מתנד משמרת שלב Rc

מהו מתנד?

מתנד הוא מבנה מכני או אלקטרוני המייצר תנודה בהתאם למשתנים מעטים. לכולנו יש מכשירים שזקוקים למתנדים, שעון מסורתי שיש לכולנו כשעון קיר או שעון יד, גלאי מתכות מסוגים שונים, מחשבים בהם מעורבים מיקרו-בקר ומיקרו-מעבדים, כולם משתמשים במתנדים, במיוחד מתנדים אלקטרוניים שמייצרים אותות תקופתיים.

מתנד RC ושלב:

כאשר אנו דנים אודות מתנד RC, וכפי שהוא מכונה גם מתנד משמרת פאזה, אנו זקוקים להבנה הוגנת לגבי מהו שלב. ראה תמונה זו: -

אם אנו רואים את הגל הסינוסי-דיאלי הנ"ל כמו זה, נראה בבירור כי נקודת ההתחלה של האות היא 0 מעלות בשלב, ולאחר מכן כל נקודת שיא של האות מחיובית ל -0 ואז שוב נקודה שלילית אז שוב 0 מסומן בהתאמה כ- 90 תואר, 180 מעלות, 270 מעלות ו -360 מעלות במצב פאזה.

שלב הוא תקופת מחזור שלמה של גל סינוסי בהפניה של 360 מעלות.

עכשיו ללא דיחוי נוסף בואו נראה מה זה שינוי פאזה?

אם נזיז את נקודת ההתחלה של הגל הסינוסי, שאינו 0 מעלות, השלב מוסט. אנו נבין את שינוי פאזה בתמונה הבאה.

בתמונה זו מוצגים שני גלי אות סינוסים, הגל הירוק הראשון הוא 360 מעלות בשלב אך האדום המהווה העתק של האות הנקרא הראשון נמצא 90 מעלות מהשלב של האות הירוק.

באמצעות מתנד RC אנו יכולים להזיז את שלב האות הסינוסי.

מעבר שלב באמצעות מעגל מתנד RC:

RC מייצג Resistor and Capacitor. אנו יכולים פשוט ליצור רשת קבלים נגד הנגד באמצעות שלב אחד בלבד ויצירת קבלים אחת בלבד.

כפי שניתן לראות במדריך לסינון High pass, אותו מעגל חל כאן. מתנד פאזה טיפוסי RC יכול להיות תוצרת ידי קבלים בסדרה יחד עם נגד במקביל.

זוהי רשת משמרת פאזה אחת; המעגל זהה למסנן פסיבי High Pass. תיאורטית אם אנו מפעילים אות פאזה ברשת RC זו שלב הפלט יועבר ב 90 מעלות בדיוק. אבל אם ננסה את זה במציאות ונבדוק את מעבר שלב, אז אנו משיגים מעבר של 60 מעלות לפחות מ 90 מעלות. זה תלוי בתדירות ובסבילות הרכיבים שיוצרים השפעה שלילית במציאות. כפי שכולנו יודעים ששום דבר אינו מושלם, צריך להיות הבדל כלשהו מאשר ערכים נקראים או צפויים בפועל מאשר המציאות. טמפרטורה ותלות חיצונית אחרת יוצרת קשיים להשגת תזוזה מדויקת של 90 מעלות, 45 מעלות זה בכלל, 60 מעלות נפוץ בהתאם לתדרים והשגת 90 מעלות היא עבודה קשה מאוד במקרים רבים.

כפי שנדון במדריך High pass, אנו נבנה את אותו מעגל ונחקור על מעבר פאזה של אותו מעגל.

המעגל של אותו מסנן High Pass יחד עם ערכי הרכיב נמצא בתמונה למטה: -

זו הדוגמא בה השתמשנו בהדרכות קודמות של מסנני פס-פס גבוהים. הוא יפיק רוחב פס של 4.9 קילוהרץ. אם נבדוק את תדירות הפינה נזהה את זווית הפאזה בפלט המתנד.

כעת אנו יכולים לראות כי משמרת הפאזה מתחילה מ 90 מעלות שהיא העברת השלב המקסימלית על ידי רשת מתנדים RC אך בנקודת תדר הפינה העברת הפאזה היא 45 מעלות.

כעת בהתחשב בעובדה כי העברת הפאזה היא 90 מעלות או אם אנו בוחרים את בניית מעגלי המתנד כמו דרך מיוחדת שתייצר מעבר פאזה של 90 מעלות אז המעגל יאבד את חסינותו בטווח הגבול בגלל גורם ייצוב תדרים ירוד. כפי שאנו יכולים לדמיין בנקודה של 90 מעלות שבה העקומה רק התחילה כמו מ- 10Hz או תחתון ל- 100Hz כמעט שטוחה. כלומר, אם תדר המתנד ישתנה מעט עקב סובלנות רכיבים, טמפרטורה, נסיבות בלתי נמנעות אחרות, העברת הפאזה לא תשתנה. זו לא בחירה טובה. אז אנו רואים 60 מעלות או 45 מעלות הוא מעבר שלב מקובל עבור מתנד רשת RC יחיד. יציבות התדרים תשתפר.

