先前,我们已经创建了有关相移振荡器的完整而详细的教程。在这里,我们将看到相移振荡器的实际实现。在本项目中,我们在试验板上创建相移振荡器电路,并使用示波器测试其输出。
什么是相移?
相位是360度参考中正弦波的整个周期。一个完整的周期定义为波形返回其任意初始值所需的间隔。相位表示为该波形周期上的指向位置。如果我们看到正弦波,我们将很容易识别相位。
在上图中,显示了完整的波浪周期。正弦波的初始起点是相位为0度,如果我们确定每个正峰值和负峰值以及0个点,我们将获得90、180、270、360度相位。因此,当一个正弦信号开始其行程而不是0度参考时,我们称其与0度参考相差。
如果看到下一张图片,我们将确定相移正弦波的外观如何……
在此图像中,呈现了两个交流正弦信号波,第一个绿色正弦波的相位为360度,但是红色为第一信号的副本,红色信号是第一个信号的副本,相位与绿色信号的相位相差90度。
可以使用简单的RC网络完成此相移。
建筑与电路
相移振荡器产生正弦波。一个简单的相移振荡器就是RC振荡器,它提供小于或等于60度的相移。
上图显示了单极相移RC网络或梯形电路,该电路将输入信号的相位偏移等于或小于60度。
如果级联那里的RC网络,我们将获得180度相移。
现在要创建振荡和正弦波输出,我们需要一个有源组件,即反相配置的晶体管或运算放大器,我们需要通过三极RC网络将这些组件的输出反馈到输入。它将在输出端产生360度相移并产生正弦波。
在本教程中,我们将使用晶体管作为有源元件,并通过它产生正弦波。
先决条件
要构建电路,我们需要执行以下操作:
1.面包板
2. 3个.1uF陶瓷电容器
3. 3个680R电阻
4. 2.2k电阻1个
5. 10k电阻1个
6. 100R电阻1个
7. 68k电阻1个
8. 100uF电容器1个
9. BC549晶体管
10. 9V电源
原理图和工作
在上图中,显示了相移振荡器的示意图。我们将输出提供为RC网络的输入,该输出又跨晶体管的基极提供。RC网络在反馈路径中提供了必要的相移,该相移又被晶体管改变了。RC振荡器的频率可以使用以下公式计算:
F是振荡频率,R和C是电阻和电容,N代表所用RC相移级数。仅当相移网络使用相同的电阻和电容值(即R1 = R2和C1 = C2 = C3)时,该公式才适用。可以将相移振荡器制成可变相移振荡器,其可以根据所确定的预设值产生宽范围的频率。通过仅更换具有三组可变电容器的固定电容器C1,C2和C3,可以轻松地做到这一点。在这种情况下,电阻值应固定。
在以上示意图中,R4和R5形成分压器,该分压器向晶体管BC549提供偏置电压。在R6用来限制集电极电流和R7被用于的热稳定性BC549在晶体管操作期间。C4是必不可少的,因为它是BC549的发射极旁路电容器。
BC549是NPN外延硅晶体管。在上图中,显示了TO-92封装。第一个引脚(1)是集电极,2是基极,3是发射极引脚。它广泛用于开关和放大目的。BC549来自广泛使用的547、548等产品的同一部分。BC549是低噪声版本。我们将其用于相移振荡器的有源组件,该有源组件将放大并为信号提供额外的相移。
我们已经在面包板上构建了电路。
相移振荡器电路的输出
我们在输出两端连接了一个示波器,以查看正弦波。在下图中,我们将看到我们的示波器探头连接。
我们连接了两个示波器探头,黄色探头穿过最终输出,红色探头穿过第二个RC网络。示波器的黄色通道将提供最终输出的结果,红色通道将提供第二级RC滤波器的输出。通过比较两个输出,我们将清楚地了解正弦波的两个相位之间的差异。我们正在使用9V台式电源为电路供电。
这是示波器的最终输出。
上图显示了我们从示波器捕获的最终输出。黄正弦波几乎处于同相状态,而从第二级RC网络捕获的红色信号则异相。我们可以在下面的视频中连续看到捕获的波形:
输出相当稳定,噪声干扰也较低。完整的视频可以在该项目的结尾处找到。
相移振荡器电路的局限性
由于我们将BJT用于相移振荡器,因此BJT存在某些限制。低频振荡稳定,如果增加频率,振荡将饱和,输出失真。同样,输出波幅也不是那么完美,它将需要额外的电路来稳定波形电路的幅值。
在RC网络阶段逆向负载效应也是一个问题。由于负载效应,第二极的输入阻抗会更改下一个在前的第一极滤波器的电阻特性。级联的其他过滤器会使此效果恶化。而且,由于这个原因,难以使用标准公式方法来计算振荡频率。
使用相移振荡器电路
相移振荡器的主要用途是在其输出端产生正弦波。因此,在需要纯正弦波产生的任何地方,都使用相移振荡器。同样,为了特定信号的相移,相移振荡器提供了对移相过程的重要控制。相移振荡器的其他用法是:
- 在音频振荡器中
- 正弦波逆变器
- 语音合成
- GPS单位
- 乐器。
如果您想了解有关相移振荡器的更多信息,请点击链接。