Phasenverschiebungsoszillatorschaltung

Wir haben zuvor ein vollständiges und detailliertes Tutorial zum Phasenverschiebungsoszillator erstellt. Hier sehen wir die praktische Implementierung eines Phasenverschiebungsoszillators. In diesem Projekt erstellen wir eine Phasenverschiebungsoszillatorschaltung auf einem Steckbrett und testen ihre Ausgabe mit einem Oszilloskop.

Was ist Phase und Phasenverschiebung?

Die Phase ist eine vollständige Zyklusperiode einer Sinuswelle in einer 360-Grad-Referenz. Ein vollständiger Zyklus ist definiert als das Intervall, das die Wellenform benötigt, um ihren beliebigen Anfangswert zurückzugeben. Die Phase wird als spitze Position in diesem Wellenformzyklus bezeichnet. Wenn wir die Sinuswelle sehen, können wir die Phase leicht identifizieren.

In der obigen Abbildung ist ein vollständiger Wellenzyklus dargestellt. Der anfängliche Startpunkt der Sinuswelle ist 0 Grad in der Phase und wenn wir jeden positiven und negativen Peak und 0 Punkte identifizieren, erhalten wir eine 90, 180, 270, 360-Grad-Phase. Wenn also ein sinusförmiges Signal seine Reise anders als die 0-Grad-Referenz beginnt, nennen wir es phasenverschoben, das sich von der 0-Grad-Referenz unterscheidet.

Wenn wir das nächste Bild sehen, werden wir erkennen, wie eine phasenverschobene Sinuswelle gleich aussieht…

In diesem Bild sind zwei sinusförmige Wechselstromsignalwellen dargestellt, wobei die erste grüne sinusförmige Welle eine 360-Grad-Phase aufweist, die rote jedoch die Nachbildung des ersten Signals ist, dessen 90-Grad-Phase aus der Phase des grünen Signals verschoben ist.

Diese Phasenverschiebung kann über ein einfaches RC-Netzwerk erfolgen.

Aufbau und Schaltung

Ein Phasenverschiebungsoszillator erzeugt eine Sinuswelle. Ein einfacher Phasenverschiebungsoszillator ist ein RC-Oszillator, der eine Phasenverschiebung von weniger als oder gleich 60 Grad liefert.

Das obige Bild zeigt ein einpoliges RC-Netzwerk oder eine Leiterschaltung mit Phasenverschiebung, die die Phase des Eingangssignals um 60 Grad oder weniger verschiebt.

Wenn wir dort RC-Netzwerk kaskadieren, erhalten wir eine 180-Grad- Phasenverschiebung.

Um nun einen Oszillations- und Sinuswellenausgang zu erzeugen, benötigen wir eine aktive Komponente, entweder einen Transistor oder einen Operationsverstärker in invertierender Konfiguration, und wir müssen den Ausgang dieser Komponenten über das dreipolige RC-Netzwerk an den Eingang zurückkoppeln. Es erzeugt eine 360-Grad-Phasenverschiebung am Ausgang und eine Sinuswelle.

In diesem Tutorial werden wir den Transistor als aktives Element verwenden und durch ihn eine Sinuswelle erzeugen.

Voraussetzungen

Um die Schaltung aufzubauen, benötigen wir die folgenden Dinge:

1. Steckbrett

2. 3 Stück 0,1 uF Keramikkondensatoren

3. 3 Stück 680R Widerstand

4. 2.2k Widerstand 1 Stck

5. 10k Widerstand 1 Stck

6. 100R Widerstand 1 Stck

7. 68k Widerstand 1 Stck

8. 100 uF Kondensator 1 Stck

9. BC549 Transistor

10. 9V Stromversorgung

Schema und Arbeitsweise

In der obigen Abbildung ist das Schema für den Phasenverschiebungsoszillator dargestellt. Wir haben den Ausgang als Eingang der RC-Netzwerke bereitgestellt, der wiederum über die Basis des Transistors bereitgestellt wird. Die RC-Netzwerke sorgen für die notwendige Phasenverschiebung im Rückkopplungspfad, die wiederum vom Transistor geändert wird. Die Frequenz des RC-Oszillators kann mit dieser Gleichung berechnet werden:

F ist die Schwingungsfrequenz, R und C sind der Widerstand und die Kapazität, und N steht für die Anzahl der verwendeten RC-Phasenverschiebungsstufen. Diese Formel ist nur anwendbar, wenn das Phasenverschiebungsnetzwerk denselben Widerstands- und Kapazitätswert verwendet, dh R1 = R2 und C1 = C2 = C3. Der Phasenverschiebungsoszillator kann als variabler Phasenverschiebungsoszillator hergestellt werden, der abhängig von dem ermittelten voreingestellten Wert einen weiten Frequenzbereich erzeugen kann. Dies kann leicht erreicht werden, indem nur die festen Kondensatoren C1, C2 und C3 durch einen dreifach variablen Kondensator ersetzt werden. In solchen Fällen sollte der Widerstandswert festgelegt werden.

