مذبذب تحول الطور RC

ما هو المذبذب؟

المذبذب هو بناء ميكانيكي أو إلكتروني ينتج تذبذبًا بناءً على متغيرات قليلة. لدينا جميعًا أجهزة تحتاج إلى مذبذبات ، وساعة تقليدية لدينا جميعًا في منزلنا كساعة حائط أو ساعة يد ، وأنواع مختلفة من أجهزة الكشف عن المعادن ، وأجهزة الكمبيوتر حيث يتم استخدام وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة ، تستخدم جميعها المذبذبات ، وخاصة مذبذب الإلكترونيات الذي ينتج إشارات دورية.

مذبذب RC والمرحلة:

عندما نناقش مذبذب RC ، وكما يشار إليه أيضًا باسم مذبذب إزاحة الطور ، نحتاج إلى فهم عادل لما هو الطور. انظر الى هذه الصورة: -

إذا رأينا الموجة الجيبية أعلاه مثل هذه الموجة ، فسنرى بوضوح أن نقطة بداية الإشارة هي 0 درجة في الطور ، وبعد ذلك كل نقطة ذروة للإشارة من الموجب إلى 0 ثم مرة أخرى النقطة السالبة ، ثم مرة أخرى يشير 0 على التوالي إلى 90 درجة ، 180 درجة ، 270 درجة و 360 درجة في وضع المرحلة.

المرحلة هي فترة دورة كاملة لموجة جيبية في مرجع 360 درجة.

الآن دون مزيد من التأخير دعونا نرى ما هو التحول الطوري؟

إذا قمنا بإزاحة نقطة انطلاق الموجة الجيبية بخلاف 0 درجة ، فإن المرحلة تتحول. سوف نفهم تحول المرحلة في الصورة التالية.

في هذه الصورة ، هناك موجتان من الإشارات الجيبية AC مقدمة ، الموجة الجيبية الخضراء الأولى هي 360 درجة في الطور ولكن الموجة الحمراء التي هي النسخة المتماثلة لإشارة القراءة الأولى هي 90 درجة خارج طور الإشارة الخضراء.

باستخدام مذبذب RC ، يمكننا تحويل مرحلة الإشارة الجيبية.

تحول المرحلة باستخدام دائرة RC Oscillator:

أرسي لتقف على المقاوم والمكثف. يمكننا ببساطة تشكيل شبكة مكثف مقاوم لتغيير الطور باستخدام مقاوم واحد فقط وتشكيل مكثف واحد.

كما هو موضح في البرنامج التعليمي لمرشح التمرير العالي ، تنطبق نفس الدائرة هنا. A نموذجي RC مرحلة التحول مذبذب يمكن أن يكون إنتاج كتبها مكثف في سلسلة مع المقاوم بالتوازي.

هذه شبكة تحول طور أحادية القطب ؛ الدائرة هي نفس مرشح المرور العالي السلبي. من الناحية النظرية ، إذا طبقنا إشارة طور عبر شبكة RC هذه ، فسيتم تحويل مرحلة الإخراج بمقدار 90 درجة بالضبط. ولكن إذا جربناها في الواقع وفحصنا تحول الطور ، فإننا نحقق 60 درجة إلى أقل من 90 درجة التحول الطوري. يعتمد الأمر على التردد ، وتحمل المكونات التي تخلق تأثيرًا سلبيًا في الواقع. بما أننا نعلم جميعًا أنه لا يوجد شيء مثالي ، يجب أن يكون هناك بعض الاختلاف عن القيم الفعلية المسماة أو المتوقعة عن الواقع. تخلق درجة الحرارة والاعتمادات الخارجية الأخرى صعوبات في تحقيق تحول دقيق 90 درجة ، 45 درجة بشكل عام ، 60 درجة شائعة اعتمادًا على الترددات وتحقيق 90 درجة مهمة صعبة للغاية في كثير من الحالات

كما تمت مناقشته في البرنامج التعليمي للتمرير العالي ، سنقوم ببناء نفس الدائرة وسنتحقق من تحول الطور في نفس الدائرة.

