Circuito oscillatore a sfasamento

Abbiamo già creato un tutorial completo e dettagliato sull'oscillatore Phase Shift. Qui vedremo l'implementazione pratica dell'oscillatore a spostamento di fase. In questo progetto, creiamo un circuito oscillatore a spostamento di fase sulla breadboard e testiamo la sua uscita usando l'oscilloscopio.

Che cosa sono Phase e Phase Shift?

La fase è un periodo di ciclo completo di un'onda sinusoidale in un riferimento a 360 gradi. Un ciclo completo è definito come l'intervallo necessario affinché la forma d'onda restituisca il suo valore iniziale arbitrario. La fase è indicata come una posizione appuntita su questo ciclo di forme d'onda. Se vediamo l'onda sinusoidale identificheremo facilmente la fase.

Nell'immagine sopra, viene mostrato un ciclo completo dell'onda. Il punto di partenza iniziale dell'onda sinusoidale è di 0 gradi in fase e se identifichiamo ogni picco positivo e negativo e 0 punti, otterremo una fase di 90, 180, 270, 360 gradi. Quindi, quando un segnale sinusoidale inizia il suo viaggio diverso dal riferimento di 0 gradi, lo chiamiamo sfasato differenziandolo dal riferimento di 0 gradi.

Se vediamo la prossima immagine identificheremo come un'onda sinusoidale sfasata si assomiglia…

In questa immagine, ci sono due onde di segnale sinusoidali AC presentate, la prima onda sinusoidale verde è in fase di 360 gradi ma quella rossa che è la replica del primo segnale, che è sfasata di 90 gradi fuori dalla fase del segnale verde.

Questo sfasamento può essere effettuato utilizzando una semplice rete RC.

Costruzione e circuito

Un oscillatore a spostamento di fase produce un'onda sinusoidale. Un semplice oscillatore a sfasamento è un oscillatore RC che fornisce uno sfasamento di 60 gradi o inferiore.

L'immagine sopra mostra una rete RC a sfasamento unipolare o un circuito ladder che sposta la fase del segnale di ingresso pari o inferiore a 60 gradi.

Se colleghiamo a cascata la rete RC, otterremo uno sfasamento di 180 gradi.

Ora per creare l'oscillazione e l'uscita a onda sinusoidale abbiamo bisogno di un componente attivo, transistor o amplificatore operazionale in configurazione invertente, e dobbiamo restituire l'uscita di quei componenti all'ingresso attraverso la rete RC a tre poli. Produrrà uno sfasamento di 360 gradi in uscita e produrrà un'onda sinusoidale.

In questo tutorial, useremo Transistor come elemento attivo e produrremo un'onda sinusoidale attraverso di esso.

Prerequisiti

Per costruire il circuito abbiamo bisogno delle seguenti cose:

1. Breadboard

2. 3 pezzi di condensatori ceramici.1uF

3. 3 pezzi di resistenza 680R

4. Resistenza 2.2k 1 pz

5. Resistenza 10k 1 pz

6. Resistenza 100R 1 pz

7. Resistenza 68k 1 pz

8. Condensatore 100uF 1 pz

9. Transistor BC549

10. Alimentazione 9V

Schematico e funzionante

Nell'immagine sopra, viene mostrato lo schema per l'oscillatore a spostamento di fase. Abbiamo fornito l'uscita come ingresso delle reti RC che è di nuovo fornita attraverso la base del transistor. Le reti RC stanno fornendo lo sfasamento necessario nel percorso di retroazione che viene nuovamente alterato dal transistor. La frequenza dell'oscillatore RC può essere calcolata utilizzando questa equazione-

F è la frequenza di oscillazione, R e C sono la resistenza e la capacità e la N sta per il numero di stadi di sfasamento RC utilizzati. Questa formula è applicabile solo se la rete a sfasamento utilizza lo stesso valore di resistenza e capacità, ovvero R1 = R2 e C1 = C2 = C3. L'oscillatore a spostamento di fase può essere realizzato come oscillatore a spostamento di fase variabile che può produrre un'ampia gamma di frequenze a seconda del valore preimpostato determinato. Questo può essere fatto facilmente cambiando solo i condensatori fissi C1, C2 e C3 con un condensatore variabile a tripla banda. Il valore della resistenza dovrebbe essere fissato in questi casi.

