Mikä on RC-oskillaattori?
RC-oskillaattori käyttää lineaarisia sähkökomponentteja siniaallon luomiseen. Korkeilla taajuuksilla oskillaattorit toimivat viritettyjen LC-piirien tavoin, mutta matalilla taajuuksilla sähköpiirin kondensaattorit ja induktorit olisivat melko suuria. Tämä oskillaattori on parempi matalataajuisiin sovelluksiin. RC-oskillaattori käsittää vahvistimen sekä takaisinkytkentäpiirin. Vaihesiirtona tunnettu takaisinkytkentä voidaan luoda vastusten ja kondensaattoreiden avulla.
Toimintaperiaate
RC-oskillaattoripiiri käyttää RC-verkkoa antamaan tarvitsemansa vastesignaalin vaihesiirron. Nämä oskillaattorit tuottavat puhtaan siniaallon monenlaisille kuormille ja niillä on korkea taajuus.
Alla on esitetty perus-RC-oskillaattori, joka käyttää transistoria. Tämän piirin transistori on aktiivinen elementti vahvistusasteessa. Syöttöjännite V cc ja vastukset R 1 , R 2 , RC ja R JA määrittää transistorin aktiivisen alueen DC-toimintapisteen.
C JA yllä olevassa piirissä toimii ohituskondensaattorina. Tässä kolme RC-segmenttiä ovat ekvivalentteja ja R’ = R – hie edustaa osan lopullista vastusta. 'Hie' edustaa transistorin resistanssia, joten piirin verkon kokonaisvastus on 'R'.
R 1 ja R 2 vastukset eivät vaikuta piirin toimintaan. R:stä saatavilla oleva impedanssin minimiarvo JA -C JA yhdistelmällä on myös minimaalinen vaikutus AC-toimintaan.
Kohinajännite saa piirin värähtelemään, kun virta kytketään. Pienellä kantavirralla varustettu vahvistin luo transistorivahvistimeen 180 asteen vaihesiirtovirtoja. Tätä signaalia vaihesiirretään jälleen 180 astetta, kun se reagoi vahvistimen tuloihin. Yhtenäisyyden saavuttamiseksi värähtelyt jatkuvat.
Analogisen AC-piirin käyttäminen yksinkertaistaa piiriä ja antaa värähtelytaajuuden:
Jos R c /R <<1;
Yllä olevista yhtälöistä kondensaattorin ja vastuksen arvojen muuttaminen muuttaa värähtelytaajuutta.
RC-oskillaattori operaatiovahvistimella
Alla olevassa kuvassa on oskillaattori, jossa on operaatiovahvistin ja kolme takaisinkytkentäpiireinä käytettyä RC-sarjan piiriä.
Koska tämä operaatiovahvistin on invertoiva, sen lähtösignaali on 180 astetta invertoivan liittimen tulosignaalista. RC-takaisinkytkentäverkko lisää 180 asteen vaihesiirtoa aiheuttaen värähtelyjä.
Vastukset, kuten R f ja R 1 voi säätää operaatiovahvistimen vahvistusta. Säädä vahvistusta niin, että takaisinkytkentäverkon vahvistus ja operatiivisen vahvistimen vahvistus ovat hieman suurempia kuin 1 haluttujen värähtelyjen saavuttamiseksi.
Piirin vahvistus, joka on suurempi kuin 1, tekee siitä piiristä oskillaattorin, jos operaatiovahvistimen vahvistus on suurempi kuin 29. Värähtelytaajuus voidaan saada seuraavalla yhtälöllä:
Värähtelytilanne voidaan varmistaa arvolla A ≥ 29. Vahvistimen vahvistusta voidaan säätää niin, että värähtelyt tapahtuvat R:tä ohjaavassa piirissä 1 ja R f .
Kuinka rakentaa RC-oskillaattoripiiri?
Suunnittele 5 kHz:n värähtelytaajuudelle kolmivaiheinen RC-oskillaattoripiiri, jonka takaisinkytkentäkondensaattorit ovat 2,5 nF. Piirrä lopullinen RC-oskillaattori. RC-oskillaattorin taajuuslähtö saadaan seuraavasti:
Takaisinkytkentävastuksen laskeminen op-amp-kokoonpanossa:
Vakiovahvistus värähtelyjen ylläpitämiseksi on 29:
RC-oskillaattoripiirin tulee olla seuraava:
Johtopäätös
RC-oskillaattorissa taajuutta voidaan muuttaa kondensaattoreilla tai vastuksilla. Vastukset pidetään kuitenkin kiinteinä, kun taas kondensaattoreita säädetään vaatimusten mukaisesti. Niitä käytetään musiikki-instrumenttien, äänitaajuusgeneraattoreiden ja synkronisten vastaanottimien oskillaattorina.