دائرة مرشح High Pass مع قيم المكونات موجودة في الصورة أدناه: -

هذا هو المثال الذي استخدمناه في البرامج التعليمية السابقة لمرشح التمرير العالي السلبي. سوف ينتج 4.9 كيلو هرتز من عرض النطاق الترددي. إذا تحققنا من تردد الزاوية ، فسنحدد زاوية الطور عند خرج المذبذب.

الآن يمكننا أن نرى أن تحول الطور بدأ من 90 درجة وهو أقصى تحول في الطور بواسطة شبكة مذبذب RC ولكن عند نقطة تردد الزاوية يكون تحول الطور 45 درجة.

الآن بالنظر إلى حقيقة أن تحول الطور هو 90 درجة أو إذا اخترنا بنية دوائر المذبذب كطريقة خاصة ستنتج تحول طور 90 درجة ، فستفقد الدائرة مناعتها في نطاق الحدود بسبب ضعف عامل استقرار التردد. كما يمكننا أن نتخيل عند نقطة 90 درجة حيث بدأ المنحنى لتوه من 10 هرتز أو أقل إلى 100 هرتز مسطحًا تقريبًا. هذا يعني أنه إذا تغير تردد المذبذب قليلاً بسبب تحمل المكونات ودرجة الحرارة والظروف الأخرى التي لا يمكن تجنبها ، فلن يتغير تحول الطور. هذا ليس اختيار جيد لذلك فإننا نعتبر أن 60 درجة أو 45 درجة هي تحول الطور المقبول لمذبذب شبكة RC أحادي القطب. سوف يتحسن استقرار التردد.

مرشحات RC المتعددة المتتالية:

تتالي ثلاثة فلاتر RC:

من خلال النظر في هذه الحقيقة المتمثلة في أننا لا نستطيع تحقيق تحول طور 60 درجة فقط بدلاً من 90 درجة ، يمكننا تسلسل ثلاثة مرشحات RC (إذا كان تحول الطور 60 درجة بواسطة مذبذبات RC) أو عن طريق تسلسل أربعة مرشحات متسلسلة (إذا كان تغيير الطور هو 45 درجة بواسطة كل مذبذبات RC) واحصل على 180 درجة.

في هذه الصورة ، تم تسلسل ثلاثة مذبذبات RC وفي كل مرة تتم إضافة إزاحة طور 60 درجة ، وأخيراً بعد المرحلة الثالثة ، سنحصل على تحول طور 180 درجة.

سنقوم ببناء هذه الدائرة في برنامج محاكاة ونرى شكل موجة الإدخال والإخراج للدائرة.

قبل الدخول في الفيديو ، لنرى صورة الدائرة الكهربائية وسنرى اتصال راسم الذبذبات أيضًا.

في الصورة العلوية استخدمنا مكثف 100pF وقيمة مقاومة 330k. يتم توصيل الذبذبات عبر إدخال VSIN (قناة A / Yellow) ، عبر خرج القطب الأول (قناة B / Blue) ، خرج القطب ^الثاني

(قناة C / Red) والمخرج النهائي عبر القطب الثالث (D / قناة خضراء).

سنرى المحاكاة في الفيديو وسنرى تغير الطور بمقدار 60 درجة عبر القطب الأول و 120 درجة عبر القطب الثاني و 180 درجة عبر القطب الثالث. كما ستقلل سعة الإشارة خطوة بخطوة.

1 ^شارع القطب السعة> 2ND اتساع القطب> 3RD اتساع القطب. كلما ذهبنا نحو القطب الأخير ، ينخفض تناقص سعة الإشارة.

الآن سنرى فيديو المحاكاة: -

من الواضح أن كل قطب يغير بشكل نشط مرحلة التحولات وعند الإخراج النهائي يتم إزاحته إلى 180 درجة.

