Hvad er en RC-oscillator?
En RC-oscillator bruger lineære elektriske komponenter til at skabe en sinusbølge. Ved høje frekvenser fungerer oscillatorerne som tunede LC-kredsløb, men ved lave frekvenser ville kondensatorerne og induktorerne i det elektriske kredsløb være ret store. Denne oscillator er at foretrække til lavfrekvens-baserede applikationer. RC-oscillator omfatter en forstærker sammen med et feedback-kredsløb. Feedbacken kendt som faseforskydning kan skabes ved hjælp af modstande og kondensatorer.
Arbejdsprincip
RC-oscillatorkredsløbet bruger RC-netværket til at levere faseforskydningen af det svarsignal, det har brug for. Disse oscillatorer producerer en ren sinusbølge til en bred vifte af belastninger og har en høj frekvens.
Den grundlæggende RC-oscillator ved hjælp af en transistor er vist nedenfor. Transistoren i dette kredsløb er et aktivt element i forstærkningstrinnet. Forsyningsspændingen V cc og modstande R 1 , R 2 , RC og R OG definere DC-driftspunktet for det aktive område af transistoren.
C OG i ovenstående kredsløb fungerer som en bypass-kondensator. Her er de tre af RC-segmenterne ækvivalente, og R' = R - hie repræsenterer sektionens endelige modstand. 'hie' repræsenterer transistorens modstand, så kredsløbets samlede netværksmodstand er 'R'.
R 1 og R 2 modstande påvirker ikke kredsløbsdriften. Den mindste værdi af impedans tilgængelig fra R OG -C OG kombination har også minimal effekt på AC-driften.
Støjspændingen får kredsløbet til at oscillere, når der tilføres strøm. En forstærker med en lille basisstrøm skaber 180 graders faseforskydningsstrømme i transistorforstærkeren. Dette signal vil blive faseforskudt 180 grader igen, når det reagerer på forstærkerens indgange. For enhedsforøgelse vil svingningerne fortsætte.
Brug af et analogt AC-kredsløb forenkler kredsløbet og giver oscillationsfrekvensen:
Hvis R c /R <<1;
Fra ovenstående ligninger ændrer ændring af kondensator- og modstandsværdierne oscillationsfrekvensen.
RC Oscillator med operationsforstærker
Nedenstående figur viser en oscillator med en operationsforstærker og tre af de kaskadekoblede RC-kredsløb, der bruges som feedback-kredsløb.
Da denne op-amp inverterer, er dens udgangssignal 180 grader fra indgangssignalet på den inverterende terminal. RC-feedback-netværket tilføjer 180 graders faseforskydning, hvilket forårsager oscillationer.
Modstande såsom R f og R 1 kan justere forstærkningen af en operationsforstærker. Juster forstærkningen, så forstærkningen af feedback-netværket og forstærkningen af op-ampen er lidt større end 1 for at opnå de ønskede svingninger.
En kredsløbsforstærkning større end 1 gør det kredsløb til en oscillator, hvis op-forstærkeren har en forstærkning større end 29. Oscillationsfrekvensen kan opnås ved hjælp af følgende ligning:
Oscillationstilstanden kan sikres med A ≥ 29. Forstærkerens forstærkning kan justeres, så svingningerne opstår i kredsløbet, der styrer R 1 og R f .
Hvordan bygger man et RC-oscillatorkredsløb?
For oscillerende frekvens på 5kHz, design et tre-trins RC oscillatorkredsløb med feedback kondensatorer på 2,5nF. Tegn den endelige RC-oscillator. Frekvensoutputtet for RC-oscillatoren er givet af:
Til beregning af feedbackmodstand i op-amp-konfiguration:
Standard op-amp-forstærkningen til at opretholde oscillationer er 29:
RC-oscillatorkredsløbet skal være som følger:
Konklusion
I RC-oscillatorer kan frekvensen ændres ved hjælp af kondensatorer eller modstande. Modstande holdes dog faste, mens kondensatorerne justeres efter krav. De bruges som oscillatorer til musikinstrumenter, lydfrekvensgeneratorer og synkrone modtagere.