Was ist ein RC-Oszillator?
Ein RC-Oszillator verwendet lineare elektrische Komponenten, um eine Sinuswelle zu erzeugen. Bei hohen Frequenzen funktionieren die Oszillatoren wie abgestimmte LC-Kreise, bei niedrigen Frequenzen wären die Kondensatoren und Induktivitäten im Stromkreis jedoch recht groß. Dieser Oszillator ist für niederfrequenzbasierte Anwendungen vorzuziehen. Der RC-Oszillator besteht aus einem Verstärker und einer Rückkopplungsschaltung. Die als Phasenverschiebung bekannte Rückkopplung kann mithilfe von Widerständen und Kondensatoren erzeugt werden.
Arbeitsprinzip
Die RC-Oszillatorschaltung nutzt das RC-Netzwerk, um die Phasenverschiebung des benötigten Antwortsignals bereitzustellen. Diese Oszillatoren erzeugen eine saubere Sinuswelle für verschiedenste Lasten und haben eine hohe Frequenz.
Der grundlegende RC-Oszillator mit einem Transistor ist unten dargestellt. Der Transistor in dieser Schaltung ist ein aktives Element der Verstärkungsstufe. Die Versorgungsspannung V cc und Widerstände R 1 , R 2 , RC und R UND Definieren Sie den DC-Arbeitspunkt des aktiven Bereichs des Transistors.
C UND fungiert in der obigen Schaltung als Bypass-Kondensator. Hier sind die drei RC-Segmente äquivalent und R’ = R – es stellt den Endwiderstand des Abschnitts dar. „Hie“ stellt den Widerstand des Transistors dar, sodass der gesamte Netzwerkwiderstand der Schaltung „R“ ist.
R 1 und R 2 Widerstände haben keinen Einfluss auf die Funktion der Schaltung. Der vom R verfügbare Mindestimpedanzwert UND -C UND Die Kombination hat auch nur minimale Auswirkungen auf den Wechselstrombetrieb.
Die Rauschspannung führt dazu, dass der Stromkreis beim Anlegen von Strom schwingt. Ein Verstärker mit einem kleinen Basisstrom erzeugt im Transistorverstärker Phasenverschiebungsströme von 180 Grad. Dieses Signal wird erneut um 180 Grad phasenverschoben, wenn es auf die Eingänge des Verstärkers reagiert. Um die Einheit zu erreichen, werden die Schwankungen fortgesetzt.
Die Verwendung eines analogen Wechselstromkreises vereinfacht die Schaltung und ergibt die Schwingfrequenz:
Wenn R C /R <<1;
Aus den obigen Gleichungen geht hervor, dass eine Änderung der Kondensator- und Widerstandswerte die Schwingungsfrequenz ändert.
RC-Oszillator mit Operationsverstärker
Die folgende Abbildung zeigt einen Oszillator mit einem Operationsverstärker und drei der RC-Kaskadenschaltungen, die als Rückkopplungsschaltungen verwendet werden.
Da dieser Operationsverstärker invertiert, ist sein Ausgangssignal um 180 Grad vom Eingangssignal am invertierenden Anschluss abweichend. Das RC-Rückkopplungsnetzwerk fügt eine Phasenverschiebung von 180 Grad hinzu, was zu Schwingungen führt.
Widerstände wie R F und R 1 kann die Verstärkung eines Operationsverstärkers einstellen. Passen Sie die Verstärkung so an, dass die Verstärkung des Rückkopplungsnetzwerks und die Verstärkung des Operationsverstärkers etwas größer als 1 sind, um die gewünschten Schwingungen zu erzielen.
Eine Schaltungsverstärkung von mehr als 1 macht diese Schaltung zu einem Oszillator, wenn der Operationsverstärker eine Verstärkung von mehr als 29 hat. Die Oszillationsfrequenz kann mit der folgenden Gleichung ermittelt werden:
Der Schwingungszustand kann mit A ≥ 29 sichergestellt werden. Die Verstärkerverstärkung kann so eingestellt werden, dass die Schwingungen innerhalb des Schaltkreises auftreten, der R steuert 1 und R F .
Wie baut man eine RC-Oszillatorschaltung auf?
Entwerfen Sie für die Schwingungsfrequenz von 5 kHz eine dreistufige RC-Oszillatorschaltung mit Rückkopplungskondensatoren von 2,5 nF. Zeichnen Sie den endgültigen RC-Oszillator. Der Frequenzausgang des RC-Oszillators ist gegeben durch:
Zur Berechnung des Rückkopplungswiderstands in der Operationsverstärkerkonfiguration:
Die Standardverstärkung des Operationsverstärkers zur Aufrechterhaltung von Schwingungen beträgt 29:
Die RC-Oszillatorschaltung soll wie folgt sein:
Abschluss
Bei RC-Oszillatoren kann die Frequenz mithilfe von Kondensatoren oder Widerständen geändert werden. Die Widerstände bleiben jedoch fest, während die Kondensatoren entsprechend den Anforderungen angepasst werden. Sie werden als Oszillatoren für Musikinstrumente, Tonfrequenzgeneratoren und Synchronempfänger verwendet.