Oscillatori a spostamento di fase

Una delle caratteristiche importanti di un oscillatore è che l'energia di feedback applicata dovrebbe essere in fase corretta al circuito del serbatoio. I circuiti oscillatori discussi finora hanno impiegato una combinazione di induttore (L) e condensatore (C), nel circuito del serbatoio o nel circuito di determinazione della frequenza.

Abbiamo osservato che la combinazione LC negli oscillatori fornisce uno sfasamento di 180 o e il transistor in configurazione CE fornisce uno sfasamento di 180 ° per fare un totale di 360 o sfasamento in modo da fare una differenza di fase zero.

Inconvenienti dei circuiti LC

Sebbene abbiano poche applicazioni, il LC i circuiti ne hanno pochi drawbacks ad esempio

  • Instabilità di frequenza
  • La forma d'onda è scarsa
  • Non può essere utilizzato per le basse frequenze
  • Gli induttori sono ingombranti e costosi

Abbiamo un altro tipo di circuiti oscillatori, realizzati sostituendo gli induttori con resistori. In questo modo, la stabilità della frequenza viene migliorata e si ottiene una forma d'onda di buona qualità. Questi oscillatori possono anche produrre frequenze più basse. Inoltre, il circuito non diventa né ingombrante né costoso.

Tutti gli svantaggi di LC i circuiti dell'oscillatore vengono così eliminati in RCcircuiti oscillatori. Da qui nasce la necessità di circuiti oscillatori RC. Questi sono anche chiamati comePhase–shift Oscillators.

Principio degli oscillatori a spostamento di fase

Sappiamo che la tensione di uscita di un circuito RC per un ingresso sinusoidale è superiore alla tensione di ingresso. L'angolo di fase con cui conduce è determinato dal valore dei componenti RC utilizzati nel circuito. Il seguente schema circuitale mostra una singola sezione di una rete RC.

La tensione di uscita V 1 'ai capi del resistore R anticipa la tensione di ingresso applicata all'ingresso V 1 di un certo angolo di fase ɸ o . Se R fosse ridotto a zero, V 1 'precederà V 1 di 90 o , cioè ɸ o = 90 o .

Tuttavia, regolare R a zero sarebbe impraticabile, perché non porterebbe a nessuna tensione su R. Pertanto, in pratica, R viene variato a un valore tale che V 1 'preceda V 1 di 60 o . Il seguente schema elettrico mostra le tre sezioni della rete RC.

Ogni sezione produce uno spostamento di fase di 60 o . Di conseguenza, viene prodotto uno sfasamento totale di 180 o , cioè la tensione V 2 anticipa la tensione V 1 di 180 o .

Circuito dell'oscillatore a sfasamento

Il circuito dell'oscillatore che produce un'onda sinusoidale utilizzando una rete a spostamento di fase è chiamato circuito dell'oscillatore a spostamento di fase. I dettagli costruttivi e il funzionamento di un circuito oscillatore a sfasamento sono riportati di seguito.

Costruzione

Il circuito dell'oscillatore a sfasamento è costituito da una singola sezione di amplificatore a transistor e da una rete a sfasamento RC. La rete di sfasamento in questo circuito è costituita da tre sezioni RC. Alla frequenza di risonanza f o , lo sfasamento in ciascuna sezione RC è di 60 o in modo che lo sfasamento totale prodotto dalla rete RC sia di 180 o .

Il seguente schema circuitale mostra la disposizione di un oscillatore a spostamento di fase RC.

La frequenza delle oscillazioni è data da

$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi RC \ sqrt {6}} $$

Dove

$$ R_1 = R_2 = R_3 = R $$

$$ C_1 = C_2 = C_3 = C $$

Operazione

Il circuito quando acceso oscilla alla frequenza di risonanza f o . L'uscita E o dell'amplificatore viene rimandata alla rete di feedback RC. Questa rete produce uno sfasamento di 180 o e una tensione E i appare alla sua uscita. Questa tensione viene applicata all'amplificatore a transistor.

Il feedback applicato sarà

$$ m = E_i / E_o $$

La retroazione è in fase corretta, mentre l'amplificatore a transistor, che è in configurazione CE, produce uno sfasamento di 180 o . Lo sfasamento prodotto dalla rete e dal transistor si sommano per formare uno sfasamento attorno all'intero anello che è di 360 o .

Vantaggi

I vantaggi dell'oscillatore a sfasamento RC sono i seguenti:

  • Non necessita di trasformatori o induttori.
  • Può essere utilizzato per produrre frequenze molto basse.
  • Il circuito offre una buona stabilità in frequenza.

Svantaggi

Gli svantaggi dell'oscillatore a spostamento di fase RC sono i seguenti:

  • Avviare le oscillazioni è difficile in quanto il feedback è piccolo.
  • L'output prodotto è piccolo.