مرشحات تتالي ار سي ار سي:

في الصورة التالية أربعة مذبذب إزاحة طور RC يستخدم مع إزاحة طور 45 درجة لكل منها ، والتي تنتج تحول طور 180 درجة في نهاية شبكة RC.

مذبذب تحول الطور RC مع الترانزستور:

هذه كلها عناصر أو مكونات سلبية في مذبذب RC. نحصل على التحول الطوري 180 درجة. إذا أردنا إجراء تحول طور 360 درجة ، فإن المكون النشط مطلوب والذي ينتج عنه تحول طور إضافي بمقدار 180 درجة. يتم ذلك عن طريق الترانزستور أو مكبر الصوت ويتطلب جهد إمداد إضافي.

في هذه الصورة ، يتم استخدام ترانزستور NPN لإنتاج تحول طور بمقدار 180 درجة بينما ينتج C1R1 C2R2 C3R3 60 درجة من تأخير الطور. لذلك ، يتم تجميع هذه الثلاثة 60 + 60 + 60 = 180 درجة تحول الطور من ناحية أخرى ، إضافة 180 درجة أخرى من خلال إجمالي الترانزستور 360 درجة تحول الطور. سنحصل على 360 درجة من تحول الطور عبر مكثف التحليل الكهربائي C5. إذا أردنا تغيير تردد هذه الطريقة لتغيير قيمة المكثفات أو استخدام مكثف متغير مضبوط مسبقًا عبر تلك الأقطاب الثلاثة بشكل فردي عن طريق التخلص من المكثفات الثابتة الفردية.

A اتصال ردود الفعل يتم استرداد الطاقات العودة إلى مكبر للصوت باستخدام أن ثلاثة شبكة القطب RC. إنه ضروري للتذبذب الإيجابي المستقر ولإنتاج جهد جيبي. نظرًا

لاتصال التغذية المرتدة أو التكوين ، فإن مذبذب RC هو مذبذب من نوع التغذية المرتدة.

في عام 1921 ، قدم الفيزيائي الألماني هاينريش جورج باركهاوزن "معيار باركهاوزن" لتحديد العلاقة بين تحولات الطور عبر حلقة التغذية الراجعة. وفقًا للمعيار ، لن تتأرجح الدائرة إلا إذا كان تحول الطور حول حلقة التغذية الراجعة مساويًا أو مضاعفًا لـ 360 درجة وكسب الحلقة يساوي واحدًا. إذا كان تحول الطور دقيقًا عند التردد المطلوب وكانت حلقة التغذية المرتدة تخلق تذبذبًا بمقدار 360 درجة ، فسيكون الناتج موجة جيبية. يعمل مرشح RC على تحقيق هذا الغرض.

تردد RC Oscillator:

يمكننا بسهولة تحديد وتيرة التذبذب باستخدام هذه المعادلة: -

حيث ،

R = المقاومة (أوم)

C = السعة

N = عدد شبكة RC يتم / سيتم استخدامها

تُستخدم هذه الصيغة للتصميم المتعلق بفلتر التمرير العالي ، ويمكننا أيضًا استخدام مرشح تمرير منخفض وسيكون تحول الطور سالبًا. في مثل هذه الحالة ، لن تعمل الصيغة العلوية لحساب تردد المذبذب ، وستكون الصيغة المختلفة قابلة للتطبيق.

حيث ،

R = المقاومة (أوم)

C = السعة

N = عدد شبكة RC يتم / سيتم استخدامها

مذبذب تحول الطور RC مع Op-amp:

نظرًا لأنه يمكننا إنشاء مذبذب تحول طور RC باستخدام Transistor ، أي BJT ، فهناك قيود أخرى مع الترانزستور أيضًا.

إنه مستقر للترددات المنخفضة.
باستخدام BJT واحد فقط ، فإن سعة موجة الإخراج ليست مثالية ، فهي تتطلب دارة إضافية لاستقرار السعة لشكل الموجة.
دقة التردد ليست مثالية وليست محصنة ضد التداخل الصاخب.
تأثير التحميل العكسي. بسبب تكوين الشلال ، فإن معاوقة مدخلات القطب الثاني تغير خصائص مقاومة المقاومات لمرشح القطب الأول. المزيد من المرشحات المتتالية تزداد سوءًا لأنها ستؤثر على دقة تردد مذبذب إزاحة الطور المحسوب.

