फेज-शिफ्ट दोलक

फेज-शिफ्ट दोलक रैखिक इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला परिपथ है जो साइन लहर आउटपुट उत्पन्न करता है। इसमें उलटा एम्पलीफायर तत्व होता है जैसे कि एक ट्रांजिस्टर या ऑप एम्प जिसका एक आउटपुट फेज-शिफ्ट नेटवर्क के माध्यम से अपने इनपुट पर वापस आ जाता है जिसमें एक सीढ़ी नेटवर्क में प्रतिरोधक और संधारित्र होते हैं। प्रतिक्रिया नेटवर्क सकारात्मक प्रतिक्रिया देने के लिए दोलन आवृत्ति पर 180 डिग्री द्वारा एम्पलीफायर आउटपुट के चरण को 'शिफ्ट' करता है। फेज-शिफ्ट दोलक का उपयोग अक्सर ऑडियो आवृत्ति पर ऑडियो थरथरानवाला के रूप में किया जाता है।

फ़िल्टर एक चरण परिवर्तन उत्पन्न करता है जो आवृत्ति के साथ बढ़ता है। इसमें उच्च आवृत्तियों पर 180 डिग्री से अधिक की अधिकतम फेज शिफ्ट होनी चाहिए जिससे वांछित दोलन आवृत्ति पर फेज शिफ्ट 180 डिग्री हो सके। सबसे आम चरण-शिफ्ट नेटवर्क तीन समान प्रतिरोधी-संधारित्र चरणों को कैस्केड करता है जो कम आवृत्तियों पर शून्य की चरण बदलाव और उच्च आवृत्तियों पर 270 डिग्री का उत्पादन करता है।

प्रथम एकीकृत परिपथ 1958 में जैक किल्बी द्वारा आविष्कृत एक फेज शिफ्ट दोलक था।

कार्यान्वयन

BJT का उपयोग करके फेज-शिफ्ट दोलक के लिए परिपथ आरेख

द्विध्रुवी कार्यान्वयन

यह योजनाबद्ध आरेख प्रवर्धक के रूप में एक सामान्य-उत्सर्जक जुड़े द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का उपयोग करके थरथरानवाला दिखाता है। दो प्रतिरोधक आर और तीन कैपेसिटर सी आरसी फेज-शिफ्ट नेटवर्क बनाते हैं जो कलेक्टर से ट्रांजिस्टर के आधार तक प्रतिक्रिया प्रदान करता है। प्रतिरोधक आर_b बेस बायस करंट प्रदान करता है। रोकनेवाला आर_c कलेक्टर करंट के लिए कलेक्टर लोड प्रतिरोधक है। प्रतिरोधक आर_s परिपथ को बाहरी भार से अलग करता है।

JFET का उपयोग करके फेज-शिफ्ट दोलक के लिए परिपथ आरेख

एफईटी कार्यान्वयन

यह परिपथफील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर के साथ दोलक को लागू करता है। आर₁, आर₂, आर_s, और सी_s ट्रांजिस्टर के लिए पूर्वाग्रह (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) प्रदान करते हैं। ध्यान दें कि सकारात्मक प्रतिक्रिया के लिए प्रयुक्त टोपोलॉजी वोल्टेज श्रृंखला प्रतिक्रिया है।

ऑप-एम्प कार्यान्वयन

ऑप-एम्प का उपयोग करते हुए फेज-शिफ्ट दोलक के लिए परिपथ आरेख

आरेख में दिखाए गए चरण-शिफ्ट दोलक का कार्यान्वयन परिचालन प्रवर्धक (op-amp), तीन कैपेसिटर और चार प्रतिरोधों का उपयोग करता है।

दोलन आवृत्ति और दोलन मानदंड के लिए परिपथ के मॉडलिंग समीकरण जटिल हैं क्योंकि प्रत्येक आरसी चरण पिछले वाले को लोड करता है। एक आदर्श एंप्लीफायर मानते हुए, बहुत कम आउटपुट प्रतिबाधा और बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा के साथ, दोलन आवृत्ति है:

