Τι είναι ένας ταλαντωτής RC;
Ένας ταλαντωτής RC χρησιμοποιεί γραμμικά ηλεκτρικά στοιχεία για να δημιουργήσει ένα ημιτονοειδές κύμα. Στις υψηλές συχνότητες, οι ταλαντωτές λειτουργούν σαν συντονισμένα κυκλώματα LC, αλλά σε χαμηλές συχνότητες, οι πυκνωτές και οι επαγωγείς στο ηλεκτρικό κύκλωμα θα ήταν αρκετά μεγάλοι. Αυτός ο ταλαντωτής είναι προτιμότερος για εφαρμογές που βασίζονται σε χαμηλές συχνότητες. Ο ταλαντωτής RC περιλαμβάνει έναν ενισχυτή μαζί με ένα κύκλωμα ανάδρασης. Η ανάδραση γνωστή ως μετατόπιση φάσης μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας αντιστάσεις και πυκνωτές.
Αρχή λειτουργίας
Το κύκλωμα ταλαντωτή RC χρησιμοποιεί το δίκτυο RC για να παρέχει τη μετατόπιση φάσης του σήματος απόκρισης που χρειάζεται. Αυτοί οι ταλαντωτές παράγουν ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα για μεγάλη ποικιλία φορτίων και έχουν υψηλή συχνότητα.
Ο βασικός ταλαντωτής RC που χρησιμοποιεί ένα τρανζίστορ φαίνεται παρακάτω. Το τρανζίστορ σε αυτό το κύκλωμα είναι ένα ενεργό στοιχείο του σταδίου ενίσχυσης. Η τάση τροφοδοσίας V cc και αντιστάσεις R 1 , Ρ 2 , RC και R ΚΑΙ ορίστε το σημείο λειτουργίας DC της ενεργού περιοχής του τρανζίστορ.
ντο ΚΑΙ στο παραπάνω κύκλωμα λειτουργεί ως πυκνωτής παράκαμψης. Εδώ τα τρία από τα τμήματα RC είναι ισοδύναμα και το R' = R - hie αντιπροσωπεύει την τελική αντίσταση της τομής. Το «hie» αντιπροσωπεύει την αντίσταση του τρανζίστορ, επομένως η συνολική αντίσταση δικτύου του κυκλώματος είναι «R».
R 1 και Ρ 2 οι αντιστάσεις δεν επηρεάζουν τη λειτουργία του κυκλώματος. Η ελάχιστη τιμή σύνθετης αντίστασης που είναι διαθέσιμη από το R ΚΑΙ -ΝΤΟ ΚΑΙ Ο συνδυασμός έχει επίσης ελάχιστη επίδραση στη λειτουργία AC.
Η τάση θορύβου προκαλεί ταλάντωση του κυκλώματος όταν εφαρμόζεται ρεύμα. Ένας ενισχυτής με μικρό ρεύμα βάσης δημιουργεί ρεύματα μετατόπισης φάσης 180 μοιρών στον ενισχυτή τρανζίστορ. Αυτό το σήμα θα μετατοπιστεί ξανά κατά 180 μοίρες όταν ανταποκριθεί στις εισόδους του ενισχυτή. Για το κέρδος της ενότητας, οι ταλαντώσεις θα συνεχιστούν.
Η χρήση αναλογικού κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος απλοποιεί το κύκλωμα και δίνει τη συχνότητα ταλάντωσης:
Αν ο Ρ ντο /R <<1;
Από τις παραπάνω εξισώσεις, η αλλαγή των τιμών του πυκνωτή και της αντίστασης αλλάζει τη συχνότητα ταλάντωσης.
Ταλαντωτής RC με λειτουργικό ενισχυτή
Το παρακάτω σχήμα δείχνει έναν ταλαντωτή με λειτουργικό ενισχυτή και τρία από τα κυκλώματα RC που χρησιμοποιούνται ως κυκλώματα ανάδρασης.
Εφόσον αυτός ο ενισχυτής ενεργοποίησης αναστρέφεται, το σήμα εξόδου του είναι 180 μοίρες από το σήμα εισόδου στον ακροδέκτη αναστροφής. Το δίκτυο ανάδρασης RC προσθέτει 180 μοίρες μετατόπιση φάσης, προκαλώντας ταλαντώσεις.
Αντιστάσεις όπως το R φά και Ρ 1 μπορεί να ρυθμίσει το κέρδος ενός λειτουργικού ενισχυτή. Ρυθμίστε το κέρδος έτσι ώστε το κέρδος του δικτύου ανάδρασης και το κέρδος του op-amp να είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από 1 για να επιτύχετε τις επιθυμητές ταλαντώσεις.
Ένα κέρδος κυκλώματος μεγαλύτερο από 1 καθιστά αυτό το κύκλωμα ταλαντωτή εάν ο ενισχυτής λειτουργίας έχει κέρδος μεγαλύτερο από 29. Η συχνότητα ταλάντωσης μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:
Η συνθήκη ταλάντωσης μπορεί να διασφαλιστεί με A ≥ 29. Το κέρδος του ενισχυτή μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε οι ταλαντώσεις να εμφανίζονται εντός του κυκλώματος που ελέγχει το R 1 και Ρ φά .
Πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα ταλαντωτή RC;
Για τη συχνότητα ταλάντωσης των 5 kHz, σχεδιάστε ένα κύκλωμα ταλαντωτή RC τριών σταδίων με πυκνωτές ανάδρασης 2,5nF. Σχεδιάστε τον τελικό ταλαντωτή RC. Η έξοδος συχνότητας του RC ταλαντωτή δίνεται από:
Για τον υπολογισμό της αντίστασης ανάδρασης στη διαμόρφωση op-amp:
Το τυπικό κέρδος op-amp για τη διατήρηση των ταλαντώσεων είναι 29:
Το κύκλωμα ταλαντωτή RC θα είναι ως εξής:
συμπέρασμα
Στους ταλαντωτές RC, η συχνότητα μπορεί να αλλάξει χρησιμοποιώντας πυκνωτές ή αντιστάσεις. Ωστόσο, οι αντιστάσεις διατηρούνται σταθερές ενώ οι πυκνωτές ρυθμίζονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις. Χρησιμοποιούνται ως ταλαντωτές για μουσικά όργανα, γεννήτριες συχνοτήτων ήχου και σύγχρονους δέκτες.