आरसी चरण पारी थरथरानवाला

थरथरानवाला क्या है?

एक थरथरानवाला एक यांत्रिक या इलेक्ट्रॉनिक निर्माण है जो कुछ चर के आधार पर दोलन पैदा करता है। हम सभी के पास ऐसे उपकरण होते हैं, जिन्हें ऑसिलेटर्स, पारंपरिक घड़ी की आवश्यकता होती है, जो कि हम सभी के घर में एक दीवार घड़ी या कलाई घड़ी, विभिन्न प्रकार के मेटल डिटेक्टरों, कंप्यूटरों में होते हैं, जिनमें माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर शामिल होते हैं, सभी ऑसिलेटर का उपयोग करते हैं, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स थरथरानवाला जो आवधिक संकेतों का उत्पादन करता है।

आरसी थरथरानवाला और चरण:

जैसा कि हम RC ऑसिलेटर के बारे में चर्चा करते हैं, और जैसा कि इसे चरण शिफ्ट ऑसिलेटर के रूप में भी जाना जाता है, हमें चरण के बारे में एक उचित समझ की आवश्यकता है । देखिये ये छवि: -

यदि हम उपरोक्त साइनसोइडल तरंग को इस तरह देखते हैं तो हम स्पष्ट रूप से देखेंगे कि सिग्नल का शुरुआती बिंदु चरण में 0 डिग्री है, और उसके बाद संकेत के प्रत्येक शिखर बिंदु को सकारात्मक से 0 तक फिर नकारात्मक बिंदु फिर 0 से क्रमशः 90 के रूप में दर्शाया गया है। डिग्री, 180 डिग्री, 270 डिग्री और चरण की स्थिति में 360 डिग्री।

चरण 360 डिग्री संदर्भ में एक साइनसोइडल तरंग की पूर्ण चक्र अवधि है।

अब बिना देरी किए आइए देखते हैं कि चरण परिवर्तन क्या है?

अगर हम sinusoidal तरंग को 0 डिग्री के अलावा दूसरे चरण के शुरुआती चरण में शिफ्ट करते हैं। हम अगली छवि में चरण बदलाव को समझेंगे।

इस छवि में, दो एसी साइनसॉइडल सिग्नल वेव प्रस्तुत किए गए हैं, पहले ग्रीन साइनसॉइडल तरंग 360 डिग्री चरण में है, लेकिन लाल जो पहले की प्रतिकृति है, रीड सिग्नल ग्रीन सिग्नल के चरण से 90 डिग्री बाहर है ।

आरसी थरथरानवाला का उपयोग करके हम एक साइनसोइडल सिग्नल के चरण को स्थानांतरित कर सकते हैं।

आरसी थरथरानवाला सर्किट का उपयोग कर चरण बदलाव:

आरसी का मतलब है रिसिस्टर और कैपेसिटर । हम केवल एक प्रतिरोधक और एक संधारित्र गठन का उपयोग करके केवल एक चरण शिफ्ट रेसिस्टर-कैपेसिटर नेटवर्क बना सकते हैं।

जैसा कि हाई पास फिल्टर ट्यूटोरियल में देखा गया है, वही सर्किट यहां लागू होता है। एक ठेठ आरसी चरण शिफ्ट थरथरानवाला श्रृंखला में एक संधारित्र द्वारा समानांतर में एक रोकनेवाला के साथ उत्पादन किया जा सकता है।

