在試驗(yàn)板上創(chuàng)建相移振蕩器電路并使用示波器測(cè)試其輸出

在本項(xiàng)目中，我們?cè)谠囼?yàn)板上創(chuàng)建相移振蕩器電路，并使用示波器測(cè)試其輸出。

什么是相移和相移？

相位是 360 度參考中正弦波的完整周期。完整周期定義為波形返回其任意初始值所需的間隔。相位表示為該波形周期上的指向位置。如果我們看到正弦波，我們將很容易識(shí)別相位。

在上圖中，顯示了完整的波周期。正弦波的初始起點(diǎn)相位為 0 度，如果我們確定每個(gè)正負(fù)峰值和 0 點(diǎn)，我們將得到 90、180、270、360 度相位。因此，當(dāng)正弦信號(hào)開(kāi)始它的旅程而不是0度參考時(shí)，我們稱(chēng)之為相移，從0度參考微分。

如果我們看到下一張圖像，我們將確定相移正弦波的外觀......

在此圖像中，呈現(xiàn)了兩個(gè)交流正弦信號(hào)波，第一個(gè)綠色正弦波的相位為360度，但紅色的信號(hào)是第一個(gè)信號(hào)的復(fù)制品，它是從綠色信號(hào)的相位移出的90度相位。

這種相移可以使用簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。

建筑和電路

相移振蕩器產(chǎn)生正弦波。一個(gè)簡(jiǎn)單的相移振蕩器是RC振蕩器，它提供小于或等于60度的相移。

上圖顯示了單極相移RC網(wǎng)絡(luò)或梯形圖電路，其將輸入信號(hào)的相位移位等于或小于60度。

如果我們?cè)谀抢锛?jí)聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)，我們將得到180度相移。

現(xiàn)在，為了創(chuàng)建振蕩和正弦波輸出，我們需要一個(gè)有源元件，反相配置中的晶體管或運(yùn)算放大器，我們需要通過(guò)三極RC網(wǎng)絡(luò)將這些元件的輸出反饋到輸入端。它將在輸出端產(chǎn)生360度相移并產(chǎn)生正弦波。

在本教程中，我們將使用晶體管作為有源元件并通過(guò)它產(chǎn)生正弦波。

先決條件

要構(gòu)建電路，我們需要以下東西-

1. 面包板

2. 3個(gè).1uF陶瓷電容器

3. 3個(gè)680R電阻器

4. 2.2k電阻1個(gè)

5. 10k電阻1個(gè)

6. 100R電阻1個(gè)

7. 68K電阻1個(gè)

8. 100uF電容1個(gè)

9. BC549 晶體管

10. 9V電源

原理圖和工作原理圖

在上圖中，顯示了相移振蕩器的原理圖。我們將輸出作為RC網(wǎng)絡(luò)的輸入提供，該輸入再次在晶體管的基極上提供。RC網(wǎng)絡(luò)在反饋路徑中提供必要的相移，該相移再次被晶體管改變。RC振蕩器的頻率可以使用以下公式計(jì)算-

F是振蕩頻率，R和C是電阻和電容，N代表使用的RC相移級(jí)數(shù)。僅當(dāng)移相網(wǎng)絡(luò)使用相同的電阻和電容值時(shí)，此公式才適用，這意味著R1 = R2和C1 = C2 = C3。相移振蕩器可以作為可變相移振蕩器，根據(jù)確定的預(yù)設(shè)值產(chǎn)生寬范圍的頻率。只需將固定電容C1、C2和C3更換為三聯(lián)可變電容即可輕松完成。在這種情況下，電阻值應(yīng)固定。

在上述原理圖中，R4和R5形成一個(gè)分壓器，為晶體管BC549提供偏置電壓。R6用于限制集電極電流，R7用于BC549晶體管在工作期間的熱穩(wěn)定性。C4是必不可少的，因?yàn)檫@是BC549的發(fā)射極旁路電容器。

BC549 是一款 NPN 外延硅晶體管。在上圖中，顯示了 TO-92 封裝。第一個(gè)引腳（1）是集電極，2是基極，3是發(fā)射極引腳。它廣泛用于開(kāi)關(guān)和放大目的。BC549來(lái)自廣泛使用的547，548等的同一段。BC549 是低噪聲版本。我們將它用于相移振蕩器的有源組件，該組件將放大并為信號(hào)提供額外的相移。

我們?cè)诿姘迳蠘?gòu)建了電路。

相移振蕩器電路輸出

我們?cè)谳敵龆诉B接了一臺(tái)示波器，以查看正弦波。在下圖中，我們將看到我們的示波器探頭連接。

我們連接了兩個(gè)示波器探頭，黃色探頭穿過(guò)最終輸出，紅色探頭穿過(guò)第二個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)。示波器的黃色通道將提供最終輸出的結(jié)果，紅色通道將提供第二級(jí)RC濾波器的輸出。通過(guò)比較兩個(gè)輸出，我們將清楚地了解正弦波兩個(gè)相位之間的差異。我們從 9V 臺(tái)式電源單元為電路供電。

這是示波器的最終輸出。

我們從示波器捕獲的最終輸出如上圖所示。

相移振蕩器電路的局限性

由于我們使用BJT作為相移振蕩器，因此BJT存在某些限制。振蕩在低頻下是穩(wěn)定的，如果我們?cè)黾宇l率，振蕩將飽和并且輸出將失真。此外，輸出波幅不是那么完美，需要額外的電路來(lái)穩(wěn)定波形電路的幅度。

不利的負(fù)載效應(yīng)也是RC網(wǎng)絡(luò)階段的一個(gè)問(wèn)題。由于負(fù)載效應(yīng)，第二極的輸入阻抗會(huì)改變下一個(gè)前一個(gè)第一極點(diǎn)濾波器的電阻特性。額外的過(guò)濾器級(jí)聯(lián)會(huì)加劇這種效果。此外，由于這個(gè)原因，使用標(biāo)準(zhǔn)公式方法很難計(jì)算振蕩頻率。

相移振蕩器電路的使用

相移振蕩器的主要用途是在其輸出端產(chǎn)生正弦波。因此，在需要產(chǎn)生純正弦波的地方，都會(huì)使用相移振蕩器。此外，為了特定信號(hào)的相移，移相振蕩器提供了對(duì)移相過(guò)程的重要控制。相移振蕩器的其他用途包括：

在音頻振蕩器中

正弦波逆變器

語(yǔ)音合成

全球定位系統(tǒng)單元

樂(lè)器。