फेज शिफ्ट ऑस्किलेटर - वीन-ब्रिज, बफर्ड, क्वाड्रचर, बुब्बा

एक फेज-शिफ्ट थरथरानवाला एक थरथरानवाला सर्किट है जो एक पापीव आउटपुट उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक सक्रिय तत्व के साथ संचालित होता है जैसे कि BJT या एक inverting एम्पलीफायर मोड में कॉन्फ़िगर किया गया एक सेशन amp।

सर्किट व्यवस्था एक आरडी (प्रतिरोधक / संधारित्र) सर्किट का उपयोग करके आउटपुट से इनपुट तक एक फीडबैक बनाती है जो सीढ़ी प्रकार के नेटवर्क में व्यवस्थित होती है। इस प्रतिक्रिया की शुरूआत एम्पलीफायर से आउटपुट के चरण में एक सकारात्मक 'बदलाव' का कारण बनती है, थरथरानवाला आवृत्ति पर 180 डिग्री से।

आरसी नेटवर्क द्वारा बनाई गई चरण बदलाव की भयावहता निर्भरता आवृत्ति है। उच्च थरथरानवाला आवृत्तियों अधिक से अधिक मात्रा में चरण परिवर्तन करती है।

निम्नलिखित व्यापक स्पष्टीकरण हमें अवधारणा को अधिक विवरण में जानने में मदद करेंगे।

में पिछला पद हमने op-amp आधारित चरण पारी थरथरानवाला को डिजाइन करते समय आवश्यक महत्वपूर्ण विचारों के बारे में सीखा। इस पोस्ट में हम इसे और आगे ले जाएंगे और इसके बारे में अधिक जानेंगे चरण शिफ्ट दोलक के प्रकार और सूत्रों के माध्यम से शामिल मापदंडों की गणना कैसे करें।

वीन-ब्रिज सर्किट

नीचे दिए गए आरेख में वीन-ब्रिज सर्किट सेटअप दिखाया गया है।

यहाँ, हम opamp के सकारात्मक इनपुट पर लूप को तोड़ सकते हैं और निम्नलिखित समीकरण 2 का उपयोग करके रिटर्निंग सिग्नल की गणना कर सकते हैं:

कब Π = 2πpf = 1 / आरसी फीडबैक चरण में है (सकारात्मक प्रतिक्रिया), जिसका लाभ प्राप्त हो रहा है 1/3 ।

इसलिए दोलनों को 3 के लाभ के लिए ओपैंप सर्किट की आवश्यकता होती है।

जब आर एफ = 2 आर जी , एम्पलीफायर का लाभ 3 है और एफ = 1 / 2CRC पर दोलन आरंभ होता है।

हमारे प्रयोग में सर्किट ने चित्रा 3 में संकेतित भाग मूल्यों का उपयोग करते हुए 1.59 kHz के बजाय 1.65 kHz पर दोलन किया, लेकिन एक स्पष्ट विकृति के साथ।

नीचे दिया गया अगला आंकड़ा वीन-ब्रिज सर्किट को दर्शाता है गैर-रैखिक प्रतिक्रिया ।

हम एक दीपक आरएल देख सकते हैं जिसका फिलामेंट प्रतिरोध बहुत कम चुना गया है, आरएफ के फीडबैक प्रतिरोध मान का लगभग 50%, चूंकि लैंप वर्तमान आरएफ और आरएल द्वारा परिभाषित किया गया है।

दीपक वर्तमान और दीपक प्रतिरोध के बीच संबंध नॉनलाइनर होने के कारण, आउटपुट वोल्टेज भिन्नता को न्यूनतम स्तर पर रखने में मदद करता है।

आपको कई सर्किट भी मिल सकते हैं जिनमें ऊपर बताए गए गैर-रेखीय प्रतिक्रिया तत्व अवधारणा के बजाय डायोड शामिल है।

एक डायोड का उपयोग सौम्य आउटपुट वोल्टेज नियंत्रण की पेशकश करके विरूपण स्तर को कम करने में मदद करता है।

हालाँकि, यदि उपरोक्त विधियाँ आपके अनुकूल नहीं हैं, तो आपको AGC विधियों के लिए जाना चाहिए, जो पहचान में कमी को कम करने में मदद करता है।

एजीसी सर्किट का उपयोग करने वाला एक सामान्य वीन-ब्रिज ऑसिलेटर निम्नलिखित आकृति में प्रदर्शित होता है।

यहां, यह डी 1 के माध्यम से नकारात्मक साइन लहर का नमूना लेता है, और नमूना सी 1 के अंदर संग्रहीत किया जाता है।

R1 और R2 की गणना इस प्रकार की जाती है कि यह सुनिश्चित करने के लिए Q1 पर पूर्वाग्रह को केंद्र में रखता है (R) जी + आर Q1 ) R के बराबर है एफ / 2 अपेक्षित आउटपुट वोल्टेज के साथ।

यदि आउटपुट वोल्टेज अधिक हो जाता है, तो Q1 का प्रतिरोध बढ़ जाता है, फलस्वरूप लाभ कम हो जाता है।

