Fazės poslinkio osciliatorius yra osciliatoriaus grandinė, sukurta sinusinės bangos išėjimui generuoti. Jis veikia su vienu aktyviu elementu, tokiu kaip BJT arba op stiprintuvas, sukonfigūruotas invertuojančio stiprintuvo režimu.
Grandinės išdėstymas sukuria grįžtamąjį ryšį iš išėjimo į įvestį naudojant RC (rezistoriaus / kondensatoriaus) grandinę, išdėstytą kopėčių tipo tinkle. Šio grįžtamojo ryšio įvedimas sukelia teigiamą „poslinkį“ stiprintuvo išėjimo fazėje 180 laipsnių kampu, esant osciliatoriaus dažniui.
RC tinklo sukurto fazės poslinkio dydis priklauso nuo dažnio. Aukštesni osciliatoriaus dažniai sukuria didesnį fazės poslinkį.
Šie išsamūs paaiškinimai padės mums išsamiau išmokti sąvoką.
Viduje konors ankstesnis įrašas mes sužinojome apie kritines aplinkybes, kurių reikia projektuojant op-amp pagrindu veikiantį fazės poslinkio osciliatorių. Šiame įraše mes pažengsime į priekį ir sužinosime daugiau apie fazės poslinkio osciliatorių tipai ir kaip apskaičiuoti susijusius parametrus pagal formules.
Viena-tiltas grandinė
Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta „Wien-bridge“ grandinės sąranka.
Čia mes galime nutraukti kilpą teigiamame opampo įėjime ir apskaičiuoti grįžtamąjį signalą naudodami šią 2 lygtį:
Kada ⍵ = 2πpf = 1 / RC , grįžtamasis ryšys yra etapas (teigiamas grįžtamasis ryšys), kurio pelnas yra 1/3 .
Todėl svyravimams reikia opampo grandinės, kad gautų 3 stiprinimą.
Kai R F = 2R G , stiprintuvo stiprinimas yra 3, o svyravimas prasideda esant f = 1 / 2πRC.
Mūsų eksperimente grandinė svyravo 1,65 kHz, o ne 1,59 kHz, naudojant 3 paveiksle nurodytas dalies vertes, tačiau su akivaizdžiu iškraipymu.
Kitas žemiau pateiktas paveikslas parodo Vienos tilto grandinę netiesinis grįžtamasis ryšys .
Galime pamatyti lempa RL, kurios kaitinimo siūlų varža pasirinkta labai maža, apie 50% RF grįžtamojo ryšio varžos vertės, nes lempos srovę apibrėžia RF ir RL.
Lempos srovės ir netiesinės lempos varžos santykis padeda išlaikyti minimalų išėjimo įtampos svyravimą.
Taip pat galite rasti daug grandinių, kuriose yra diodas, o ne pirmiau paaiškinta netiesinio grįžtamojo ryšio elemento koncepcija.
Diodo naudojimas padeda sumažinti iškraipymo lygį, nes siūlo švelnų išėjimo įtampos valdymą.
Tačiau jei pirmiau minėti metodai jums nėra palankūs, turite pasirinkti AGC metodus, kurie identiškai padeda sumažinti iškraipymus.
Bendras Vienos tilto osciliatorius, naudojant AGC grandinę, parodytas šiame paveikslėlyje.
Čia jis ima neigiamą sinusinę bangą naudodamas D1, ir mėginys laikomas C1 viduje.
R1 ir R2 apskaičiuojami taip, kad jis sutelktų Q1 poslinkį ir užtikrintų, kad (R G + R Q1 ) lygi R F / 2 su numatoma išėjimo įtampa.
Jei išėjimo įtampa linkusi didėti, Q1 varža padidėja, todėl sumažėja padidėjimas.
Pirmojoje Vienos tilto osciliatoriaus grandinėje 0,833 voltų maitinimą galima pamatyti ant teigiamo opampo įvesties kaiščio. Tai buvo padaryta norint išcentrinę išėjimo ramybės įtampą esant VCC / 2 = 2,5 V.