यह एक एकल पोल चरण शिफ्ट नेटवर्क है; सर्किट पैसिव हाई पास फिल्टर के समान है। सैद्धांतिक रूप से अगर हम इस आरसी नेटवर्क में एक चरण संकेत में लागू करते हैं तो आउटपुट चरण बिल्कुल 90 डिग्री तक स्थानांतरित हो जाएगा। लेकिन अगर हम इसे वास्तविकता में आज़माते हैं और चरण शिफ्ट की जाँच करते हैं, तो हम 60 डिग्री से 90 डिग्री से कम चरण की पारी प्राप्त करते हैं। यह आवृत्ति पर निर्भर करता है, और घटक सहिष्णुता जो वास्तविकता में प्रतिकूल प्रभाव पैदा करते हैं। जैसा कि हम सभी जानते हैं कि कुछ भी सही नहीं है, वास्तविक की तुलना में वास्तविक या तथाकथित मूल्यों की तुलना में कुछ अंतर होना चाहिए। तापमान और अन्य बाहरी निर्भरता सटीक 90 डिग्री चरण पारी को प्राप्त करने के लिए कठिनाइयों का निर्माण करती है, 45 डिग्री सामान्य रूप से होती है, 60 डिग्री सामान्य है आवृत्तियों के आधार पर और 90 डिग्री प्राप्त करना कई मामलों में बहुत मुश्किल काम है।

जैसा कि हाई पास ट्यूटोरियल में चर्चा की गई है, हम उसी सर्किट का निर्माण करेंगे और उसी सर्किट के चरण शिफ्ट के बारे में जांच करेंगे।

घटक मूल्यों के साथ उस हाई पास फिल्टर का सर्किट नीचे की छवि में है: -

यह वह उदाहरण है जिसका हमने पिछले निष्क्रिय उच्च पास फिल्टर ट्यूटोरियल में उपयोग किया था। यह 4.9 KHz की बैंडविड्थ का उत्पादन करेगा। यदि हम कोने की आवृत्ति की जांच करते हैं, तो हम ओसीलेटर के आउटपुट में चरण कोण की पहचान करेंगे।

अब हम देख सकते हैं कि फेज शिफ्ट को 90 डिग्री से शुरू किया गया है जो कि आरसी ऑसिलेटर नेटवर्क द्वारा अधिकतम फेज शिफ्ट है लेकिन कॉर्नर फ्रिक्वेंसी के बिंदु पर फेज शिफ्ट 45 डिग्री है।

अब इस तथ्य पर विचार करते हुए कि चरण परिवर्तन 90 डिग्री है या यदि हम एक विशेष तरीके की तरह ऑसिलेटर सर्किटरी निर्माण का चयन करते हैं जो 90 डिग्री चरण बदलाव का उत्पादन करेगा तो सर्किट खराब सीमा स्थिरीकरण कारक के कारण सीमा सीमा में अपनी प्रतिरक्षा खो देगा। जैसा कि हम 90 डिग्री के बिंदु पर कल्पना कर सकते हैं जहां वक्र 10Hz या लोअर से 100Hz की तरह शुरू हुआ लगभग सपाट है। इसका मतलब है कि अगर घटक सहिष्णुता, तापमान, अन्य अपरिहार्य परिस्थितियों के कारण थरथरानवाला की आवृत्ति थोड़ी बदल गई, तो चरण बदलाव नहीं होगा। यह एक अच्छा विकल्प नहीं है। इसलिए हम विचार करते हैं कि 60 डिग्री या 45 डिग्री सिंगल पोल आर सी नेटवर्क थरथरानवाला के लिए स्वीकार्य चरण बदलाव है । फ्रीक्वेंसी स्थिरता में सुधार होगा।

कई आरसी फिल्टर कैस्केडिंग:

कैस्केड थ्री आरसी फिल्टर:

इस तथ्य पर विचार करके कि हम 90 डिग्री के बजाय केवल 60 डिग्री फेज शिफ्ट हासिल नहीं कर सकते हैं, हम तीन आरसी फिल्टर (यदि आरसी ऑसिलेटर्स द्वारा फेज 60 डिग्री है) या श्रृंखला में चार फिल्टर कैस्केडिंग कर सकते हैं (यदि फेज शिफ्ट हो तो) प्रत्येक आरसी ऑसिलेटर्स द्वारा 45 डिग्री) और 180 डिग्री प्राप्त करें।