$f_{\mathrm {oscillation} }={\frac {1}{2\pi {\sqrt {R_{2}R_{3}(C_{1}C_{2}+C_{1}C_{3}+C_{2}C_{3})+R_{1}R_{3}(C_{1}C_{2}+C_{1}C_{3})+R_{1}R_{2}C_{1}C_{2}}}}}$

दोलन को बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया अवरोधक है:

${\begin{aligned}R_{\mathrm {fb} }=&2(R_{1}+R_{2}+R_{3})+{\frac {2R_{1}R_{3}}{R_{2}}}+{\frac {C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}+C_{3}R_{3}}{C_{1}}}\\&+{\frac {2C_{1}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{3}R_{3}}{C_{2}}}+{\frac {2C_{1}R_{1}+2C_{2}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}}{C_{3}}}\\&+{\frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{3}R_{1}R_{3}}{C_{2}R_{2}}}+{\frac {C_{2}R_{1}R_{3}+C_{1}R_{1}^{2}}{C_{3}R_{2}}}+{\frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{1}R_{1}R_{2}+C_{2}R_{1}R_{2}}{C_{3}R_{3}}}\end{aligned}}$

समीकरण तब सरल होते हैं जब सभी प्रतिरोधों (नकारात्मक प्रतिक्रिया रोकनेवाला को छोड़कर) का मान समान होता है और सभी कैपेसिटर का मान समान होता है। आरेख में, यदि R₁=R₂=R₃=R और C₁=C₂=C₃=C, तब:

$f_{\mathrm {oscillation} }={\frac {1}{2\pi RC{\sqrt {6}}}}$

और दोलन मानदंड है:

$R_{\mathrm {fb} }=29\cdot R$

अन्य प्रतिक्रिया दोलक की भाँति, जब पावर को परिपथ पर प्रचलित किया जाता है, तो परिपथ में ऊष्‍मीय विद्युत शोर या टर्न-ऑन क्षणिक (दोलन) दोलन शुरू करने के लिए प्रारंभिक संकेत प्रदान करता है। व्यवहार में, प्रतिक्रिया रोकनेवाला थोड़ा बड़ा होना चाहिए जिससे दोलन समान (छोटा) आयाम बने रहने के अतिरिक्त आयाम में बढ़ेगा। यदि प्रवर्धक आदर्श थे, तो आयाम बिना सीमा के बढ़ जाएगा, लेकिन व्यवहार में प्रवर्धक अरैखिक होते हैं और उनका तात्कालिक लाभ भिन्न होता है। जैसे ही आयाम बढ़ता है, एम्पलीफायर संतृप्ति एम्पलीफायर के औसत लाभ को कम कर देगी। परिणामस्वरूप, दोलन आयाम तब तक बढ़ता रहेगा जब तक कि परिपथ का औसत लूप लाभ एकता तक नहीं गिर जाता; उस बिंदु पर, आयाम स्थिर हो जाएगा।

जब एम्पलीफायर की कटऑफ आवृत्ति के पास होने के लिए दोलन आवृत्ति अधिक होती है, तो एम्पलीफायर स्वयं महत्वपूर्ण चरण बदलाव में योगदान देगा, जो प्रतिक्रिया नेटवर्क के चरण बदलाव में जोड़ देगा। इसलिए, परिपथ आवृत्ति पर दोलन करेगा जिस पर प्रतिक्रिया फिल्टर का फेज शिफ्ट 180 डिग्री से कम है।

आरसी सेक्शन दूसरे को लोड करने के कारण दोलन बनाए रखने के लिए सिंगल ऑप-एम्पी परिपथ को अपेक्षाकृत उच्च लाभ (लगभग 30) की आवश्यकता होती है। यदि प्रत्येक आरसी खंड दूसरों को प्रभावित नहीं करता है, तो लगभग 8 से 10 का लाभ दोलन के लिए पर्याप्त होगा। प्रत्येक आरसी चरण के मध्य एक ऑप-एम्प बफर डालकर दोलक का एक पृथक संस्करण बनाया जा सकता है (यह मॉडलिंग समीकरणों को भी सरल करता है)।

बाहरी संबंध

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