Bộ tạo dao động dịch pha Transistor

Bộ tạo dao động dịch pha Transistor

Bộ dao động chuyển pha RC.

Một bộ dao động chuyển pha RC, hoặc còn được gọi là bộ dao động RC, là một loại bộ dao động sử dụng mạng điện trở - tụ (RC) đơn giản để cung cấp sự pha shift cần thiết cho tín hiệu phản hồi. Khác với các bộ dao động LC, như dao động Hartley và dao động Colpitts, sử dụng mạng cuộn tụ - tụ (LC) để tạo ra phản hồi tích cực, bộ dao động RC có độ ổn định về tần số xuất sắc. Bộ dao động này có khả năng tạo ra sóng sine thuần khiến trên một loạt các tải.

Mạng chuyển pha RC

Mạng pha RC sử dụng mạng điện trở - tụ đơn giản để tạo ra pha shift mong muốn trong một tín hiệu. Theo lý thuyết, trong một mạch RC đơn giản, điện áp đầu ra sẽ dẫn đầu điện áp đầu vào với góc pha Φ = 90°. Tuy nhiên, trong trường hợp thực tế, với những yếu tố như khả năng không thể có được một tụ hoàn toàn lý tưởng, góc pha sẽ thấp hơn 90° một chút.

Góc pha của mạng RC thực tế phụ thuộc vào giá trị của tụ, điện trở và tần số hoạt động. Đặt F là tần số hoạt động, R là điện trở và C là tụ. Khi đó, phản ứng tụ (Xc) với tần số F được biểu thị bằng phương trình Xc = 1 / (2πFC).

Trở kháng hiệu dụng của mạch có thể được tính bằng phương trình Z = √(R² + Xc²), và góc pha của mạng RC được tính bằng Φ = tan⁻¹ (Xc/R).

Bằng cách tạo ra một mạng RC với pha shift bằng 60° và kết hợp ba mạng này lại với nhau, ta có thể đạt được pha shift tổng cộng là 180°. Điều này, cộng với pha shift 180° do transistor tạo ra, tạo nên một pha shift tổng cộng quan trọng là 360° giữa đầu vào và đầu ra—điều kiện cần để duy trì các dao động. Hãy tham khảo sơ đồ mạch của một mạng RC ba giai đoạn tạo ra pha shift 180° để có cái nhìn trực quan về khái niệm này.

 

Kết nối một mạng pha shift RC ba giai đoạn giữa đầu vào và đầu ra của một khuếch đại transistor chung cực điểm sẽ dẫn đến việc tạo ra một bộ dao động pha shift RC dựa trên transistor. Sơ đồ mạch được thể hiện dưới đây.

Trong sơ đồ mạch, điện trở R1 và điện trở R (nằm gần cổng cơ sở của Q1) tạo thành một mạch chia áp để cung cấp điện áp cố định cho transistor Q1. Điện trở Rc giới hạn dòng điện tuyến tính, trong khi Re được sử dụng để đảm bảo ổn định nhiệt độ. Ce hoạt động như tụ thông lọc tín hiệu tại cổng điều khiển, và Cout là tụ thông DC đầu ra.

Bằng cách sử dụng nhiều hơn ba giai đoạn pha shift RC, ví dụ như sử dụng 4 giai đoạn mỗi giai đoạn đóng góp 45° pha shift, ta có thể cải thiện thêm tính ổn định tần số của bộ dao động. Cấu hình này nhằm mục đích tinh chỉnh độ chính xác của tần số đầu ra.

Tần số (f) của bộ dao động pha shift RC có thể được biểu diễn theo công thức toán học sau:

Ở đây,Req biểu thị trở kháng tương đương được nhìn thấy bởi mạng tụ, và C là giá trị tụ trong mạng. Công thức này tóm lược mối quan hệ giữa giá trị của điện trở, tụ và tần số dao động kết quả của mạch.

Bộ tạo dao động dịch pha RC sử dụng Op-Amp.

Trong sơ đồ này, điện trở phản hồi Rf và điện trở R (đặt gần chân nghịch của bộ khuếch đại toán tử trong mạch) được sử dụng để xác định độ gia tăng của bộ dao động. Thiết kế bao gồm một mạng ba giai đoạn pha shift, bao gồm các điện trở (R) và tụ (C), tạo ra một pha shift 180°. Ngoài ra, chính bộ khuếch đại toán tử được kết nối theo chế độ nghịch đảo, đóng góp thêm một pha shift 180°. Do đó, ta đạt được pha shift tổng cộng là 360° giữa đầu vào và đầu ra.