Fazės poslinkio osciliatorius (vienas opampas)
Fazės poslinkio osciliatorius taip pat gali būti sukonstruotas naudojant tik vieną opampą, kaip parodyta aukščiau.
Įprastas mąstymas yra tas, kad fazių poslinkio grandinėse etapai yra izoliuoti ir vieni kitus valdo patys. Tai suteikia mums tokią lygtį:
Kai atskiros sekcijos fazinis poslinkis yra –60 °, kilpos fazės poslinkis yra –180 °. Tai atsitinka, kai ⍵ = 2πpf = 1.732 / RC nes liestinė 60 ° = 1,73.
Β vertė šiuo momentu būna (1/2)3, o tai reiškia, kad stiprinimas A turi būti lygus 8, kad sistemos stiprinimas būtų lygus 1.
Šioje diagramoje nurodytų dalių reikšmių virpesių dažnis buvo 3,76 kHz, o ne pagal apskaičiuotą 2,76 kHz virpesių dažnį.
Be to, svyravimui pradėti reikalingas padidėjimas buvo 26, o ne pagal apskaičiuotą 8 padidėjimą.
Tokie netikslumai tam tikru mastu atsiranda dėl komponentų trūkumų.
Tačiau reikšmingiausias įtakos aspektas yra neteisingos prognozės, kad RC etapai niekada neveikia vienas kito.
Ši vienos „Opamp“ grandinės sąranka anksčiau buvo gana gerai žinoma, kai aktyvūs komponentai buvo didelių gabaritų ir brangūs.
Šiais laikais op-amperai yra ekonomiški ir kompaktiški, juos galima įsigyti su keturiais skaičiais vienoje pakuotėje, todėl vienas opamp fazės poslinkio osciliatorius ilgainiui prarado pripažinimą.
Buferinis fazės poslinkio osciliatorius
Aukščiau pateiktame paveiksle galime pamatyti buferinį fazės poslinkio osciliatorių, pulsuojantį 2,9 kHz, o ne tikėtinu idealiu dažniu 2,76 kHz, ir su 8,33 stiprinimu, o ne idealiu 8 stiprinimu.
Buferiai draudžia RC sekcijoms paveikti vienas kitą, todėl buferiniai fazės poslinkio osciliatoriai gali veikti arčiau apskaičiuoto dažnio ir padidėjimo.
Rezistorius RG, atsakingas už stiprinimo nustatymą, įkelia trečiąją RC sekciją, leisdamas 4-ajam opampui keturkampėje opampe veikti kaip šios RC sekcijos buferis. Dėl to efektyvumo lygis pasiekia idealią vertę.
Mes galime išgauti mažai iškraipytą sinusinę bangą iš bet kurios fazės poslinkio osciliatoriaus stadijos, tačiau natūraliausią sinusinę bangą galima gauti iš paskutinės RC sekcijos išvesties.
Paprastai tai yra didelės impedansinės mažos srovės jungtis, todėl norint išvengti apkrovos ir dažnio nukrypimų reaguojant į apkrovos pokyčius, čia reikia naudoti grandinę, turinčią didelės impedanso įėjimo pakopą.
Kvadratūros osciliatorius
Kvadratūros osciliatorius yra dar viena fazės poslinkio osciliatoriaus versija, tačiau trys RC pakopos yra sujungtos taip, kad kiekviena sekcija sudarytų 90 ° fazės poslinkį.
Išėjimai vadinami sinusais ir kosinusais (kvadratu) vien todėl, kad tarp opamp išėjimų yra 90 ° fazių poslinkis. Kilpos padidėjimas nustatomas pagal 4 lygtį.
Su ⍵ = 1 / RC , 5 lygtis supaprastina 1√ - 180 ° , vedantys į virpesius ties ⍵ = 2πpf = 1 / RC.
Eksperimentuota grandinė pulsavo 1,65 kHz, palyginti su apskaičiuota 1,59 kHz verte, o skirtumą daugiausia lemia dalies vertės svyravimai.