Nello schema sopra, R4 e R5 formano un partitore di tensione che fornisce una tensione di polarizzazione al transistor BC549. L' R6 utilizzato per limitare la corrente del collettore e l' R7 è utilizzato per la stabilità termica del transistor BC549 durante il funzionamento. C4 è essenziale in quanto è il condensatore di by-pass dell'emettitore del BC549.

BC549 è un transistor al silicio epitassiale NPN. Nell'immagine sopra, viene mostrato il pacchetto TO-92. Il primo pin (1) è il collettore, 2 è la base e 3 è il pin emettitore. È ampiamente utilizzato per la commutazione e l'amplificazione. BC549 proviene dallo stesso segmento di 547, 548 ecc. Ampiamente utilizzati. BC549 è una versione a basso rumore. Lo stiamo usando per il componente attivo del nostro oscillatore a spostamento di fase che amplificherà e fornirà uno spostamento di fase aggiuntivo al segnale.

Abbiamo costruito il circuito su una breadboard.

Uscita del circuito oscillatore a spostamento di fase

Abbiamo collegato un oscilloscopio all'uscita per vedere l'onda sinusoidale. Nell'immagine sottostante vedremo le nostre connessioni della sonda dell'oscilloscopio.

Abbiamo collegato due sonde dell'oscilloscopio, una gialla sull'uscita finale e l'altra rossa sulla seconda rete RC. Il canale giallo dell'oscilloscopio fornirà il risultato dell'output finale e il canale rosso fornirà l'output attraverso il filtro RC del secondo stadio. Confrontando le due uscite capiremo chiaramente la differenza tra le due fasi dell'onda sinusoidale. Stiamo alimentando il circuito da un alimentatore da banco 9V.

Questo è il risultato finale dell'oscilloscopio.

L'output finale che abbiamo catturato dall'oscilloscopio è mostrato nell'immagine sopra. L' onda sinusoidale gialla è quasi in fase mentre il segnale rosso, catturato dal 2 ^° stadio RC Network è fuori fase. Possiamo vedere la forma d'onda catturata continuamente nel video qui sotto:

L'uscita è abbastanza stabile e l'interferenza del rumore è inferiore. Il video completo può essere trovato alla fine di questo progetto.

Limitazioni del circuito dell'oscillatore a spostamento di fase

Poiché stiamo usando BJT per l'oscillatore a spostamento di fase, ci sono alcune limitazioni associate al BJT. L'oscillazione è stabile alle basse frequenze, se aumentiamo la frequenza l'oscillazione si saturerà e l'uscita sarà distorta. Inoltre, l'ampiezza dell'onda di uscita non è così perfetta, sarà necessaria una circuiteria aggiuntiva per stabilizzare l'ampiezza della circuiteria della forma d'onda.

Anche l'effetto di caricamento avverso è un problema nella fase della rete RC. A causa dell'effetto di carico, l'impedenza di ingresso del secondo polo altera le proprietà di resistenza del successivo filtro del primo polo precedente. Ulteriori filtri a cascata peggiorano questo effetto. Inoltre, per questo motivo, è difficile calcolare la frequenza di oscillazione utilizzando il metodo della formula standard.

Uso del circuito oscillatore a sfasamento

L'uso principale di un oscillatore a spostamento di fase è creare un'onda sinusoidale attraverso la sua uscita. Quindi, ovunque sia necessaria la generazione di un'onda sinusoidale pura, viene utilizzato un oscillatore a spostamento di fase. Inoltre, ai fini dello spostamento di fase di un particolare segnale, l'oscillatore di spostamento di fase fornisce un controllo significativo sul processo di spostamento. Altri usi degli oscillatori a spostamento di fase sono:

1. Negli oscillatori audio
2. Inverter a onda sinusoidale
3. Sintesi vocale
4. Unità GPS
5. Strumenti musicali.

Se vuoi saperne di più su Phase Shift Oscillator, segui il link.