Oscillatore a sfasamento RC che utilizza op

Un Phase Shift Oscillator è un circuito oscillatore elettronico che produce un'onda sinusoidale. Può essere progettato utilizzando transistor o utilizzando un amplificatore operazionale come amplificatore invertente. In genere, questi oscillatori a spostamento di fase vengono utilizzati come oscillatori audio. Nell'oscillatore a sfasamento RC, lo sfasamento di 180 gradi viene generato dalla rete RC e un altro 180 gradi viene generato dall'amplificatore operazionale, quindi l'onda risultante viene invertita di 360 gradi.

Oltre a generare l'uscita sinusoidale, vengono utilizzati anche per fornire un controllo significativo sul processo di sfasamento. 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.

Prima di iniziare a progettare l'oscillatore di sfasamento RC, impariamo di più su di esso di fase e sfasamento.

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 possiamo facilmente identificare 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 sfasamento differenziandosi dal riferimento di 0 gradi.

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

In questa immagine, sono presentate due onde di segnale sinusoidali AC, la prima onda sinusoidale verde è a 360 gradi in fase, ma quella rossa che è sfasata di 90 gradi rispetto alla fase del segnale verde.

Questo sfasamento può essere effettuato utilizzando una semplice rete RC.

Oscillatore a spostamento di fase RC

Un semplice oscillatore a sfasamento RC fornisce uno sfasamento minimo di 60 gradi.

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.

Idealmente, lo sfasamento dell'onda di uscita di un circuito RC dovrebbe essere di 90 gradi, ma in pratica è di ca. 60 gradi, poiché il condensatore non è l'ideale. La formula per il calcolo dell'angolo di fase della rete RC è menzionata di seguito:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Dove, Xc è la reattanza del condensatore e R è il resistore connesso nella rete RC.

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

Ora per creare oscillazione e uscita sinusoidale abbiamo bisogno di un componente attivo, transistor o amplificatore operazionale in configurazione invertente.

Se vuoi saperne di più sull'oscillatore RC Phase Shift, segui il link

Perché usare l'amplificatore operazionale per l'oscillatore a spostamento di fase RC invece del transistor?

Esistono alcune limitazioni nell'utilizzo del transistor per la costruzione di oscillatori a spostamento di fase RC:

1. È stabile solo per le basse frequenze.
2. L'oscillatore a sfasamento RC richiede circuiti aggiuntivi per stabilizzare l'ampiezza della forma d'onda.
3. La precisione della frequenza non è perfetta e non è immune da interferenze rumorose.
4. Effetto di caricamento avverso. A causa della formazione in cascata, l'impedenza di ingresso del secondo polo modifica le proprietà di resistenza dei resistori del filtro del primo polo. Più i filtri sono collegati a cascata, più la situazione peggiora poiché influirà sulla precisione della frequenza dell'oscillatore a spostamento di fase calcolata.

A causa dell'attenuazione tra il resistore e il condensatore, la perdita su ogni stadio aumenta e la perdita totale è circa 1/29 del segnale di ingresso.

Poiché il circuito si attenua a 1 / 29th, dobbiamo recuperare la perdita. Scopri di più su di loro nel nostro tutorial precedente.

Oscillatore a spostamento di fase RC con amplificatore operazionale

Quando usiamo l'amplificatore operazionale per l'oscillatore a spostamento di fase RC, funziona come un amplificatore invertente. Inizialmente, l'onda di ingresso è stata nella rete RC, grazie alla quale otteniamo uno sfasamento di 180 gradi. E questa uscita di RC viene alimentata al terminale invertente dell'amplificatore operazionale.

Ora, come sappiamo, l'amplificatore operazionale produrrà uno sfasamento di 180 gradi quando funziona come un amplificatore invertente. Quindi, otteniamo uno sfasamento di 360 gradi nell'onda sinusoidale di uscita. Questo oscillatore a spostamento di fase RC che utilizza l'amplificatore operazionale fornisce una frequenza costante anche in condizioni di carico variabili.

Componenti richiesti

• CI amplificatore operazionale - LM741
• Resistore - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Condensatore - (100pF - 3nos)
• Oscilloscopio

Schema elettrico

Simulazione di RC Phase Shift Oscillator utilizzando Op-Amp

L'oscillatore a sfasamento RC fornisce un'uscita sinusoidale accurata. Come puoi vedere nel video di simulazione alla fine, abbiamo impostato la sonda dell'oscilloscopio su quattro stadi del circuito.

Sonda dell'oscilloscopio	Tipo d'onda
Primo - A	Input Wave
Secondo - B	Onda sinusoidale con spostamento di fase di 90 gradi
Terzo - C	Onda sinusoidale con spostamento di fase di 180 gradi
Quarto - D.	Onda di uscita (onda sinusoidale) con sfasamento a 360 gradi

Qui, la rete di feedback offre uno sfasamento di 180 gradi. Stiamo ottenendo 60 gradi da ciascuna rete RC. E il rimanente sfasamento di 180 gradi è generato dall'amplificatore operazionale nella configurazione invertente.

Per calcolare la frequenza di oscillazione utilizzare la formula seguente:

F = 1 / 2πRC√2N

Lo svantaggio dell'oscillatore a spostamento di fase RC che utilizza l'amplificatore operazionale è che non può essere utilizzato per applicazioni ad alta frequenza. Perché ogni volta che la frequenza è troppo alta la reattanza del condensatore è molto bassa e agisce come un cortocircuito.