Funktion des RC-Phasenverschiebungsoszillators?

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Abbildung zeigt einen RC-Phasenverschiebungsoszillator mit Operationsverstärker mit Verstärkung 5 (Vo/Vi).

Meine Vermutung: Die Schaltung erzeugt eine Sinuswelle mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 10 V.

Betrachten Sie den positiven Maximalpunkt (+5 V) am Ausgang. Ein Bruchteil dieser Spannung wird mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad in den invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers eingespeist. dh -1 V (um 180 Grad phasenverschobener Wert 1/5 von 5, dh Barkhausen-Kriterien) erreicht den negativen Anschluss des Operationsverstärkers. Diese -1 V werden erneut vom Operationsverstärker verstärkt und wir erhalten +5 V am Ausgang. Das bedeutet, dass dies ein stabiler Zustand ist.

Warum schwingt dann die Ausgangsspannung?

Antworten (3)

Eine stabile Schwingung liegt vor, wenn das Barkhausen-Kriterium für Schwingungen erfüllt ist.

Dh:

  • Schleifenverstärkung ist 1
  • Die (Gesamt-) Schleifenphasenverschiebung beträgt 0 ° (oder 360 ° oder ein ganzzahliges Vielfaches von 360 °):
    In dieser Schaltung gibt es eine Phasenverschiebung von 180 ° durch den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und weitere 180 ° durch das resultierende Phasenverschiebungsnetzwerk in 360° für genau eine Frequenz.

Der Ausgang oszilliert, weil es einige Zeit dauert, bis sich die Änderungen der Ausgangsspannung durch den Filter ausbreiten.

0 Phasenverschiebung bedeutet, dass es keine Verzögerung gibt. Habe ich recht ?
nicht notwendigerweise, da eine 360-Grad-Verzögerung auch eine Phasenverschiebung von Null aufweist.

Tollin - Sie können keinen einzigen Moment erfassen (Beispiel: Warum glauben Sie, dass +5 V am Ausgang -1 V am inv. Eingang erzeugen?).

Vielmehr muss man den stationären Zustand betrachten - und jetzt kommt der Barkhausensche Schwingungszustand ins Spiel: Eine Schaltung mit Rückkopplung kann schwingen, wenn die Schleifenverstärkung um die gesamte Schleife herum Eins ist (Betrag Eins, Phase=0) für einen nur Einzelfrequenz. Das Rückkopplungsnetzwerk in Ihrer Schaltung erzeugt eine Phasenverschiebung von -180 Grad bei einer einzigen Frequenz - und die Dämpfung bei dieser Frequenz beträgt 1/29. Wenn Sie also die Schleife mit einem invertierenden Verstärker (Verstärkung von -29) schließen, erfüllen Sie die genannte Bedingung und die Schaltung schwingt.

Anmerkung : Der oben genannte Faktor von 1/29 gilt, wenn R=R1=R2=R3 und C1=C2=C3 und Rfb=29*R

Nach Barkhausen-Kriterien sollte die Schleifenverstärkung 1 sein. Ich habe bereits die Verstärkung des Verstärkers als 5 angenommen, daher muss die Verstärkung des Rückkopplungsnetzwerks 1/5 betragen, da die Ausgangsspannung 5 V beträgt, 1/5 von 5, dh 1 V, das Eingangsende erreichen. Da eine Phasenverschiebung von 180 Grad vorhanden ist, beträgt der Rückkopplungswert -1 V.
....aber es ist nicht 1/5 bei der Frequenz, die eine Phasenverschiebung von -180 Grad erzeugt. Sie können nicht einfach etwas „annehmen“, was elektronischen Regeln widerspricht. Tatsächlich ist es 1/29.
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