In dem obigen Schema bilden R4 und R5 einen Spannungsteiler, der dem Transistor BC549 eine Vorspannung liefert. Der R6 zur Begrenzung des Kollektorstroms und R7 zur thermischen Stabilität des BC549- Transistors während des Betriebs. C4 ist wichtig, da dies der Emitter-Bypass-Kondensator von BC549 ist.

BC549 ist ein epitaktischer NPN-Siliziumtransistor. In der obigen Abbildung ist das TO-92-Paket dargestellt. Der erste Pin (1) ist der Kollektor, 2 ist die Basis und 3 ist der Emitter-Pin. Es wird häufig zum Schalten und Verstärken verwendet. BC549 stammt aus dem gleichen Segment der weit verbreiteten 547, 548 usw. BC549 ist eine rauscharme Version. Wir verwenden dies für die aktive Komponente unseres Phasenverschiebungsoszillators, die das Signal verstärkt und eine zusätzliche Phasenverschiebung liefert.

Wir haben die Schaltung auf einem Steckbrett aufgebaut.

Ausgang der Phasenverschiebungsoszillatorschaltung

Wir haben ein Oszilloskop über den Ausgang angeschlossen, um die Sinuswelle zu sehen. Im folgenden Bild sehen wir unsere Oszilloskop-Sondenanschlüsse.

Wir haben zwei Oszilloskop-Sonden angeschlossen, eine gelbe über den endgültigen Ausgang und die rote über das zweite RC-Netzwerk. Der gelbe Kanal des Oszilloskops liefert das Ergebnis der endgültigen Ausgabe und der rote Kanal liefert die Ausgabe über das RC-Filter der zweiten Stufe. Durch den Vergleich der beiden Ausgänge werden wir den Unterschied zwischen den beiden Phasen der Sinuswelle klar verstehen. Wir versorgen den Stromkreis über ein 9-V-Tischnetzteil.

Dies ist die endgültige Ausgabe des Oszilloskops.

Die endgültige Ausgabe, die wir vom Oszilloskop aufgenommen haben, ist im obigen Bild dargestellt. Die gelbe Sinuswelle wird fast in einer Phase, während das Rot - Signals, von 2 erfaßt ^nd Stufe RC - Netzwerk ist die Phase aus. Wir können die aufgenommene Wellenform im folgenden Video kontinuierlich sehen:

Der Ausgang ist ziemlich stabil und die Rauschstörung ist geringer. Das vollständige Video finden Sie am Ende dieses Projekts.

Einschränkungen der Phasenverschiebungsoszillatorschaltung

Da wir BJT für Phasenverschiebungsoszillatoren verwenden, gibt es bestimmte Einschränkungen, die mit BJT verbunden sind. Die Schwingung ist bei niedrigen Frequenzen stabil. Wenn wir die Frequenz erhöhen, wird die Schwingung gesättigt und der Ausgang wird verzerrt. Auch die Ausgangswellenamplitude ist nicht so perfekt, es werden zusätzliche Schaltungen zum Stabilisieren der Amplitude der Wellenformschaltungen benötigt.

Ein nachteiliger Ladeeffekt ist auch in der RC-Netzwerkphase ein Problem. Aufgrund des Belastungseffekts verändert die Eingangsimpedanz des zweiten Pols die Widerstandseigenschaften des nächst vorhergehenden Filters des ersten Pols. Zusätzliche Filterkaskaden verstärken diesen Effekt. Aus diesem Grund ist es auch schwierig, die Schwingungsfrequenz unter Verwendung der Standardformelmethode zu berechnen.

Verwendung einer Phasenverschiebungsoszillatorschaltung

Die Hauptanwendung eines Phasenverschiebungsoszillators besteht darin, eine Sinuswelle über seinem Ausgang zu erzeugen. Überall dort, wo eine reine Sinuswellenerzeugung benötigt wird, wird ein Phasenverschiebungsoszillator verwendet. Zum Zweck der Phasenverschiebung eines bestimmten Signals bietet der Phasenverschiebungsoszillator auch eine signifikante Kontrolle über den Verschiebungsprozess. Andere Verwendungen von Phasenverschiebungsoszillatoren sind:

1. In Audio-Oszillatoren
2. Sinus-Wechselrichter
3. Sprachsynthese
4. GPS-Geräte
5. Musikinstrumente.

Wenn Sie mehr über Phase Shift Oscillator erfahren möchten, folgen Sie dem Link.