Oscylator RC z przesunięciem fazowym

Oscylatory fazowe RC wykorzystują sieć rezystorowo-kondensatorową (RC) (Rysunek 1) do zapewnienia wymaganego przesunięcia fazowego sygnału sprzężenia zwrotnego. Mają one doskonałą stabilność częstotliwości i mogą generować czysty sygnał sinusoidalny dla szerokiego zakresu obciążeń.

Idealnie oczekuje się, że prosta sieć RC będzie miała wyjście, które wyprzedza wejście o 90o.

Jednak w rzeczywistości, różnica fazowa będzie mniejsza, ponieważ kondensator użyty w obwodzie nie może być idealny. Matematycznie kąt fazowy sieci RC wyraża się jako

Gdzie, XC = 1/(2πfC) to reaktancja kondensatora C, a R to rezystor. W oscylatorach, tego typu sieci fazowe RC, 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 jest tworzony przez połączenie trzech sieci fazowych RC, każda oferująca przesunięcie fazowe o 60o, jak pokazano na Rysunku 2.

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

Ta konfiguracja powoduje, że fala wyjściowa przesuwa się o 180o podczas jej przejścia od wyjściowego terminalu do bazy tranzystora. Następnie, ten sygnał zostanie ponownie przesunięty o 180o przez tranzystor w obwodzie, ponieważ różnica fazowa między wejściem a wyjściem wynosi 180o w przypadku konfiguracji emiter wspólnej. To sprawia, że całkowita różnica fazowa wynosi 360o, co spełnia warunek różnicy fazowej.
Jeszcze jednym sposobem spełnienia warunku różnicy fazowej jest użycie czterech sieci RC, każda oferująca przesunięcie fazowe o 45o. 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.
Ogólny wzór na częstotliwość drgań generowanych przez oscylator fazowy RC daje się wyrazić jako

Gdzie, N to liczba etapów RC utworzonych przez rezystory R i kondensatory C.
Ponadto, tak jak w przypadku większości typów oscylatorów, nawet oscylatory fazowe RC mogą być zaprojektowane z użyciem wzmacniacza operacyjnego (OpAmp) jako części sekcji wzmacniającej (Rysunek 3). Mimo to, sposób działania pozostaje taki sam, należy jednak zauważyć, że tutaj, wymagane przesunięcie fazowe o 360o jest oferowane zbiorczo przez sieci fazowe RC i Op-Amp działający w konfiguracji inwersyjnej.

Należy również zauważyć, że częstotliwość oscylatorów fazowych RC można zmieniać, modyfikując albo rezystory, albo kondensatory. Jednak, ogólnie rzecz biorąc, rezystory są zachowywane stałe, podczas gdy kondensatory są regulowane grupowo. Porównując oscylatory fazowe RC z oscylatorami LC, można zauważyć, że pierwsze wykorzystują więcej elementów obwodowych niż drugie. Dlatego częstotliwość wyjściowa generowana przez oscylatory RC może znacznie odbiegać od obliczonej wartości w porównaniu z oscylatorami LC. Mimo to, są one używane jako lokalne oscylatory dla synchronicznych odbiorników, instrumentów muzycznych oraz jako generatory niskich i/lub audio-częstotliwości.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto udostępniać, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.