¿Es correcto este diseño de oscilador de cambio de fase?

Encontré este diseño en internet. Es un oscilador de cambio de fase de 180 grados.ingrese la descripción de la imagen aquí

En realidad, es un oscilador de cambio de fase de 203 grados. Porque la frecuencia es de 6,5 kHz y la impedancia capacitiva es de 24485,37 ohmios. Entonces, el cambio de fase de cada etapa será de 67 grados, no de 60 grados.

El cambio de fase total de las tres etapas del filtro de paso alto es de 203 grados.

¿Está bien tener más de 180 grados de cambio de fase?

Si está bien, ¿cuál es el rango permitido? ¿Cómo sé el rango en el que oscila el circuito?

Un montón de buenas respuestas. Si desea construir esto, necesita algún tipo de AGC, de lo contrario, no oscilará o golpeará los rieles de alimentación, y luego obtendrá una frecuencia ligeramente diferente.

Respuestas (5)

No, no es el oscilador de cambio de fase clásico. La resistencia del inv. la entrada a tierra no tiene sentido. Debe ser reemplazado por una resistencia en serie (en serie con la última C) para permitir una ganancia de aplicación. -29 (o un poco más grande).

(Por cierto: el enlace de Internet al que se hace referencia contiene más errores similares. No confíes ciegamente en las fuentes de Internet).

Sin embargo, el circuito puede oscilar según otro principio: el amplificador operacional funciona como un "diferenciador" inversor (contraparte de un integrador) con un cambio de fase, más o menos, constante de -90 grados. Ambas cadenas CR deben producir +90 grados a la frecuencia de oscilación deseada. Pero debe enfatizarse que un oscilador con bloques de paso bajo RC (en lugar de elementos de paso alto CR), junto con un integrador inversor, tiene propiedades mucho mejores (¡ruido!).

EDITAR: La frecuencia de oscilación es w=1/(RC*SQRT(3)) y el criterio de oscilación se cumple para Rfeedback=12*R .

EDIT2: Aquí está la ganancia del bucle:

T(s)=s³R²RfC²/(1+s*4RC+s²*3R²C²) ; Rf = resistencia de retroalimentación.

Al configurar s=jw, encuentra la frecuencia de oscilación para T(s)=real (lo que significa: el denominador debe ser imaginario, porque el numerador es imag.).

EDIT3: En general, hay 4 tipos diferentes de osciladores de cambio de fase:

  • Tres etapas CR con una etapa de ganancia negativa
  • Dos etapas CR y una etapa diferenciadora inversora (su caso)
  • Tres etapas RC y una etapa de ganancia negativa
  • Dos etapas RC y un integrador inversor.

Se ha comprobado que las dos últimas alternativas son las mejores.

te refieres a que ambas cadenas CR deben producir +60 grados... ¿y tú?
¿Y el opamp funciona con cambio de fase de 180 grados?
No, como mencioné, el diferenciador inversor produce - (+90) = -90 grados y ambos elementos CR deben producir juntos +90 grados para un cambio de fase de bucle total de 0 grados.
Michael: para su información: en teoría, un circuito diferenciador produce un cambio de fase de +90 grados. aquí tenemos un circuito inversor con -180de+90 grados=-90 grados. Debido a que necesitamos un cambio de fase TOTAL de 0 grados, ambas etapas CR contribuyen JUNTAS +90 grados (no cada una +45 grados porque no están desacopladas entre sí). Puedo darle la fórmula de ganancia de bucle (para el bucle abierto) en EDIT2.
Muchas gracias por la respuesta. Es realmente útil. Tenías razón cuando dijiste: "El autor ha mezclado dos principios de circuito diferentes". Simulé el circuito, su ecuación de frecuencia y criterio de oscilación funcionan. La ecuación del autor no funciona con su criterio de oscilación. Gracias de nuevo por tu respuesta, eres maravilloso!!
Con o sin la resistencia entre el inv. entrada y tierra? Debería funcionar en ambos casos. La resistencia no es necesaria, pero puede estabilizar el bloque opamp si el margen de fase es demasiado pequeño.
Con la resistencia entre el inv. entrada y tierra. Era como el circuito que se muestra en la pregunta.
Bueno, ningún problema. Pero puedes quitar esta resistencia. Recuerde el principio de "terreno virtual". Una resistencia entre tierra "virtual" y tierra "real" no tiene efecto sobre la oscilación. Pero puede mejorar el margen de fase como se mencionó.

Las otras dos respuestas son correctas, pero puede encontrar los números instructivos.

Empecemos por la salida del condensador de la derecha. Alimenta una carga de muy alta impedancia y el cambio de fase a través de la tapa es, como sugieres, de unos 67 grados (67,8, en realidad).