पहले वीन ब्रिज ऑसिलेटर सर्किट में 0.833 वोल्ट की सप्लाई को पॉजिटिव ऑपैंप इनपुट पिन पर देखा जा सकता है। यह VCC / 2 = 2.5 V पर आउटपुट क्विज़ेंट वोल्टेज को केंद्रीकृत करने के लिए किया गया था।

चरण-बदलाव थरथरानवाला (एक opamp)

जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, केवल एक ओपैंप का उपयोग करके एक चरण-शिफ्ट ऑसिलेटर का निर्माण भी किया जा सकता है।

पारंपरिक सोच यह है कि चरण-शिफ्ट सर्किट में चरण अलग-अलग होते हैं और एक-दूसरे के स्व-शासन होते हैं। यह हमें निम्नलिखित समीकरण देता है:

जब अलग-अलग खंड की चरण शिफ्ट होती है —60 ° तो लूप चरण शिफ्ट = -180 ° है। ऐसा तब होता है Π = 2πpf = = 1.732 / आरसी चूंकि स्पर्शरेखा 60 ° = 1.73 है।

इस समय) का मान (1/2) होता है^३, जिसका अर्थ है कि लाभ, ए, को सिस्टम लाभ 1 के स्तर के साथ होने के लिए 8 के स्तर के साथ होना चाहिए।

इस आरेख में संकेतित भाग मूल्यों के लिए दोलन की आवृत्ति 3.76 kHz पाई गई, न कि 2.76 kHz की गणना की गई दोलन आवृत्ति के अनुसार।

इसके अलावा, दोलन शुरू करने के लिए आवश्यक लाभ को 26 तक मापा गया था और 8 की गणना के अनुसार नहीं।

इस प्रकार की अशुद्धियां कुछ हद तक घटक खामियों के कारण हैं।

हालांकि सबसे महत्वपूर्ण प्रभावित करने वाला पहलू गलत भविष्यवाणियों के कारण है कि RC चरण कभी भी एक दूसरे को प्रभावित नहीं करते हैं।

यह एकल opamp सर्किट सेटअप उस समय काफी प्रसिद्ध हुआ करता था जब सक्रिय घटक भारी और उच्च कीमत वाले होते थे।

आजकल op-amps किफायती और कॉम्पैक्ट हैं और एक ही पैकेज के भीतर चार नंबर के साथ उपलब्ध हैं, इसलिए सिंगल opamp फेज-शिफ्ट ऑसिलेटर अंततः अपनी मान्यता खो चुका है।

बफर चरण-बदलाव थरथरानवाला

हम उपरोक्त आंकड़े में एक बफ़र्ड चरण-शिफ्ट थरथरानवाला देख सकते हैं, 2.76 kHz की अपेक्षित आदर्श आवृत्ति के बजाय 2.9 kHz पर pulsating, और 8 के एक आदर्श लाभ के विपरीत 8.33 के लाभ के साथ।

बफ़र्स RC खंडों को एक दूसरे को प्रभावित करने से रोकते हैं, और इसलिए बफ़र किए गए चरण-शिफ्ट दोलक गणना की आवृत्ति और लाभ के करीब संचालित करने में सक्षम होते हैं।

अवरोधक आरजी, लाभ की स्थापना के लिए जिम्मेदार, तीसरे आरसी अनुभाग को लोड करता है, जो इस आरसी अनुभाग के लिए एक बफर के रूप में कार्य करने के लिए एक चौकोर अफीम में 4 वें ऑपैंप की अनुमति देता है। यह दक्षता स्तर को एक आदर्श मूल्य तक पहुंचने का कारण बनता है।

हम किसी भी चरण-शिफ्ट थरथरानवाला चरणों में से एक कम-विरूपण साइन लहर निकाल सकते हैं, लेकिन सबसे प्राकृतिक साइन लहर को अंतिम आरसी अनुभाग के आउटपुट से प्राप्त किया जा सकता है।

यह आमतौर पर एक उच्च प्रतिबाधा कम वर्तमान जंक्शन होता है, इसलिए लोड विविधताओं के जवाब में लोडिंग और आवृत्ति विचलन से बचने के लिए एक उच्च प्रतिबाधा इनपुट चरण वाले सर्किट का उपयोग यहां किया जाना चाहिए।

चतुर्भुज दोलक

चतुष्कोणीय थरथरानवाला चरण-पारी थरथरानवाला का एक और संस्करण है, हालांकि तीन आरसी चरणों को एक साथ इस तरह से रखा जाता है कि हर खंड 90 डिग्री चरण की पारी को जोड़ता है।

आउटपुट को साइन और कोसाइन (द्विघात) नाम दिया गया है, क्योंकि ओपैंप आउटपुट के बीच एक 90 ° चरण बदलाव मौजूद है। लूप का लाभ समीकरण 4 के माध्यम से निर्धारित किया जाता है।

साथ में ⍵ = 1 / आरसी , समीकरण 5 को सरल बनाता है 1। - 180 ° , पर दोलनों के लिए अग्रणी Π = 2πpf = 1 / आरसी।

