Circuito oscilador de cambio de fase

Anteriormente hemos creado un tutorial completo y detallado sobre Phase Shift Oscillator. Aquí veremos la implementación práctica del oscilador de cambio de fase. En este proyecto, creamos un circuito oscilador de cambio de fase en una placa y probamos su salida usando un osciloscopio.

¿Qué es Phase y Phase Shift?

La fase es un período de ciclo completo de una onda sinusoidal en una referencia de 360 ​​grados. Un ciclo completo se define como el intervalo requerido para que la forma de onda devuelva su valor inicial arbitrario. La fase se indica como una posición puntiaguda en este ciclo de forma de onda. Si vemos la onda sinusoidal identificaremos fácilmente la fase.

En la imagen de arriba, se muestra un ciclo de onda completo. El punto de partida inicial de la onda sinusoidal es 0 grados en fase y si identificamos cada pico positivo y negativo y 0 puntos, obtendremos una fase de 90, 180, 270, 360 grados. Entonces, cuando una señal sinusoidal comienza su viaje diferente a la referencia de 0 grados, lo llamamos desfasado diferenciando de la referencia de 0 grados.

Si vemos la siguiente imagen, identificaremos cómo se ve una onda sinusoidal con cambio de fase…

En esta imagen, se presentan dos ondas de señal sinusoidal de CA, la primera onda sinusoidal verde tiene una fase de 360 ​​grados, pero la roja es la réplica de la primera señal, que tiene un desplazamiento de fase de 90 grados fuera de la fase de la señal verde.

Este cambio de fase se puede realizar utilizando una simple red RC.

Construcción y Circuito

Un oscilador de cambio de fase produce una onda sinusoidal. Un oscilador de cambio de fase simple es un oscilador RC que proporciona un cambio de fase menor o igual a 60 grados.

La imagen de arriba muestra una red RC de desplazamiento de fase unipolar o un circuito de escalera que cambia la fase de la señal de entrada igual o inferior a 60 grados.

Si conectamos la red RC en cascada, obtendremos un cambio de fase de 180 grados.

Ahora, para crear una salida de onda sinusoidal y de oscilación, necesitamos un componente activo, ya sea un transistor o un amplificador operacional en configuración inversora, y necesitamos retroalimentar la salida de esos componentes a la entrada a través de la red RC de tres polos. Producirá un cambio de fase de 360 ​​grados en la salida y producirá una onda sinusoidal.

En este tutorial, usaremos Transistor como un elemento activo y produciremos una onda sinusoidal a través de él.

Prerrequisitos

Para construir el circuito necesitamos las siguientes cosas:

1. Placa de pruebas

2. 3 piezas de condensadores cerámicos de.1uF

3. 3 piezas de resistencia 680R

4. Resistencia de 2.2k 1 pieza

5. Resistencia de 10k 1 pieza

6. Resistencia 100R 1 pieza

7. 68k resistor 1 pieza

8. Condensador de 100uF 1 pieza

9. Transistor BC549

10. Fuente de alimentación de 9V

Esquemático y funcional

En la imagen de arriba, se muestra el esquema del oscilador de cambio de fase. Proporcionamos la salida como entrada de las redes RC, que nuevamente se proporciona a través de la base del transistor. Las redes RC están proporcionando el cambio de fase necesario en la ruta de retroalimentación que nuevamente es alterada por el transistor. La frecuencia del oscilador RC se puede calcular usando esta ecuación:

F es la frecuencia de oscilación, R y C son la resistencia y la capacitancia, y N significa Número de etapas de cambio de fase RC utilizadas. Esta fórmula solo es aplicable si la red de cambio de fase usa el mismo valor de resistencia y capacitancia, eso significa que R1 = R2 y C1 = C2 = C3. El oscilador de cambio de fase se puede hacer como un oscilador de cambio de fase variable que puede producir una amplia gama de frecuencias dependiendo del valor preestablecido determinado. Esto se puede hacer fácilmente cambiando solo los condensadores fijos C1, C2 y C3 por un condensador variable de triple banda. El valor de la resistencia debe fijarse en tales casos.

En el esquema anterior, R4 y R5 forman un divisor de voltaje que proporciona un voltaje de polarización al transistor BC549. El R6 se usa para limitar la corriente del colector y el R7 se usa para la estabilidad térmica del transistor BC549 durante el funcionamiento. C4 es esencial, ya que es el condensador de derivación del emisor de BC549.

BC549 es un transistor de silicio epitaxial NPN. En la imagen de arriba, se muestra el paquete TO-92. El primer pin (1) es el colector, el 2 es la base y el 3 es el pin del emisor. Es ampliamente utilizado con fines de conmutación y amplificación. BC549 es del mismo segmento de 547, 548, etc. ampliamente utilizado. BC549 es una versión de bajo ruido. Estamos usando esto para el componente activo de nuestro oscilador de cambio de fase que amplificará y proporcionará un cambio de fase adicional a la señal.

Hemos construido el circuito en una placa de pruebas.

Salida del circuito del oscilador de cambio de fase

Conectamos un osciloscopio a través de la salida para ver la onda sinusoidal. En la siguiente imagen veremos las conexiones de nuestra sonda de osciloscopio.

Conectamos dos sondas de osciloscopio, una amarilla en la salida final y la roja en la segunda red RC. El canal amarillo del osciloscopio proporcionará el resultado de la salida final y el canal rojo proporcionará la salida a través del filtro RC de segunda etapa. Al comparar las dos salidas, entenderemos claramente la diferencia entre las dos fases de la onda sinusoidal. Estamos alimentando el circuito desde una fuente de alimentación de banco de 9V.

Esta es la salida final del osciloscopio.

La salida final que capturamos del osciloscopio se muestra en la imagen de arriba. La onda sinusoidal amarilla está casi en una fase, mientras que la señal roja, capturada desde la red RC de ^2ª etapa, está fuera de fase. Podemos ver la forma de onda capturada continuamente en el siguiente video:

La salida es bastante estable y la interferencia de ruido es menor. El video completo se puede encontrar al final de este proyecto.

Limitaciones del circuito del oscilador de cambio de fase

Como usamos BJT para el oscilador de cambio de fase, existen ciertas limitaciones asociadas con BJT. La oscilación es estable a bajas frecuencias, si aumentamos la frecuencia la oscilación se saturará y la salida se distorsionará. Además, la amplitud de la onda de salida no es tan perfecta, necesitará un circuito adicional para estabilizar la amplitud del circuito de la forma de onda.

El efecto de carga adverso también es un problema en la etapa de la red RC. Debido al efecto de carga, la impedancia de entrada del segundo polo altera las propiedades de resistencia del siguiente filtro del primer polo anterior. Los filtros adicionales en cascada empeoran este efecto. Además, debido a esta razón, es difícil calcular la frecuencia de oscilación utilizando el método de fórmula estándar.

Uso del circuito del oscilador de cambio de fase

El uso principal de un oscilador de cambio de fase es crear una onda sinusoidal en su salida. Entonces, donde sea que se necesite generación de onda sinusoidal pura, se usa un oscilador de cambio de fase. Además, con el propósito de desplazamiento de fase de una señal particular, el oscilador de desplazamiento de fase proporciona un control significativo sobre el proceso de desplazamiento. Otros usos de los osciladores de cambio de fase son:

1. En osciladores de audio
2. Inversor de onda sinusoidal
3. Síntesis de voz
4. Unidades GPS
5. Instrumentos musicales.

Si desea obtener más información sobre el oscilador de cambio de fase, siga el enlace.