מסנני RC מרובים מדורגים:

מפל שלושה מסנני RC:

על ידי התחשבות בעובדה זו שאיננו יכולים להשיג רק מעבר שלב של 60 מעלות במקום 90 מעלות, אנו יכולים לזרז שלושה פילטרים RC (אם משמרת הפאזה היא 60 מעלות על ידי מתנדים RC) או על ידי מפל ארבעה פילטרים בסדרה (אם מעבר שלב הוא 45 מעלות על ידי כל מתנדים RC) וקבלו 180 מעלות.

בתמונה זו התנפלו שלושה מתנדים RC ובכל פעם נוספה מעבר של 60 מעלות ולבסוף לאחר שלב שלישי נקבל מעבר שלב של 180 מעלות.

אנו נבנה את המעגלים בתוכנת סימולציה ונראה את צורת גל הקלט והפלט של המעגלים.

לפני שנכנס לסרטון בואו נראה את תמונת המעגל ונראה גם את חיבור האוסצילוסקופ.

בתמונה העליונה השתמשנו בקבל 100pF וערך נגדים 330k. אוסצילוסקופ מחובר ברחבי VSIN קלט (A / צהוב ערוץ), על פני פלט הקוטב הראשון (B / ערוץ כחול), 2 ^nd פלט מוט

(ערוץ C / אדום) ואת הפלט הסופי ברחבי הקוטב השלישי (D / ערוץ ירוק).

נראה את הסימולציה בווידאו ונראה את שינוי השלב ב 60 מעלות על פני הקוטב הראשון, 120 מעלות על הקוטב השני ו- 180 מעלות על פני הקוטב השלישי. גם משרעת האות תמזער צעד אחר צעד.

משרעת מוט 1 ^סט > משרעת מוט 2> משרעת מוט 3. יותר אנו הולכים לכיוון הקוטב האחרון ירידת משרעת האות פוחתת.

כעת נראה את סרטון ההדמיה: -

מוצג בבירור כי כל מוט משנה באופן פעיל את משמרות השלב ובתפוקה הסופית הוא מועבר ל -180 מעלות.

מדורגים ארבעה מסנני RC:

בתמונה הבאה ארבעה מתנד משמרות פאזה RC המשמש עם משמרת פאזה של 45 מעלות כל אחד, ומייצרים מעבר של 180 מעלות בקצה רשת ה- RC.

מתנד משמרת שלב RC עם טרנזיסטור:

כל אלה הם אלמנטים פסיביים או רכיבים במתנד RC. אנו מקבלים את מעבר פאזה של 180 מעלות. אם אנו רוצים לבצע מעבר שלב 360 מעלות אז נדרש רכיב פעיל שמייצר מעבר שלב נוסף של 180 מעלות. זה נעשה על ידי טרנזיסטור או מגבר ודורש מתח אספקה ​​נוסף.

בתמונה זו משתמשים בטרנזיסטור NPN לייצור מעבר של 180 מעלות ואילו C1R1 C2R2 C3R3 יפיק 60 מעלות של עיכוב פאזה. אז צבירת שלוש 60 + 60 + 60 = הסטת פאזה של 180 מעלות נעשית מצד שני והוספת 180 מעלות על ידי הטרנזיסטור נוצרת סך הכל משמרת פאזה של 360 מעלות. נקבל 360 מעלות של מעבר פאזה על פני הקבל האלקטרוליטי C5. אם אנו רוצים לשנות את התדירות של דרך אחת זו לשנות את ערך הקבלים או להשתמש בקבל קבוע מראש המשתנה על פני שלושת הקטבים בנפרד על ידי ביטול קבלים קבועים בודדים.

חיבור משוב נעשה כדי לאחזר את האנרגיות לגבות למגבר באמצעות ששלוש רשת המוט RC. זה הכרחי לתנודה חיובית יציבה ולייצר מתח סינוסי. בשל

חיבור המשוב או התצורה, מתנד RC הוא מתנד מסוג משוב.

בשנת 1921 הציג הפיזיקאי הגרמני היינריך גאורג ברקהאוזן את "קריטריון ברקהאוזן" לקביעת הקשר בין העברות פאזה על פני לולאת משוב. בהתאם לקריטריון, המעגל יתנודד רק אם העברת הפאזה סביב לולאת המשוב שווה או מרובה של 360 מעלות והרווח של הלולאה שווה לאחד. אם העברת הפאזה מדויקת בתדר הרצוי ולולאת המשוב יוצרת תנודה של 360 מעלות אז הפלט יהיה גל סינוס. מסנן RC משמש להשגת מטרה זו.

