Circuito oscilador de mudança de fase

Nós criamos anteriormente um tutorial completo e detalhado sobre Phase Shift Oscillator. Aqui, veremos a implementação prática do oscilador de mudança de fase. Neste projeto, criamos um circuito oscilador de deslocamento de fase na placa de ensaio e testamos sua saída usando um osciloscópio.

O que é fase e deslocamento de fase?

Fase é um período de ciclo completo de uma onda sinusoidal em uma referência de 360 ​​graus. Um ciclo completo é definido como o intervalo necessário para que a forma de onda retorne seu valor inicial arbitrário. A fase é indicada como uma posição pontiaguda neste ciclo de forma de onda. Se virmos a onda senoidal, identificaremos facilmente a fase.

Na imagem acima, um ciclo de onda completo é mostrado. O ponto inicial da onda sinusoidal é de 0 grau em fase e se identificarmos cada pico positivo e negativo e 0 pontos, teremos 90, 180, 270, fase de 360 ​​graus. Portanto, quando um sinal senoidal começa sua jornada diferente da referência de 0 grau, chamamos isso de mudança de fase, diferenciando-o da referência de 0 grau.

Se virmos a próxima imagem, identificaremos como uma onda sinusoidal com mudança de fase se parece…

Nesta imagem, há duas ondas de sinal sinusoidal AC apresentadas, a primeira onda senoidal verde tem 360 graus em fase, mas a vermelha que é a réplica do primeiro sinal, que é fase de 90 graus deslocada para fora da fase verde do sinal.

Essa mudança de fase pode ser feita usando uma rede RC simples.

Construção e Circuito

Um oscilador de deslocamento de fase produz uma onda senoidal. Um oscilador de deslocamento de fase simples é o oscilador RC, que fornece um deslocamento de fase menor ou igual a 60 graus.

A imagem acima está mostrando uma rede RC de mudança de fase de um único pólo ou circuito em escada que muda a fase do sinal de entrada igual ou inferior a 60 graus.

Se colocarmos a rede RC em cascata, teremos uma mudança de fase de 180 graus.

Agora, para criar oscilação e saída de onda senoidal, precisamos de um componente ativo, seja Transistor ou Op-amp na configuração invertida, e precisamos realimentar a saída desses componentes para a entrada por meio da rede RC tripolar. Ele irá produzir uma mudança de fase de 360 ​​graus na saída e produzir uma onda senoidal.

Neste tutorial, usaremos o transistor como um elemento ativo e produziremos uma onda senoidal através dele.

Pré-requisitos

Para construir o circuito, precisamos das seguintes coisas-

1. Placa de ensaio

2. 3 unidades de capacitores de cerâmica 0,1uF

3. 3 pcs de resistor 680R

4. 2,2k resistor 1 pc

5. 10k resistor 1 pc

6. 100R resistor 1 pc

7. 68k resistor 1 pc

8. capacitor 100uF 1 pc

9. Transistor BC549

10. Fonte de alimentação 9V

Esquemático e funcionando

Na imagem acima, o esquema do Oscilador de deslocamento de fase é mostrado. Fornecemos a saída como entrada das redes RC, que são fornecidas novamente através da base do transistor. As redes RC estão fornecendo a mudança de fase necessária no caminho de feedback, que é novamente alterado pelo transistor. A frequência do oscilador RC pode ser calculada usando esta equação-

F é a frequência de oscilação, R e C são a resistência e capacitância, e N representa o número de estágios de deslocamento de fase RC usados. Esta fórmula só é aplicável se a rede de deslocamento de fase usar o mesmo valor de resistência e capacitância, o que significa R1 = R2 e C1 = C2 = C3. O oscilador de deslocamento de fase pode ser feito como oscilador de deslocamento de fase variável que pode produzir uma ampla gama de frequências dependendo do valor pré-definido determinado. Isso pode ser feito facilmente trocando apenas os capacitores fixos C1, C2 e C3 por um capacitor variável de grupo triplo. O valor do resistor deve ser corrigido nesses casos.

No esquema acima, o R4 e o R5 formam um divisor de tensão que fornece uma tensão de polarização ao transistor BC549. O R6 é usado para limitar a corrente do coletor e o R7 é usado para a estabilidade térmica do Transistor BC549 durante a operação. C4 é essencial, pois é o capacitor de desvio do emissor do BC549.

BC549 é um Transistor Epitaxial de Silício NPN. Na imagem acima, o pacote TO-92 é mostrado. O primeiro pino (1) é o coletor, 2 é a Base e 3 é o pino Emissor. É amplamente utilizado para fins de comutação e amplificação. BC549 é do mesmo segmento do amplamente utilizado 547, 548 etc. BC549 é a versão de baixo ruído. Estamos usando isso para o componente ativo do nosso oscilador de deslocamento de fase, que amplificará e fornecerá um deslocamento de fase adicional para o sinal.

Construímos o circuito em uma placa de ensaio.

Saída do circuito oscilador de mudança de fase

Conectamos um Osciloscópio na saída para ver a onda senoidal. Na imagem abaixo, veremos as conexões da ponta de prova do Osciloscópio.

Conectamos duas pontas de prova do Osciloscópio, a amarela na saída final e a vermelha na segunda rede RC. O canal amarelo do Osciloscópio fornecerá o resultado da saída final e o canal Vermelho fornecerá a saída através do filtro RC de segundo estágio. Ao comparar as duas saídas, entenderemos claramente a diferença entre as duas fases da onda senoidal. Estamos alimentando o circuito com uma fonte de alimentação de bancada de 9V.

Esta é a saída final do Osciloscópio.

A saída final que capturamos do Osciloscópio é mostrada na imagem acima. A onda senoidal amarela está quase em fase, enquanto o sinal vermelho, capturado da Rede RC de ^2º estágio, está fora de fase. Podemos ver a forma de onda capturada continuamente no vídeo abaixo:

A saída é bastante estável e a interferência de ruído é menor. O vídeo completo pode ser encontrado no final deste projeto.

Limitações do circuito oscilador de mudança de fase

Como estamos usando o BJT para o oscilador de deslocamento de fase, existem certas limitações associadas ao BJT. A oscilação é estável em baixas frequências, se aumentarmos a frequência a oscilação irá saturar e a saída ficará distorcida. Além disso, a amplitude da onda de saída não é tão perfeita; será necessário um circuito adicional para estabilizar a amplitude do circuito da forma de onda.

O efeito adverso do carregamento também é um problema no estágio da rede RC. Devido ao efeito de carregamento, a impedância de entrada do segundo pólo altera as propriedades de resistência do próximo filtro do primeiro pólo anterior. Filtros adicionais em cascata pioram esse efeito. Além disso, devido a este motivo, é difícil calcular a frequência de oscilação usando o método da fórmula padrão.

Uso do circuito oscilador de mudança de fase

O principal uso de um oscilador de deslocamento de fase é criar uma onda senoidal em sua saída. Portanto, sempre que a geração de onda senoidal pura for necessária, o oscilador de deslocamento de fase é usado. Além disso, para o propósito de mudança de fase de um sinal específico, o oscilador de mudança de fase fornece controle significativo sobre o processo de mudança. Outros usos de osciladores de mudança de fase são:

1. Em osciladores de áudio
2. Inversor de onda senoidal
3. Síntese de Voz
4. Unidades GPS
5. Instrumentos musicais.

Se você quiser saber mais sobre o Oscilador de deslocamento de fase, siga o link.