Dao động pha dấu pha FET

Dao động pha dấu pha FET

Dao động pha dấu pha FET có nghĩa là gì

Một bộ dao động pha dấu pha là một mạch được thiết kế để tạo ra sóng sin. Nó sử dụng phản hồi, trong đó đầu ra được đưa trở lại đầu vào, gây ra sự thay đổi trong pha của sóng. Pha dấu pha tăng lên với tần số, đạt đến tối đa là 180 độ. Bộ dao động pha dấu pha có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, như được mô tả chi tiết dưới đây.

Hãy lấy bộ dao động pha dấu pha làm ví dụ cơ bản để minh họa nguyên tắc đã được thảo luận trong bài đăng trước đó. Mạch này được trình bày để rõ ràng hiển thị bộ khuếch đại và mạng phản hồi. Nó bao gồm một bộ khuếch đại FET chung nguồn, tiếp theo là một mạng pha dấu pha R-C ba phần. Cấp khuếch đại tự động với một điện trở nguồn được bỏ qua bằng một tụ Rs và một điện trở bias dòng dẫn RD. Đầu ra của phần cuối cùng được đưa trở lại cổng. Giả sử việc tải của mạng pha dấu pha lên bộ khuếch đại có thể xem như là không đáng kể, bộ khuếch đại tự tạo một pha dấu pha 180° giữa điện áp đầu ra tăng cường Vout và điện áp đầu vào Vin tại cổng. Mạng pha dấu pha R-C ba phần tạo ra một pha dấu pha bổ sung, là một hàm của tần số và bằng 180° ở một số tần số hoạt động. Tại tần số này, tổng pha dấu pha từ cổng xung quanh mạch và quay lại cổng sẽ chính xác là không. Tần số cụ thể này sẽ là tần số mà mạch sẽ dao động miễn là độ lớn của khuếch đại đủ lớn phản hồi điện áp tỷ lệ với điện áp đầu ra Vout và được cung cấp trong chuỗi với tín hiệu đầu vào tại cổng được sử dụng.

Tần số của đầu ra của bộ dao động phụ thuộc vào giá trị của các tụ C và các điện trở R được sử dụng trong mạng pha dấu pha. Sử dụng kỹ thuật phân tích mạch cơ bản RC, có thể chứng minh rằng mạng pha dấu pha là 180° khi Xc = √6 R hoặc 1 / 2∏fc = √6 R, đưa ra công thức tần số là f = 1 / 2∏ R c √6. Tần số có thể được điều chỉnh trong một phạm vi rộng nếu sử dụng tụ biến đổi. Ngoài ra, ngoài việc dịch pha, mạng R-C giảm điện áp đầu ra của bộ khuếch đại. Phân tích mạng cho thấy rằng khi pha dấu pha 180° cần thiết được đạt được, mạng này giảm điện áp đầu ra theo một hệ số là 1/29. Điều này có nghĩa là bộ khuếch đại phải có một độ gia tăng điện áp là 29 hoặc hơn. Khi độ gia tăng của bộ khuếch đại là 29 và hệ số phản hồi của mạng R-C, β= 1/29, thì độ gia tăng vòng truyền là β A = 1, pha dấu pha của bộ khuếch đại là - 180° kết hợp với pha dấu pha của mạng là + 180° tạo ra một pha dấu pha vòng truyền là không. Cả hai điều kiện này đều cần thiết để đáp ứng tiêu chí Barkhausen. Nếu độ gia tăng của bộ khuếch đại lớn hơn rất nhiều so với 29, hình dạng sóng đầu ra của bộ dao động có thể bị méo. Khi độ gia tăng chỉ lớn hơn 29 một chút, đầu ra thường là một sóng sin tương đối thuần khiết.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

Hiệu quả chi phí: Bộ dao động pha FET là một mạch kinh tế và đơn giản do sử dụng các điện trở và tụ, loại bỏ nhu cầu sử dụng cuộn cảm có giá trị lớn và đắt đỏ.
Ổn định tần số tốt: Bộ dao động này cung cấp sự ổn định tần số đáng tin cậy, giúp duy trì hiệu suất ổn định theo thời gian.
Sự đơn giản: Mạch dao động pha dấu pha đơn giản hơn so với mạch dao động cầu Wien vì nó không cần phản hồi tiêu cực và các thiết bị ổn định phức tạp.
Đầu ra hình sin: Đầu ra là sóng hình sin và tương đối không bị méo, đảm bảo một tín hiệu sạch sẽ.
Phạm vi tần số rộng: Bộ dao động này cung cấp một phạm vi tần số rộng, từ vài Hz đến vài trăm kHz, làm cho nó linh hoạt cho nhiều ứng dụng.
Phù hợp cho tần số thấp: Đặc biệt thích hợp cho tần số thấp, khoảng 1 Hz, có thể đạt được bằng cách sử dụng các giá trị lớn của điện trở và tụ.

Nhược điểm:

Đầu ra giới hạn: Đầu ra tương đối nhỏ do phản hồi thường khá khiêm tốn trong mạch.
Khó khăn trong việc khởi động dao động: Mạch có thể gặp khó khăn khi khởi động dao động, thường do phản hồi nhỏ.
Ổn định tần số so với Dao động Cầu Wien: Mặc dù ổn định, nhưng ổn định tần số của bộ dao động pha FET có thể không cao bằng so với dao động cầu Wien.
Yêu cầu điện áp cao: Yêu cầu một viên pin điện áp cao (12 V) để phát triển một điện áp phản hồi đủ lớn.

Ứng dụng:

Bộ dao động pha FET được sử dụng để tạo ra tín hiệu trên một phạm vi tần số rộng. Tần số có thể biến đổi từ vài Hz đến 200 Hz bằng cách sử dụng một bộ điện trở và ba tụ được ghép lại để biến đổi theo tỉ lệ 1:10. Tương tự, có thể đạt được các dải tần số khác nhau từ 200 Hz đến 2 kHz, 2 kHz đến 20 kHz và 20 kHz đến 200 kHz bằng cách sử dụng các bộ điện trở khác nhau. Điều này làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng điện tử nơi tần số có thể điều chỉnh là quan trọng.