इस छवि में तीन आरसी ऑसिलेटर ने कैस्केड किया और हर बार 60 डिग्री फेज शिफ्ट जोड़ा गया और आखिरकार तीसरे चरण के बाद हमें 180 डिग्री फेज शिफ्ट मिलेगा।

हम सिमुलेशन सर्किट में इस सर्किटरी का निर्माण करेंगे और सर्किट्री के इनपुट और आउटपुट वेव फॉर्म को देखेंगे।

वीडियो में आने से पहले सर्किटरी की छवि देखें और ऑसिलोस्कोप कनेक्शन को भी देखें।

ऊपरी छवि में हमने 100pF संधारित्र और 330k प्रतिरोधक मूल्य का उपयोग किया है। आस्टसीलस्कप इनपुट वीआईएसएन (ए / येलो चैनल), पहले पोल आउटपुट (बी / ब्लू चैनल), 2 ^{एन डी} पोल आउटपुट

(सी / रेड चैनल) और तीसरे पोल (डी / ग्रीन चैनल) पर अंतिम आउटपुट में जुड़ा हुआ है ।

हम वीडियो में सिमुलेशन देखेंगे और पहले पोल में 60 डिग्री, दूसरे पोल पर 120 डिग्री और तीसरे पोल पर 180 डिग्री में चरण परिवर्तन देखेंगे। साथ ही सिग्नल का आयाम कदम दर कदम कम होगा।

1 ^सेंट ध्रुव आयाम> दूसरा ध्रुव आयाम> तीसरा ध्रुव आयाम । अधिक हम अंतिम ध्रुव की ओर जाते हैं, संकेत के आयाम के घटने में कमी होती है।

अब हम देखेंगे सिमुलेशन वीडियो: -

यह स्पष्ट रूप से दिखाया गया है कि हर पोल सक्रिय रूप से चरण शिफ्ट को बदल रहा है और अंतिम आउटपुट पर इसे 180 डिग्री पर स्थानांतरित कर दिया गया है।

कैस्केड चार RC फ़िल्टर:

अगली छवि में चार आरसी चरण शिफ्ट थरथरानवाला का उपयोग 45-डिग्री चरण शिफ्ट के साथ किया गया है , जो आरसी नेटवर्क के अंत में 180-डिग्री चरण पारी का उत्पादन करता है ।

ट्रांजिस्टर के साथ आरसी चरण शिफ्ट थरथरानवाला:

यह सभी आरसी थरथरानवाला में निष्क्रिय तत्व या घटक हैं। हम 180 डिग्री की चरण पारी प्राप्त करते हैं। अगर हम 360 डिग्री फेज शिफ्ट करना चाहते हैं तो एक सक्रिय कंपोनेंट की आवश्यकता होती है जो अतिरिक्त 180 डिग्री फेज शिफ्ट का उत्पादन करे। यह एक ट्रांजिस्टर या एम्पलीफायर द्वारा किया जाता है और इसके लिए अतिरिक्त आपूर्ति वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

इस छवि में एक एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग 180 डिग्री के चरण शिफ्ट का उत्पादन करने के लिए किया जाता है जबकि C1R1 C2R2 C3R3 60 डिग्री चरण की देरी का उत्पादन करेगा। तो इस तीन 60 + 60 + 60 = 180 डिग्री चरण शिफ्ट को जमा करते हुए दूसरी तरफ ट्रांजिस्टर द्वारा एक और 180 डिग्री जोड़कर कुल 360 डिग्री चरण पारी बनाई जाती है। हमें C5 इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के पार 360 डिग्री फेज मिलेगा । यदि हम कैपेसिटर मान को बदलने के लिए इस एक तरीके की आवृत्ति को बदलना चाहते हैं या व्यक्तिगत निर्धारित कैपेसिटर को समाप्त करके व्यक्तिगत रूप से उन तीन ध्रुवों में एक चर प्रीसेट संधारित्र का उपयोग करना चाहते हैं।