بسبب التوهين عبر المقاوم والمكثف ، تزداد الخسارة عبر كل مرحلة وتكون الخسارة الكلية تقريبًا خسارة كلية قدرها 1/29 ^th من إشارة الدخل.

كما خفف الدائرة في 29/01 ^تشرين نحن بحاجة لاستعادة الخسارة.

هذا هو الوقت المناسب لتغيير BJT باستخدام Op-amp. يمكننا أيضًا استعادة تلك العيوب الأربعة والحصول على مزيد من المساحة فوق التحكم إذا استخدمنا op-amp بدلاً من BJT. نظرًا لمقاومة المدخلات العالية ، يتم التحكم في تأثير التحميل بشكل فعال أيضًا لأن مقاومة مدخلات op-amp تعزز تأثير التحميل الكلي.

الآن بدون التعديل الإضافي ، دعنا نغير BJT باستخدام Op-Amp ونرى ما ستكون الدائرة أو التخطيطي لمذبذب RC باستخدام Op-amp.

كما نرى ، استبدلت BJT فقط بـ op-amp معكوس. يتم توصيل حلقة التغذية الراجعة عبر مذبذب RC الأول للقطب وتغذية دبوس الإدخال المقلوب op-amp. نظرًا لاتصال التغذية المرتدة المقلوب هذا ، سينتج جهاز op-amp تحول طور 180 درجة. سيتم توفير تحول إضافي بمقدار 180 درجة من خلال مراحل RC الثلاث. سوف نحصل على الإخراج المرغوب فيه لموجة تحول طور بزاوية 360 درجة عبر أول دبوس op-amp يسمى OSC out. يتم استخدام R4 لتعويض الكسب من المرجع أمبير. يمكننا تعديل الدائرة للحصول على خرج متذبذب عالي التردد ولكن اعتمادًا على عرض النطاق الترددي لنطاق المرجع.

أيضا، للحصول على النتيجة المرجوة نحن بحاجة لحساب الربح المقاوم R4 لتحقيق 29 ^عشر أضعاف السعة عبر المرجع أمبير كما أننا بحاجة لتعويض مع فقدان 1/29 ^عشر عبر مراحل RC.

دعنا نرى ، سنصنع دائرة ذات قيمة مكونات حقيقية ونرى ما سيكون الناتج المحاكي لمذبذب إزاحة الطور RC.

سنستخدم المقاوم 10 كيلو أوم ومكثف 500pF ونحدد تردد التذبذب. سنقوم أيضًا بحساب قيمة كسب المقاوم.

N = 3 ، حيث سيتم استخدام 3 مراحل.

R = 10000، وتحويلها 10K أوم أوم إلى

C = 500 × 10 ^-12 كقيمة مكثف هي 500pF

الإخراج هو 12995 هرتز أو القيمة القريبة نسبيًا هي 13 كيلو هرتز.

كما هو مطلوب لتحقيق مكاسب المرجع أمبير 29 ^عشر مرات يتم حساب قيمة المقاوم الربح باستخدام هذه الصيغة: -

الكسب = R f / R 29 = R f / 10k R f = 290k

هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء مذبذب إزاحة الطور باستخدام مكونات RC و Op-amp.

تشتمل تطبيقات مذبذب تحول الطور RC على مكبرات الصوت حيث يتم استخدام محول الصوت والإشارة الصوتية التفاضلية المطلوبة ولكن الإشارة المقلوبة غير متوفرة ، أو إذا كان مصدر إشارة التيار المتردد مطلوبًا لأي تطبيق ، فسيتم استخدام مرشح RC. أيضًا ، يستخدم مولد الإشارة أو مولد الوظيفة مذبذب تحول الطور RC.