rückkopplungspfad verwendet werden.

Diese Anordnung verursacht, dass die Ausgangswelle während ihres Weges vom Ausgang zum Basis des Transistors um 180° verschoben wird. Dieses Signal wird dann erneut um 180° verschoben, da der Phasenunterschied zwischen Eingang und Ausgang bei einer Gemeinsamemitter-Schaltung 180° beträgt. Dies führt zu einem Gesamtphasenunterschied von 360°, was die Phasenunterschiedsbedingung erfüllt. Eine weitere Möglichkeit, die Phasenunterschiedsbedingung zu erfüllen, besteht darin, vier RC-Netzwerke zu verwenden, die jeweils eine Phasenverschiebung von 45° bieten. Daher kann geschlussfolgert werden, dass RC-Phasenverschiebungsoszillatoren auf viele Arten konstruiert werden können, da die Anzahl der RC-Netzwerke in ihnen nicht festgelegt ist. Es ist jedoch zu beachten, dass, obwohl eine Erhöhung der Anzahl der Stufen die Frequenzstabilität des Schaltkreises erhöht, dies auch die Ausgangsfrequenz des Oszillators aufgrund des Lasteffekts negativ beeinflusst.
Der allgemeine Ausdruck für die Frequenz der durch einen RC-Phasenverschiebungsoszillator erzeugten Schwingungen lautet:

Wobei N die Anzahl der RC-Stufen ist, die durch die Widerstände R und die Kondensatoren C gebildet werden.
Weiterhin, wie bei den meisten Oszillatortypen, können auch RC-Phasenverschiebungsoszillatoren mit einem Operationsverstärker als Teil der Verstärkersektion entworfen werden (Abbildung 3). Dennoch bleibt der Arbeitsmodus gleich, es ist jedoch zu beachten, dass hier die erforderliche Phasenverschiebung von 360° kollektiv durch die RC-Phasenverschiebungsnetzwerke und den in invertierender Konfiguration arbeitenden Operationsverstärker (Op-Amp) bereitgestellt wird.

Weiterhin ist zu beachten, dass die Frequenz der RC-Phasenverschiebungsoszillatoren durch Änderung der Widerstände oder der Kondensatoren variiert werden kann. Allerdings werden in der Regel die Widerstände konstant gehalten, während die Kondensatoren gemeinsam gestimmt werden. Durch Vergleich der RC-Phasenverschiebungsoszillatoren mit LC-Oszillatoren kann man feststellen, dass die erstgenannten mehr Schaltkreiskomponenten verwenden als die letzteren. Daher kann die von den RC-Oszillatoren erzeugte Ausgangsfrequenz stärker vom berechneten Wert abweichen als im Fall von LC-Oszillatoren. Dennoch werden sie als lokale Oszillatoren für synchrone Empfänger, Musikinstrumente und als Nieder- und/oder Audiofrequenzgeneratoren eingesetzt.

Erklärung: Respektieren Sie das Original, gute Artikel sind es wert, geteilt zu werden. Bei Urheberrechtsverletzungen kontaktieren Sie bitte zur Löschung.