उस तीन पोल आरसी नेटवर्क का उपयोग करके एम्पलीफायर को वापस ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक प्रतिक्रिया कनेक्शन बनाया जाता है। यह स्थिर सकारात्मक दोलन के लिए और साइनसोइडल वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए आवश्यक है। के कारण

प्रतिक्रिया कनेक्शन या विन्यास, आर सी दोलक एक प्रतिक्रिया प्रकार दोलक है ।

1921 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक जॉर्ज बार्कहॉसन ने फीडबैक लूप में चरण पारियों के बीच संबंध का निर्धारण करने के लिए "बार्कहाउज़ेन मानदंड" की शुरुआत की। कसौटी के अनुसार, सर्किट केवल दोलन करेगा यदि फीडबैक लूप के चारों ओर चरण पारी 360 डिग्री के बराबर या एकाधिक है और लूप का लाभ एक के बराबर है। यदि चरण पारी वांछित आवृत्ति पर सटीक है और फीडबैक लूप 360-डिग्री दोलन बनाता है तो आउटपुट साइन लहर होगा। आरसी फिल्टर इस उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए कार्य करता है।

आरसी थरथरानवाला की आवृत्ति:

हम आसानी से इस समीकरण का उपयोग कर दोलन की आवृत्ति निर्धारित कर सकते हैं: -

जहां,

आर = प्रतिरोध (ओम)

सी = कैपेसिटेंस

एन = आरसी नेटवर्क की संख्या का उपयोग किया जाएगा

यह फॉर्मूला हाई पास फिल्टर से संबंधित डिजाइन के लिए उपयोग किया जाता है, हम कम पास फिल्टर का भी उपयोग कर सकते हैं और चरण शिफ्ट नकारात्मक होगा। ऐसे मामले में ऊपरी सूत्र थरथरानवाला की आवृत्ति की गणना करने के लिए काम नहीं करेगा, विभिन्न सूत्र लागू होंगे।

जहां,

आर = प्रतिरोध (ओम)

सी = कैपेसिटेंस

एन = आरसी नेटवर्क की संख्या का उपयोग किया जाएगा

Op-amp के साथ RC चरण शिफ्ट थरथरानवाला:

जैसा कि हम ट्रांजिस्टर यानी BJT का उपयोग करके आरसी चरण शिफ्ट थरथरानवाला का निर्माण कर सकते हैं, साथ ही ट्रांजिस्टर के साथ अन्य सीमाएं भी हैं।

1. यह कम आवृत्तियों के लिए स्थिर है।
2. केवल एक BJT आउटपुट तरंग के आयाम का उपयोग करना सही नहीं है, इसे तरंग के स्थिर आयाम के लिए अतिरिक्त सर्किटरी की आवश्यकता होती है।
3. आवृत्ति सटीकता सही नहीं है और यह शोर हस्तक्षेप के लिए प्रतिरक्षा नहीं है।
4. प्रतिकूल प्रभाव लोड हो रहा है। कैसकेड के गठन के कारण दूसरे पोल के इनपुट प्रतिबाधा पहले पोल फिल्टर के प्रतिरोधों के प्रतिरोध गुणों को बदलते हैं। अधिक फ़िल्टर कैस्केड किए गए और अधिक स्थिति खराब हो जाती है क्योंकि यह परिकलित चरण शिफ्ट ऑसिलेटर आवृत्ति की सटीकता को प्रभावित करेगा।

रोकनेवाला और संधारित्र में क्षीणन के कारण, प्रत्येक चरण में नुकसान बढ़ जाता है और कुल नुकसान इनपुट सिग्नल के 1/29 ^वें के कुल नुकसान का लगभग होता है।

जैसा कि सर्किट 1/29 ^{वें स्थान पर होता है,} हमें नुकसान को ठीक करने की आवश्यकता होती है।

