Oscilador de cambio de fase rc usando op

Un oscilador de cambio de fase es un circuito oscilador electrónico que produce una salida de onda sinusoidal. Puede diseñarse utilizando un transistor o un amplificador operacional como amplificador inversor. Generalmente, estos osciladores de cambio de fase se utilizan como osciladores de audio. En el oscilador de cambio de fase RC, la red RC genera un cambio de fase de 180 grados y el amplificador operacional genera otros 180 grados, por lo que la onda resultante se invierte 360 ​​grados.

Además de generar la salida de onda sinusoidal, también se utilizan para proporcionar un control significativo sobre el proceso de cambio de fase. 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.

Antes de comenzar a diseñar el oscilador de cambio de fase RC, aprendamos más sobre el cambio de fase y fase.

¿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 podemos identificar 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 cambio de fase diferenciando 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 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.

Oscilador de cambio de fase RC

Un simple oscilador de cambio de fase RC proporciona un cambio de fase mínimo de 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.

Idealmente, el cambio de fase de la onda de salida de un circuito RC debería ser de 90 grados, pero en la práctica es de aprox. 60 grados, ya que el condensador no es ideal. La fórmula para calcular el ángulo de fase de la red RC se menciona a continuación:

φ = tan ^-1 (Xc / R)

Donde, Xc es la reactancia del capacitor y R es la resistencia conectada en la red RC.

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.

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

¿Por qué utilizar Op-amp para RC Phase Shift Oscillator en lugar de Transistor?

Existen algunas limitaciones en el uso de Transistor para construir un oscilador de cambio de fase RC:

1. Es estable solo para bajas frecuencias.
2. El oscilador de cambio de fase RC requiere circuitos adicionales para estabilizar la amplitud de la forma de onda.
3. La precisión de la frecuencia no es perfecta y no es inmune a interferencias ruidosas.
4. Efecto de carga adversa. Debido a la formación de cascada, la impedancia de entrada del segundo polo cambia las propiedades de resistencia de las resistencias del primer filtro de polo. Cuanto más los filtros caigan en cascada, más empeorará la situación, ya que afectará la precisión de la frecuencia calculada del oscilador de cambio de fase.

Debido a la atenuación en la resistencia y el condensador, la pérdida en cada etapa aumenta y la pérdida total es aproximadamente 1/29 de la señal de entrada.

A medida que el circuito se atenúa a 1/29, necesitamos recuperar la pérdida. Obtenga más información sobre ellos en nuestro tutorial anterior.

Oscilador de cambio de fase RC usando amplificador operacional

Cuando usamos un amplificador operacional para el oscilador de cambio de fase RC, funciona como un amplificador inversor. Inicialmente, la onda de entrada ha estado en la red RC, por lo que obtenemos un cambio de fase de 180 grados. Y esta salida de RC se alimenta al terminal inversor del amplificador operacional.

Ahora, como sabemos, el amplificador operacional producirá un cambio de fase de 180 grados cuando funcione como un amplificador inversor. Entonces, obtenemos un cambio de fase de 360 ​​grados en la onda sinusoidal de salida. Este oscilador de cambio de fase RC que utiliza un amplificador operacional proporciona una frecuencia constante incluso en las condiciones de carga variables.

Componentes requeridos

• Circuito integrado de amplificador operacional - LM741
• Resistencia - (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)
• Condensador - (100pF - 3nos)
• Osciloscopio

Diagrama de circuito

Simulación del oscilador de cambio de fase RC usando Op-Amp

El oscilador de cambio de fase RC proporciona una salida de onda sinusoidal precisa. Como puede ver en el video de simulación al final, hemos configurado la sonda del osciloscopio en cuatro etapas del circuito.

Sonda de osciloscopio	Tipo de onda
Primero un	Onda de entrada
Segundo - B	Onda sinusoidal con cambio de fase de 90 grados
Tercero - C	Onda sinusoidal con cambio de fase de 180 grados
Cuarto - D	Onda de salida (onda sinusoidal) con cambio de fase de 360 ​​grados

Aquí, la red de retroalimentación ofrece un cambio de fase de 180 grados. Estamos obteniendo 60 grados de cada una de las redes RC. Y, el cambio de fase restante de 180 grados es generado por el amplificador operacional en la configuración inversora.

Para calcular la frecuencia de oscilación, utilice la siguiente fórmula:

F = 1 / 2πRC√2N

La desventaja del oscilador de cambio de fase RC que usa amplificador operacional es que no se puede usar para aplicaciones de alta frecuencia. Porque siempre que la frecuencia es demasiado alta, la reactancia del condensador es muy baja y actúa como un cortocircuito.