位相シフト発振器で発振回路の回路正弦波出力を生成します。トランジスタを使用するか、反転増幅器としてオペアンプを使用して設計できます。一般的に、これらの位相シフト発振器はオーディオ発振器として使用されます。RC位相シフト発振器では、180度の位相シフトがRCネットワークによって生成され、さらに180度がオペアンプによって生成されるため、結果の波は360度反転されます。
正弦波出力を生成するほかに、位相シフトプロセスを大幅に制御するためにも使用されます。位相シフト発振器の他の使用法は次のとおりです。
- オーディオオシレーター
- 正弦波インバーター
- 音声合成
- GPSユニット
- 楽器。
RC位相シフト発振器の設計を開始する前に、位相と位相シフトについて詳しく見ていきましょう。
位相および位相シフトとは何ですか？
位相は、360度の基準における正弦波の全サイクル周期です。完全なサイクルは、波形が任意の初期値を返すために必要な間隔として定義されます。位相は、この波形サイクルの尖った位置として示されます。正弦波を見ると、位相を簡単に識別できます。
上の画像では、完全な波のサイクルが示されています。正弦波の最初の開始点は位相が0度であり、正と負の各ピークと0点を特定すると、90、180、270、360度の位相が得られます。したがって、正弦波信号が0度の基準以外の旅を開始すると、0度の基準とは異なる位相シフトと呼ばれます。
次の画像を見ると、位相シフトされた正弦 波がどのように見えるかがわかり ます…
この画像では、2つのAC正弦波が提示されています。 最初の緑の正弦波は360度の位相です が、90度の位相である赤い波は緑の信号の位相からシフトしています。
この位相シフトは、単純なRCネットワークを使用して実行できます。
RC位相シフト発振器
単純なRC位相シフト発振器は、60度の最小位相シフトを提供します。
上の画像は、入力信号の位相を60度以下にシフトする単極位相シフトRCネットワークまたはラダー回路を示しています。
理想的には、RC回路の出力波の位相シフトは90度である必要がありますが、実際には約90度です。コンデンサは理想的ではないため、60度。RCネットワークの位相角の計算式は次のとおりです。
φ= tan -1（Xc / R）
ここで、Xcはコンデンサのリアクタンス、RはRCネットワークに接続された抵抗です。
そこでRCネットワークをカスケードすると、180度の 位相シフトが得られ ます。
ここで、発振と正弦波出力を作成するには、反転構成のトランジスタまたはオペアンプのいずれかのアクティブコンポーネントが必要です。
RC位相シフト発振器について詳しく知りたい場合は、リンクをたどってください
トランジスタの代わりにRC位相シフト発振器にオペアンプを使用するのはなぜですか？
RC位相シフト発振器の構築にトランジスタを使用する場合、いくつかの制限があります。
- 低周波数でのみ安定しています。
- RC位相シフト発振器には、波形の振幅を安定させるための追加の回路が必要です。
- 周波数精度は完全ではなく、ノイズの多い干渉の影響を受けません。
- 逆荷重効果。カスケード形成により、2番目の極の入力インピーダンスは1番目の極フィルターの抵抗抵抗特性を変更します。カスケードされるフィルターが多いほど、計算された位相シフト発振器周波数の精度に影響を与えるため、状況は悪化します。
抵抗とコンデンサの両端の減衰により、各ステージの損失が増加し、合計損失は入力信号の約1/29になります。
回路が1/29で減衰するので、損失を回復する必要があります。以前のチュートリアルでそれらの詳細をご覧ください。
オペアンプを使用したRC位相シフト発振器
RC位相シフト発振器にオペアンプを使用すると、反転増幅器として機能します。最初は、入力波がRCネットワークに入っていたため、180度の位相シフトが発生しました。そして、このRCの出力はオペアンプの反転端子に供給されます。
さて、私たちが知っているように、オペアンプは反転増幅器として機能するときに180度の位相シフトを生成します。したがって、出力正弦波で360度の位相シフトが得られます。オペアンプを使用したこのRC位相シフト発振器は、さまざまな負荷条件の下でも一定の周波数を提供します。
必要なコンポーネント
- オペアンプIC– LM741
- 抵抗器–（100k – 3nos、10k – 2nos、4.7k）
- コンデンサ–（100pF – 3nos）
- オシロスコープ
回路図
オペアンプを使用したRC位相シフト発振器のシミュレーション
RC位相シフト発振器は正確な正弦波出力を提供します。最後のシミュレーションビデオでわかるように、オシロスコープのプローブを回路の4つのステージに設定しました。
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オシロスコーププローブ |
波の種類 |
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最初– A |
入力波 |
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2番目– B |
90度の位相シフトを伴う正弦波 |
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3番目– C |
180度の位相シフトを伴う正弦波 |
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4番目– D |
360度の位相シフトを伴う出力波（正弦波） |
ここでは、フィードバックネットワークが180度の位相シフトを提供しています。各RCネットワークから60度を取得しています。そして、残りの180度の位相シフトは、反転構成のオペアンプによって生成されます。
発振周波数の計算には、次の式を使用します。
F = 1 /2πRC√2N
オペアンプを使用したRC位相シフト発振器の欠点は、高周波アプリケーションに使用できないことです。周波数が高すぎると、コンデンサのリアクタンスが非常に低くなり、短絡として機能するためです。