यह बीजेटी को ओप-amp के साथ बदलने का समय है । हम उस चार कमियों को भी ठीक कर सकते हैं और अगर हम BJT के बजाय op-amp का उपयोग करते हैं तो नियंत्रण पर अधिक हेडरूम प्राप्त कर सकते हैं। उच्च इनपुट प्रतिबाधा के कारण लोडिंग प्रभाव भी प्रभावी रूप से नियंत्रित होता है क्योंकि ऑप-एम्प इनपुट प्रतिबाधा समग्र लोडिंग प्रभाव को बढ़ावा देती है।

अब और संशोधन के बिना बीजेटी को ओप-एएमपी के साथ बदल दें और देखें कि ओपी-amp का उपयोग करके आरसी ऑसिलेटर का सर्किटरी या योजनाबद्ध क्या होगा।

जैसा कि हम देख सकते हैं, जस्ट बीजेटी को एक उल्टे ऑप-एम्प के साथ बदल दिया गया। फीडबैक लूप पहले पोल आरसी थरथरानवाला से जुड़ा हुआ है और ऑप-amp उल्टे इनपुट पिन को खिलाता है। इस उल्टे फीडबैक कनेक्शन के कारण, ऑप-एम्प 180-डिग्री चरण पारी का उत्पादन करेगा । अतिरिक्त 180-डिग्री चरण पारी तीन आरसी चरणों द्वारा प्रदान की जाएगी। हमें ऑप-एम्प फर्स्ट पिन में 360 डिग्री फेज शिफ्टेड वेव का वांछित आउटपुट मिलेगा जिसे OSC आउट नाम दिया गया है। R4 का उपयोग op- amp के लाभ मुआवजे के लिए किया जाता है। हम उच्च आवृत्ति दोलन आउटपुट प्राप्त करने के लिए सर्किट्री को ट्विस्ट कर सकते हैं लेकिन ऑप-एम्प की आवृत्ति रेंज बैंडविड्थ के आधार पर।

इसके अलावा, वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए हमें op-amp के दौरान 29 ^वें गुणा अधिक आयाम प्राप्त करने के लिए लाभ अवरोधक R4 की गणना करने की आवश्यकता है क्योंकि हमें RC चरणों में 1/29 ^वें के नुकसान के साथ क्षतिपूर्ति करने की आवश्यकता है ।

आइए देखें, हम वास्तविक घटकों के मूल्य के साथ एक सर्किट बनाएंगे और देखें कि आरसी चरण शिफ्ट थरथरानवाला का नकली आउटपुट क्या होगा।

हम 10k ओम प्रतिरोध और 500pF संधारित्र का उपयोग करेंगे और दोलन की आवृत्ति निर्धारित करेंगे। हम लाभ अवरोधक के मूल्य की भी गणना करेंगे।

एन = 3, 3 चरणों के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा।

R = 10000, 10k ओम के रूप में बदलकर ओम

C = 500 x 10 ^-12 संधारित्र मान 500pF है

आउटपुट 12995Hz है या अपेक्षाकृत नज़दीकी मूल्य 13 KHz है।

चूंकि ऑप-एम्पी गेन की आवश्यकता 29 ^वें गुणा है, इस रेज़िस्टर का उपयोग करके लाभ रेज़र की गणना की जाती है: -

लाभ = R f / R 29 = R f / 10k R f = 290k

यह कैसे चरण पारी थरथरानवाला आरसी घटकों और Op-amp का उपयोग कर बनाया गया है ।

RC फेज शिफ्ट थरथरानवाला के अनुप्रयोगों में एम्पलीफायरों को शामिल किया जाता है जहाँ ऑडियो ट्रांसफ़ॉर्मर का उपयोग किया जाता है और विभेदक ऑडियो सिग्नल की आवश्यकता होती है लेकिन इनवर्टेड सिग्नल उपलब्ध नहीं होता है, या यदि किसी भी एप्लिकेशन के लिए AC सिग्नल स्रोत की आवश्यकता होती है तो RC फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, सिग्नल जनरेटर या फ़ंक्शन जनरेटर आरसी चरण शिफ्ट ऑसिलेटर का उपयोग करते हैं।