„Bubba“ osciliatorius
Aukščiau pateiktas „Bubba“ osciliatorius yra dar vienas fazės poslinkio osciliatoriaus variantas, tačiau jis naudojasi keturių op-amp paketų pranašumais, kad sukurtų keletą išskirtinių bruožų.
Keturios RC sekcijos reikalauja 45 ° fazės poslinkio kiekvienai sekcijai, o tai reiškia, kad šis osciliatorius turi išskirtinį dΦ / dt, kad sumažintų dažnio nuokrypius.
Kiekviena RC sekcija generuoja 45 ° fazės poslinkį. Reiškia, kadangi turime išėjimo iš alternatyvių sekcijų, užtikrinama mažos impedansinės kvadratūros išvestis.
Kai iš kiekvieno opampo gaunama išvestis, grandinė sukuria keturias 45 ° fazės poslinkio sinusines bangas. Kilpos lygtį galima parašyti taip:
Kada ⍵ = 1 / RC , pirmiau pateiktos lygtys susitraukia į šias 7 ir 8 lygtis.
Kad padidėtų svyravimas, padidėjimas A turėtų pasiekti 4 reikšmę.
Analizės grandinė svyravo 1,76 kHz dažniu, priešingai nei idealus dažnis 1,72 kHz, o padidėjimas atrodė 4,17, o ne idealus 4 stiprinimas.
Dėl sumažėjusio pelno Į ir mažo šališkumo srovės stiprintuvai, rezistorius RG, atsakingas už stiprinimo nustatymą, neapkrauna paskutinės RC sekcijos. Tai garantuoja tiksliausią osciliatoriaus dažnio išėjimą.
Iš R ir RG sankryžos buvo galima įgyti labai mažai iškraipytas sinusines bangas.
Kai visoms išvestims reikalingos mažo iškraipymo sinusinės bangos, padidėjimas iš tikrųjų turėtų būti vienodai paskirstytas visiems opampams.
Neinvertuojantis įkrovos stiprintuvo įėjimas yra įtempiamas esant 0,5 V, kad būtų sukurta ramybės išėjimo įtampa esant 2,5 V įtampai. Pelno paskirstymas reikalauja kitų opampų šališkumo, tačiau tai tikrai neturi jokio poveikio virpesių dažniui.
Išvados
Pirmiau pateiktoje diskusijoje mes supratome, kad Op amp fazės poslinkio osciliatoriai yra apriboti apatiniu dažnių juostos galu.
Taip yra dėl to, kad op-amperai neturi esminio pralaidumo, kad būtų galima įgyvendinti žemų fazių poslinkį didesniais dažniais.
Šiuolaikinių srovės ir grįžtamojo ryšio stiprintuvus taikyti osciliatorių grandinėse atrodo sunku, nes jie labai jautrūs grįžtamojo ryšio talpai.
Įtampos grįžtamojo ryšio stiprintuvai ribojami tik keliais 100 kHz, nes jie sukuria per didelį fazių poslinkį.
„Wien-bridge“ osciliatorius veikia naudojant nedaug dalių, todėl jo dažnio stabilumas yra labai priimtinas.
Tačiau iškraipymo slopinimas Vienos tilto osciliatoriuje yra ne toks lengvas, kaip pats svyravimo proceso inicijavimas.
Kvadratūros osciliatorius tikrai veikia naudodamas porą op-amperų, tačiau jis apima daug didesnį iškraipymą. Tačiau fazės poslinkio osciliatoriai, kaip ir „Bubba“ osciliatoriai, iškraipo daug mažiau, o jų dažnis yra stabilus.
Tai pasakius, patobulintas šio tipo fazės poslinkio osciliatorių funkcionalumas nėra pigus dėl didesnių dalių, susijusių su įvairiais grandinės etapais, sąnaudų.
Susijusios interneto svetainės
www.ti.com/sc/amplifiers
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2471.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2472.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2474.html
Ankstesnis: Op amp osciliatoriai Kitas: 1000 vatų iki 2000 vatų galios stiprintuvo grandinė