תדירות מתנד RC:

אנו יכולים לקבוע בקלות את תדירות התנודה באמצעות משוואה זו: -

איפה,

R = התנגדות (אוהם)

C = קיבול

N = מספר רשת RC ישמש / ישמש

נוסחה זו משמשת לתכנון הקשור לסינון מעבר גבוה, אנו יכולים להשתמש גם במסנן מעבר נמוך והמעבר הפאזה יהיה שלילי. במקרה כזה הנוסחה העליונה לא תפעל לחישוב תדירות המתנד, נוסחה שונה תחול.

איפה,

R = התנגדות (אוהם)

C = קיבול

N = מספר רשת RC ישמש / ישמש

מתנד משמרת שלב RC עם מגבר אופ:

ככל שנוכל לבנות מתנד משמרת פאזה RC באמצעות טרנזיסטור כלומר BJT, יש גם מגבלות אחרות עם טרנזיסטור.

1. זה יציב בתדרים נמוכים.
2. רק באמצעות BJT אחד בלבד משרעת גל הפלט אינה מושלמת, נדרש מעגלים נוספים למשרעת התייצבות של צורת הגל.
3. דיוק התדרים אינו מושלם והוא אינו חסין מפני הפרעות רועשות.
4. אפקט טעינה שלילי. עקב היווצרות מפל עכבה הקלט של הקוטב השני משנה את תכונות ההתנגדות של הנגדים של מסנן הקוטב הראשון. יותר מהמסננים התדרדרו יותר המצב מחמיר מכיוון שהוא ישפיע על הדיוק של תדירות המתנד המשמרת שלב.

בשל ההנחתה פני נגד קבלים, האובדן פני כל שלב גדילה ואת האובדן המוחלט הוא פסד של כ כולל של 1/29 ^ה של אות הקלט.

ככל פוחת המעגל ב 1/29 ^ה אנחנו צריכים לשחזר את ההפסד.

זה הזמן לשנות את ה- BJT עם מגבר אופ. אנו יכולים גם לשחזר את ארבעת החסרונות ולהשיג יותר מרחב ראש על השליטה אם אנו משתמשים במגבר במקום במקום BJT. בגלל עכבת קלט גבוהה אפקט הטעינה נשלט גם ביעילות מכיוון שעכבת קלט מגבר מקדמת לאפקט הטעינה הכללי.

עכשיו ללא השינוי הנוסף בואו ונשנה את ה- BJT עם מגבר אופ ונראה מה יהיה המעגל או הסכימה של מתנד RC באמצעות מגבר אופ.

כפי שאנו רואים, Just BJT הוחלף במגבר אופטי הפוך. לולאת המשוב מחוברת על פני מתנד RC ראשון וקוטב אותו לסיכת הקלט ההפוכה של המגבר. בשל חיבור משוב הפוך זה, המגבר ייצר מעבר פאזה של 180 מעלות. מעבר שלב נוסף של 180 מעלות יסופק על ידי שלושת שלבי ה- RC. נקבל את התפוקה הרצויה של גל תנועות של 360 מעלות על פני הסיכה הראשונה של המגבר הנקרא OSC החוצה. ה- R4 משמש לפיצוי רווח של המגבר. אנו יכולים לשנות את המעגלים כדי לקבל תפוקה מתנודה בתדירות גבוהה, אך תלוי ברוחב הפס של התדרים של המגבר.

כמו כן, להשגת התוצאה הרצויה עלינו לחשב את הנגד רווח R4 להשיג 29 ^th פעמים משרעת גדולה ברחבי-מגבר השרת כפי שאנו צריכים לפצות עם אובדן של 1/29 ^ה המעבר בין השלבים RC.

בואו נראה, נכין מעגל עם ערך רכיבים אמיתיים ונראה מה תהיה הפלט המדומה של מתנד הסטת פאזה RC.

נשתמש בנגד 10k אוהם ובקבל 500pF ונקבע את תדירות התנודה. אנו גם נחשב את ערך נגדי הרווח.

N = 3, שכן ישמשו 3 שלבים.

R = 10,000, כפי 10k אוהם מומר אוהם

C = 500 x 10 ^-12 כערך הקבל 500pF

הפלט הוא 12995Hz או הערך הקרוב יחסית הוא 13 KHz.

כמו השבח-מגבר השרת נדרש 29 ^th פעמים את הערך של נגד הרווח מחושב לפי נוסחה זו: -

רווח = R f / R 29 = R f / 10k R f = 290k

כך בנוי מתנד Phase shift באמצעות רכיבי RC ומגבר אופ.

יישומים של מתנד משמרת פאזה RC כוללים מגברים שבהם נעשה שימוש בשנאי האודיו ונדרש אות שמע דיפרנציאלי אך האות ההפוך אינו זמין, או אם יש צורך במקור אות AC ליישום כלשהו, ​​נעשה שימוש במסנן RC. כמו כן, מחולל אותות או מחולל פונקציות משתמשים במתנד משמרת פאזה RC.