Co to jest oscylator RC?
Oscylator RC wykorzystuje liniowe elementy elektryczne do tworzenia fali sinusoidalnej. Przy wysokich częstotliwościach oscylatory działają jak dostrojone obwody LC, ale przy niskich częstotliwościach kondensatory i cewki indukcyjne w obwodzie elektrycznym będą dość duże. Ten oscylator jest preferowany w zastosowaniach opartych na niskich częstotliwościach. Oscylator RC składa się ze wzmacniacza wraz z obwodem sprzężenia zwrotnego. Sprzężenie zwrotne zwane przesunięciem fazowym można wytworzyć za pomocą rezystorów i kondensatorów.
Zasada działania
Obwód oscylatora RC wykorzystuje sieć RC do zapewnienia przesunięcia fazowego potrzebnego sygnału odpowiedzi. Oscylatory te wytwarzają czystą falę sinusoidalną dla szerokiego zakresu obciążeń i mają wysoką częstotliwość.
Poniżej pokazano podstawowy oscylator RC wykorzystujący tranzystor. Tranzystor w tym obwodzie jest aktywnym elementem stopnia wzmacniającego. Napięcie zasilania V cc i rezystory R 1 , R 2 , RC i R I określić punkt pracy DC aktywnego obszaru tranzystora.
C I w powyższym obwodzie pełni funkcję kondensatora obejściowego. Tutaj trzy segmenty RC są równoważne i R’ = R – hie reprezentuje ostateczny opór przekroju. „Hie” oznacza rezystancję tranzystora, więc całkowita rezystancja sieci obwodu wynosi „R”.
R 1 i R 2 rezystory nie mają wpływu na działanie obwodu. Minimalna wartość impedancji dostępna z R I -C I kombinacja ma również minimalny wpływ na działanie prądu przemiennego.
Napięcie szumu powoduje oscylacje obwodu po podłączeniu zasilania. Wzmacniacz o małym prądzie bazowym wytwarza we wzmacniaczu tranzystorowym prądy z przesunięciem fazowym o 180 stopni. Sygnał ten zostanie ponownie przesunięty w fazie o 180 stopni, gdy zareaguje na wejścia wzmacniacza. Aby uzyskać jedność, oscylacje będą kontynuowane.
Użycie analogowego obwodu prądu przemiennego upraszcza obwód i daje częstotliwość oscylacji:
Jeśli R C /R <<1;
Z powyższych równań zmiana wartości kondensatora i rezystora powoduje zmianę częstotliwości oscylacji.
Oscylator RC ze wzmacniaczem operacyjnym
Poniższy rysunek przedstawia oscylator ze wzmacniaczem operacyjnym i trzema obwodami kaskadowymi RC używanymi jako obwody sprzężenia zwrotnego.
Ponieważ ten wzmacniacz operacyjny odwraca, jego sygnał wyjściowy jest odchylony o 180 stopni od sygnału wejściowego na zacisku odwracającym. Sieć sprzężenia zwrotnego RC dodaje przesunięcie fazowe o 180 stopni, powodując oscylacje.
Rezystory takie jak R F i R 1 może regulować wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego. Dostosuj wzmocnienie tak, aby wzmocnienie sieci sprzężenia zwrotnego i wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego było nieco większe niż 1, aby osiągnąć pożądane oscylacje.
Wzmocnienie obwodu większe niż 1 sprawia, że obwód ten jest oscylatorem, jeśli wzmacniacz operacyjny ma wzmocnienie większe niż 29. Częstotliwość oscylacji można obliczyć za pomocą następującego równania:
Warunek oscylacji można zapewnić przy A ≥ 29. Wzmocnienie wzmacniacza można regulować tak, aby oscylacje występowały w obwodzie sterującym R 1 i R F .
Jak zbudować obwód oscylatora RC?
Dla częstotliwości oscylacyjnej 5 kHz zaprojektuj trójstopniowy obwód oscylatora RC z kondensatorami sprzężenia zwrotnego o pojemności 2,5 nF. Narysuj końcowy oscylator RC. Częstotliwość wyjściowa oscylatora RC jest określona wzorem:
Aby obliczyć rezystor sprzężenia zwrotnego w konfiguracji wzmacniacza operacyjnego:
Standardowe wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego umożliwiające podtrzymanie oscylacji wynosi 29:
Obwód oscylatora RC będzie wyglądał następująco:
Wniosek
W oscylatorach RC częstotliwość można zmieniać za pomocą kondensatorów lub rezystorów. Jednakże rezystory są utrzymywane na stałym poziomie, podczas gdy kondensatory są regulowane zgodnie z wymaganiami. Stosowane są jako oscylatory instrumentów muzycznych, generatory częstotliwości audio i odbiorniki synchroniczne.