Oscilador de mudança de fase Rc usando op

Um oscilador de deslocamento de fase é um circuito oscilador eletrônico que produz saída de onda senoidal. Ele pode ser projetado usando um transistor ou um Op-amp como amplificador inversor. Geralmente, esses osciladores de deslocamento de fase são usados ​​como osciladores de áudio. No oscilador de deslocamento de fase RC, o deslocamento de fase de 180 graus é gerado pela rede RC e outro 180 graus é gerado pelo Op-amp, de modo que a onda resultante é invertida em 360 graus.

Além de gerar a saída de onda senoidal, eles também são usados ​​para fornecer um controle significativo sobre o processo de mudança de fase. 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.

Antes de começar a projetar o oscilador de mudança de fase RC, vamos aprender mais sobre a mudança de fase e fase.

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 sinusoidal, podemos identificar 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 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 sinusoidal verde está em fase de 360 ​​graus, mas a onda vermelha está em fase de 90 graus deslocada para fora da fase do sinal verde.

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

Oscilador de mudança de fase RC

Um oscilador de deslocamento de fase RC simples fornece um deslocamento de fase mínimo de 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.

Idealmente, a mudança de fase da onda de saída de um circuito RC deve ser de 90 graus, mas na prática é de aprox. 60 graus, já que o capacitor não é ideal. A fórmula para calcular o ângulo de fase da rede RC é mencionada abaixo:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Onde, Xc é a reatância do capacitor e R é o resistor conectado na rede RC.

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, transistor ou amp-op na configuração inversora.

Se você quiser saber mais sobre RC Phase Shift Oscillator, siga o link

Por que usar Op-amp para RC Phase Shift Oscillator em vez de Transistor?

Existem algumas limitações no uso do transistor para construir o oscilador de mudança de fase RC:

1. É estável apenas para baixas frequências.
2. O oscilador de deslocamento de fase RC requer circuitos adicionais para estabilizar a amplitude da forma de onda.
3. A precisão da frequência não é perfeita e não é imune a interferências ruidosas.
4. Efeito adverso do carregamento. Devido à formação da cascata, a impedância de entrada do segundo pólo altera as propriedades de resistência dos resistores do filtro do primeiro pólo. Quanto mais os filtros estiverem em cascata, mais a situação se agravará, pois afetará a precisão da frequência calculada do oscilador de deslocamento de fase.

Devido à atenuação no resistor e no capacitor, a perda em cada estágio é aumentada e a perda total é de aproximadamente 1/29 do sinal de entrada.

Como o circuito atenua em 29/01, precisamos recuperar a perda. Saiba mais sobre eles em nosso tutorial anterior.

Oscilador de mudança de fase RC usando Op-Amp

Quando usamos op-amp para oscilador de deslocamento de fase RC, ele funciona como um amplificador inversor. Inicialmente, a onda de entrada foi para a rede RC, devido à qual obtemos 180 graus de mudança de fase. E, esta saída de RC é alimentada no terminal inversor do op-amp.

Agora, como sabemos, o op-amp produzirá um deslocamento de fase de 180 graus quando funcionar como um amplificador inversor. Portanto, obtemos uma mudança de fase de 360 ​​graus na onda senoidal de saída. Este oscilador de deslocamento de fase RC usando op-amp fornece uma frequência constante, mesmo sob as condições de carga variáveis.

Componentes necessários

• Op-Amp IC - LM741
• Resistor - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4,7k)
• Capacitor - (100pF - 3nos)
• Osciloscópio

Diagrama de circuito

Simulação de RC Phase Shift Oscillator usando Op-Amp

O oscilador de deslocamento de fase RC fornece uma saída de onda senoidal precisa. Como você pode ver no vídeo de simulação no final, definimos a ponta de prova do osciloscópio para quatro estágios do circuito.

Sonda de Osciloscópio	Tipo de Onda
Primeiro um	Onda de entrada
Segundo - B	Onda senoidal com mudança de fase de 90 graus
Terceiro - C	Onda senoidal com deslocamento de fase de 180 graus
Quarto - D	Onda de saída (onda senoidal) com mudança de fase de 360 ​​graus

Aqui, a rede de feedback está oferecendo uma mudança de fase de 180 graus. Estamos obtendo 60 graus de cada rede RC. E, o deslocamento de fase de 180 graus restante é gerado pelo amplificador operacional na configuração de inversão.

Para calcular a frequência de oscilação, use a fórmula abaixo:

F = 1 / 2πRC√2N

A desvantagem do oscilador de deslocamento de fase RC usando op-amp é que ele não pode ser usado para aplicações de alta frequência. Porque sempre que a frequência é muito alta a reatância do capacitor é muito baixa e ele atua como um curto-circuito.