- 위상 및 위상 편이 란 무엇입니까?
- RC 위상 편이 발진기
- Op-Amp를 사용하는 RC 위상 편이 발진기
- 필요한 구성 요소
- 회로도
- Op-Amp를 사용한 RC 위상 편이 발진기 시뮬레이션
위상 시프트 발진기 인 전자 발진기 회로 정현파 출력을 생성한다. 트랜지스터를 사용하거나 반전 증폭기로 연산 증폭기를 사용하여 설계 할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 위상 편이 오실레이터는 오디오 오실레이터로 사용됩니다. RC 위상 편이 발진기에서 180도 위상 편이는 RC 네트워크에 의해 생성되고 또 다른 180 도는 연산 증폭기에 의해 생성되므로 결과 파동은 360도 반전됩니다.
사인파 출력을 생성하는 것 외에도 위상 이동 프로세스를 크게 제어하는데도 사용됩니다. 위상 편이 발진기의 다른 용도는 다음과 같습니다.
- 오디오 발진기에서
- 사인파 인버터
- 음성 합성
- GPS 장치
- 악기.
RC 위상 편이 오실레이터 설계를 시작하기 전에 위상 및 위상 편이에 대해 자세히 알아 보겠습니다.
위상 및 위상 편이 란 무엇입니까?
위상은 360도 기준에서 정현파의 전체주기 기간입니다. 전체주기는 파형이 임의의 초기 값을 반환하는 데 필요한 간격으로 정의됩니다. 위상은이 파형 사이클에서 가리키는 위치로 표시됩니다. 사인파를 보면 위상을 쉽게 식별 할 수 있습니다.
위의 이미지에서 완전한 웨이브 사이클이 표시됩니다. 정현파의 초기 시작점은 위상이 0도이며 각 양의 피크와 음의 피크와 0 점을 식별하면 90, 180, 270, 360도 위상이됩니다. 따라서 정현파 신호가 시작되면 0도 기준 이외의 여정을 0도 기준과 구별되는 위상 이동 이라고합니다.
다음 이미지를 보면 위상 이동 사인파 가 어떻게 생겼는지 확인할 수 있습니다.
이 이미지에는 두 개의 AC 정현파 신호가 있는데, 첫 번째 녹색 정현파는 360도 위상 이지만 90도 위상 인 빨간색은 녹색 신호의 위상에서 벗어났습니다.
이 위상 이동은 간단한 RC 네트워크를 사용하여 수행 할 수 있습니다.
RC 위상 편이 발진기
간단한 RC 위상 편이 발진기는 최소 60 도의 위상 편이를 제공합니다.
위 이미지는 입력 신호의 위상을 60도 이하로 이동시키는 단극 위상 편이 RC 네트워크 또는 래더 회로 를 보여줍니다.
이상적으로는 RC 회로의 출력 파의 위상 편이가 90도 여야하지만 실제로는 약. 커패시터가 이상적이지 않기 때문에 60도. RC 네트워크의 위상 각을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
φ = tan -1 (Xc / R)
여기서 Xc는 커패시터의 리액턴스이고 R은 RC 네트워크에 연결된 저항입니다.
RC 네트워크를 캐스케이드하면 180도 위상 편이를 얻을 수 있습니다.
이제 진동 및 사인파 출력을 생성하려면 반전 구성에서 트랜지스터 또는 연산 증폭기와 같은 활성 구성 요소가 필요합니다.
RC Phase Shift Oscillator에 대해 자세히 알아 보려면 링크를 따르십시오.
트랜지스터 대신 RC 위상 편이 오실레이터에 연산 증폭기를 사용하는 이유는 무엇입니까?
RC 위상 편이 발진기를 구축하기 위해 트랜지스터를 사용하는 데는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
- 저주파에서만 안정적입니다.
- RC 위상 편이 발진기는 파형의 진폭을 안정화하기 위해 추가 회로가 필요합니다.
- 주파수 정확도는 완벽하지 않으며 잡음이있는 간섭에 영향을받지 않습니다.
- 불리한 로딩 효과. 캐스케이드 형성으로 인해 두 번째 극의 입력 임피던스는 첫 번째 극 필터의 저항 저항 특성을 변경합니다. 필터가 더 많이 계단식으로 연결되면 계산 된 위상 편이 오실레이터 주파수의 정확도에 영향을 미치므로 상황이 악화됩니다.
저항과 커패시터의 감쇠로 인해 각 단계의 손실이 증가하고 총 손실은 입력 신호의 약 1/29입니다.
회로가 1/29에서 감쇠함에 따라 손실을 복구해야합니다. 이전 튜토리얼에서 이에 대해 자세히 알아보십시오.
Op-Amp를 사용하는 RC 위상 편이 발진기
RC 위상 편이 발진기에 연산 증폭기를 사용하면 반전 증폭기로 작동합니다. 처음에는 입력 파동이 RC 네트워크에 들어갔 기 때문에 180 도의 위상 편이를 얻었습니다. 그리고이 RC 출력은 연산 증폭기의 반전 단자로 공급됩니다.
이제 연산 증폭기가 반전 증폭기로 작동 할 때 180 도의 위상 편이를 생성한다는 것을 알고 있습니다. 따라서 출력 사인파에서 360도 위상 편이를 얻습니다. 연산 증폭기를 사용하는이 RC 위상 편이 발진기는 다양한 부하 조건에서도 일정한 주파수를 제공합니다.
필요한 구성 요소
- 연산 증폭기 IC – LM741
- 저항기 – (100k – 3nos, 10k – 2nos, 4.7k)
- 커패시터 – (100pF – 3nos)
- 오실로스코프
회로도
Op-Amp를 사용한 RC 위상 편이 발진기 시뮬레이션
RC 위상 편이 오실레이터는 정확한 사인파 출력을 제공합니다. 마지막 시뮬레이션 비디오에서 볼 수 있듯이 오실로스코프의 프로브를 회로의 4 단계로 설정했습니다.
오실로스코프 프로브 |
웨이브 유형 |
첫 번째 – A |
입력 웨이브 |
두 번째 – B |
90도 위상 편이가있는 사인파 |
셋째 – C |
180도 위상 편이가있는 사인파 |
넷째 – D |
360도 위상 편이가있는 출력 파형 (사인파) |
여기서 피드백 네트워크는 180 도의 위상 편이를 제공합니다. 우리는 각 RC 네트워크에서 60도를 얻고 있습니다. 그리고 나머지 180도 위상 편이는 반전 구성에서 연산 증폭기에 의해 생성됩니다.
진동 주파수 를 계산하려면 아래 공식을 사용하십시오.
F = 1 / 2πRC√2N
연산 증폭기를 사용하는 RC 위상 편이 발진기의 단점은 고주파 애플리케이션에 사용할 수 없다는 것입니다. 주파수가 너무 높을 때마다 커패시터의 리액턴스가 매우 낮아 단락으로 작용하기 때문입니다.