La siguiente tapa a la izquierda es un poco diferente. Su salida alimenta la red CR que acabamos de mencionar, y esto afecta el cambio de fase. Su cambio de fase será de 56,3 grados.

La tapa de la izquierda es como la del medio, pero aún más, ya que tiene 2 secciones RC cargando la salida, aunque la sección de la derecha no tiene mucho efecto añadido. El cambio de fase a través de este límite es de 55,8 grados.

El cambio de fase total a través de las 3 tapas es entonces

ϕ = 55,8 + 56.3 + 67.8 = 179.9  grados
que está lo suficientemente cerca, dados los errores de redondeo en los cambios de fase de 3 componentes.

Entonces, la fórmula dada en el enlace funciona, y su preocupación fue infundada. Su cálculo de impedancia fue correcto, pero no tuvo en cuenta la complejidad de una red de varias etapas. El sitio web que vinculó lo hizo.

EDITAR - Una ligera corrección. "El sitio web que vinculó lo hizo". es sólo parcialmente correcta. Los cálculos generales del cambio de fase se realizaron correctamente, pero la ilustración fue descuidada. Esto probablemente se deba a que el autor de la página web nunca calculó los cambios de fase, sino que dependió de las fórmulas. Probablemente simplemente dio por sentado que los cambios de fase individuales eran iguales, que es el punto de partida para los cálculos. Trabajo descuidado, pero este tipo de cosas es bastante común para la información presentada para principiantes. Es posible que el autor supiera que los cambios de fase son diferentes, pero sintió que agregar esto complicaría demasiado los principios. El término técnico para este tipo de exposición didáctica es "Mentiras a los niños".

Creo que las fórmulas que se dan en el documento vinculado NO funcionan para el circuito que se muestra. El autor ha mezclado dos principios de circuitos diferentes.
Prefiero el término risas de escalera de Wittgenstain
Pude calcular correctamente el cambio de fase de 67,8 grados para la primera etapa, pero tengo problemas para calcular el cambio de fase para las próximas dos etapas. ¿Podrías compartir cómo calculaste esos valores?

Tiene razón en que el cambio de fase de una sola etapa RC que usa 1nF y 10kΩ es 67 ° a 6.5kHz.

Si observa la misma página a la que se vinculó, notará una fórmula que da el resultado correcto:

F = 1 2 π R C 2 norte

Creo que su pregunta es equivalente a preguntar por qué la fórmula anterior no es simplemente

F = ? 1 2 π R C norte

La razón es que cuando conecta en cascada más de 1 etapa RC, la impedancia de las siguientes etapas carga la etapa anterior . La fórmula de retraso de fase simple solo se aplica cuando se maneja una alta impedancia (por ejemplo, una entrada de amplificador operacional). No resolveré las matemáticas, pero podría comenzar con la fórmula en el artículo del oscilador de cambio de fase de Wikipedia .

Sí, está bien diseñado.

Los valores teóricos reales son irrelevantes, puede calcular un Zc de 24485,37 ohmios, pero dado que los condensadores y las resistencias típicos tienen una tolerancia del 5% en su valor, ser tan preciso no tiene sentido .

La topología de diseño del circuito se asegurará de que oscile. Seguro que no exactamente a los 6,5 kHz que calculó, sino a la frecuencia donde el cambio de fase total (excluyendo opamp) es de 180 grados porque eso es lo que lo hace oscilar.

Prefiero pensar que el cambio de fase total debe ser de 0 grados (resp. 360 grados) para que un circuito oscile. Y el diferenciador (inversor) puede contribuir solo a -90 grados.
Estás olvidando que el amplificador operacional agrega 180 grados a medida que retroalimentamos la entrada inversora.
No, no olvidé la propiedad inversora del opamp. El opamp no funciona como un amplificador, sino como un circuito diferencial inversor con un cambio de fase de -90 grados. El resto del cambio de fase necesario (para un total de cero) lo proporcionan las dos primeras etapas CR.

No puede ser un oscilador de cambio de fase de 203°.
No importa qué valores de R y C tenga, siempre permanecerá como un oscilador de cambio de fase de 180°.

Si el valor de la frecuencia no da como resultado un cambio de fase de 180° para los valores dados de Rs y Cs, entonces no es el valor del cambio de fase el que está mal, sino la frecuencia. El 180° determina la frecuencia. No es la frecuencia la que determina el cambio de fase.
Supongo que el valor de 6,5 kHz es solo una aproximación.

De acuerdo con el criterio de estabilidad de Barkhausen, si un amplificador con realimentación positiva oscila estable, el cambio de fase es siempre de 360° (o un múltiplo).
En este circuito, 180° ya son aportados por el amplificador inversor, de modo que 360° - 180° = 180° necesariamente tienen que ser aportados por la red RC triple.