Oscilador de cambio de fase RC: ¿cómo dar retroalimentación positiva?

Su premisa es incorrecta: "un oscilador requiere una retroalimentación positiva".

Hay dos requisitos para que un circuito amplificador oscile:

1. La retroalimentación general ("bucle") debe ser de 0 grados (o un múltiplo de los mismos, por ejemplo, 360, 720 grados).

2. Debe haber suficiente ganancia general para iniciar y mantener la oscilación. (Esto a veces se expresa como "La ganancia del bucle debe ser mayor que 1").

El comentarista anterior sugirió: "la señal habrá sido invertida una vez más por los RC". No es verdad. Las redes RC no pueden "invertir" una señal. Solo pueden retrasarlo o cambiarlo de fase. A efectos prácticos, el cambio de fase de una señal en 180 grados es casi equivalente a "invertir" la señal porque la inversión real (como a través de un amplificador inversor) también da como resultado un cambio de fase virtual de 180 grados, pero solo para formas de onda simétricas como ondas sinusoidales, triángulo wave y ondas cuadradas, pero no para ondas complejas como notas musicales y señales de voz. Tenga en cuenta esta distinción cuando analice osciladores y amplificadores.

Una red RC puede cambiar la fase de una onda sinusoidal de 0 a 90 grados. En el acto de cambiar de fase la señal, también reduce la amplitud de la señal. Dado que el cambio de fase de 90 grados está en los límites exteriores de la capacidad de cambio de fase de un RC, no podemos usar solo dos RC. Entonces, apilamos tres redes RC en serie y permitimos que cada una contribuya con 60 grados de cambio de fase, para un cambio de fase total de 180 grados (¡pero solo en una frecuencia específica!). Estas tres redes RC conectadas en serie también atenuarán la señal significativamente en la frecuencia específica. Esa atenuación debe compensarse con la ganancia del amplificador para cumplir con el requisito de oscilación n.º 2 de tener una ganancia de bucle superior a 1.

También es posible hacer osciladores usando 4, 5, 6 o más RC conectados en serie. Pero generalmente no hay una buena razón para adoptar este enfoque de diseño.

La inversión del amplificador proporciona los otros 180 grados de "cambio de fase". Entonces tenemos una retroalimentación de bucle total de 360 ​​grados o 0 grados, dependiendo de cómo se mire. Cualquiera de los casos cumplirá con el requisito de oscilación #1.

Por cierto, estos osciladores RC no son muy buenos para generar salidas sinusoidales puras. Para obtener la salida más similar a la sinusoidal, debe mantener la ganancia del amplificador lo suficientemente baja para que exceda lo necesario para mantener la oscilación (es decir, 1.000). Hágalo demasiado alto y la salida será una onda sinusoidal recortada, a menudo acercándose a una apariencia de onda cuadrada. Experimente con la ganancia para obtener una salida casi sinusoidal y asegúrese de que el oscilador se inicie de manera confiable. Cuanto menor sea la ganancia del amplificador, más lento y menos fiable se iniciará correctamente el oscilador. Encienda y apague el oscilador varias veces para asegurarse de que se iniciará de manera confiable cada vez que se aplique energía. También es una buena idea observar la envolvente de la oscilación en un osciloscopio a medida que aplica energía al circuito.

La señal de realimentación pasa por todas las redes RC: -

Cuando llegue a la entrada inversora, la señal habrá sido invertida una vez más por los RC. Cada RC (en promedio) agrega un cambio de fase de 60 grados a una frecuencia particular, por lo que, a solo una frecuencia particular, el sistema oscilará.

@ user41340: Para responder a su pregunta: "Comentarios positivos" no significa necesariamente que el no inv. El terminal de entrada opamp está conectado a la ruta de retroalimentación. Por ejemplo, hay circuitos basados ​​en opamp con retroalimentación negativa e inversión de fase DENTRO de la ruta de retroalimentación.

En el caso presente, tenemos tal cambio de fase dentro de la ruta de retroalimentación, y debido a que necesitamos retroalimentación POSITIVA, tenemos una conexión con el nodo de entrada inversor.

El último circuito, como se muestra, es una modificación del oscilador de cambio de fase clásico (que necesita una ganancia inversora de -29). Aquí hemos reemplazado la última sección de paso alto CR por un DIFERENCIADOR inversor (la R entre entrada negativa y tierra se puede omitir, no tiene influencia). Esta parte del circuito contribuye -90 grados al cambio de fase general.

Como consecuencia, las dos secciones CR restantes deben contribuir en total +90 grados. Por lo tanto, hay una sola frecuencia para la que tenemos retroalimentación positiva con un cambio de fase total de cero grados dentro del bucle. Esta es la frecuencia de oscilación. ¿Responde esto a tu pregunta?