प्रयोग किए गए सर्किट ने 1.59 किलोहर्ट्ज़ के परिकलित मूल्य के विपरीत 1.65 kHz पर स्पंदित किया, और अंतर मुख्य रूप से भाग मूल्य भिन्नताओं के कारण है।

बुब्बा ऑसिलेटर

ऊपर दिखाया गया बुब्बा थरथरानवाला अभी तक चरण-शिफ्ट थरथरानवाला का एक और संस्करण है, लेकिन यह कुछ विशिष्ट विशेषताओं का उत्पादन करने के लिए क्वाड ऑप-एम्प पैकेज से लाभ प्राप्त करता है।

प्रत्येक खंड के लिए 45 आरसी चरण की पारी के लिए चार आरसी खंड कॉल करते हैं, जिसका अर्थ है कि यह थरथरानवाला आवृत्ति विचलन को कम करने के लिए एक उत्कृष्ट dΦ / dt के साथ आता है।

आरसी वर्गों में से प्रत्येक 45 ° चरण बदलाव उत्पन्न करता है। मतलब, क्योंकि हमारे पास वैकल्पिक वर्गों से आउटपुट कम-प्रतिबाधा क्वाड्रेट आउटपुट को आश्वस्त करता है।

जब भी प्रत्येक ओपैंप से एक आउटपुट निकाला जाता है, सर्किट चार 45 ° चरण-शिफ्ट किए गए साइन तरंगों का उत्पादन करता है। लूप समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

कब ⍵ = 1 / आरसी उपरोक्त समीकरण निम्न समीकरण 7 और 8 में सिकुड़ते हैं।

लाभ, ए, को एक दोलन शुरू करने के लिए 4 के मूल्य तक पहुंचना चाहिए।

विश्लेषण सर्किट आदर्श आवृत्ति 1.72 kHz के विपरीत 1.76 kHz पर दोलन हुआ जबकि लाभ 4 के आदर्श लाभ के बजाय 4.17 लग रहा था।

कम लाभ के कारण सेवा मेरे और निम्न पूर्वाग्रह वर्तमान ऑप-एम्प्स, लाभ को ठीक करने के लिए जिम्मेदार आरजी अंतिम आरसी अनुभाग को लोड नहीं करता है। यह सबसे सटीक थरथरानवाला आवृत्ति उत्पादन की गारंटी देता है।

आर और आरजी के जंक्शन से अत्यधिक कम-विरूपण साइन तरंगों का अधिग्रहण किया जा सकता है।

जब भी कम-विरूपण साइन तरंगों की आवश्यकता सभी आउटपुट पर होती है, तो लाभ वास्तव में सभी opamps के बीच समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए।

लाभ सेशन में नॉन-इनवर्टिंग इनपुट 2.5 वी पर पक्षपाती आउटपुट वोल्टेज बनाने के लिए 2.5 V पर पक्षपाती है। अन्य वितरणों के बायपासिंग के लिए Gain वितरण की आवश्यकता होती है, लेकिन यह निश्चित रूप से दोलन की आवृत्ति पर कोई प्रभाव नहीं डालता है।

निष्कर्ष

उपरोक्त चर्चा में हमने समझा कि ओप एम्प चरण शिफ्ट ऑसिलेटर्स फ्रिक्वेंसी बैंड के निचले छोर पर विवश हैं।

यह इस तथ्य के कारण है कि उच्च आवृत्तियों पर कम चरण शिफ्ट को लागू करने के लिए op-amps के पास आवश्यक बैंडविड्थ नहीं है।

थरथरानवाला सर्किट में आधुनिक वर्तमान-प्रतिक्रिया ऑप-एम्प्स को लागू करना मुश्किल लगता है क्योंकि ये फीडबैक कैपेसिटेंस के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं।

वोल्टेज फीडबैक op-amps केवल 100 kHz तक सीमित है क्योंकि वे अत्यधिक चरण बदलाव का निर्माण करते हैं।

वीन-ब्रिज ऑसिलेटर कम संख्या में भागों का उपयोग करके काम करता है, और इसकी आवृत्ति स्थिरता बहुत स्वीकार्य है।

लेकिन, एक वेन-ब्रिज थरथरानवाला में विकृति को कम करना, दोलन प्रक्रिया शुरू करने से कम आसान है।

द्विघात थरथरानवाला निश्चित रूप से ऑप-एम्प के एक जोड़े का उपयोग करता है, लेकिन इसमें बहुत अधिक विरूपण शामिल है। हालांकि, चरण-शिफ्ट ऑसिलेटर्स, जैसे बुब्बा थरथरानवाला कुछ कम आवृत्ति स्थिरता के साथ बहुत कम विरूपण दिखाते हैं।

यह कहने के बाद, सर्किट के विभिन्न चरणों में शामिल भागों की उच्च लागत के कारण इस प्रकार के चरण-शिफ्ट दोलक की बढ़ी हुई कार्यक्षमता सस्ती नहीं होती है।

संबंधित वेब साइट
www.ti.com/sc/amplifiers
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2471.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2472.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2474.html