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

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

Hay dos requisitos para que un circuito amplificador oscile:

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

2. Debe haber suficiente ganancia general para iniciar & mantener la oscilación. (Esto es a veces como "La ganancia de bucle debe ser mayor que 1")

El comentarista anterior sugirió: "la señal habrá sido invertida una vez más por los RCs". No es verdad. Las redes RC no pueden "invertir" una señal. Sólo pueden retrasarlo o cambiarlo de fase. Para fines prácticos, el cambio de fase de una señal en 180 grados es casi equivalente a "invertir" la señal porque la verdadera inversión (como a través de un amplificador inversor) también produce un cambio de fase virtual de 180 grados, pero solo para formas de onda simétricas como ondas sinusoidales, triángulo Ondas 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 de fase una onda sinusoidal de 0 a 90 grados. En el acto de descifrar la señal, también se reduce la amplitud de la señal. Dado que el cambio de fase de 90 grados está en los límites externos 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 con solo una frecuencia específica!). Estas tres redes RC conectadas en serie también prestarán atención a la señal de manera significativa a la frecuencia específica. Esa atención debe compensarse con la ganancia del amplificador para cumplir con el requisito de oscilación # 2 de tener una ganancia de bucle mayor que 1.

También es posible hacer que los osciladores que usan 4, 4, 6 o más series conecten RC. 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". Por lo tanto, 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 oscializadores RC no son muy buenos para hacer salidas puramente sinusoidales. Para obtener la salida más sinusoidal, debe mantener la ganancia del propio amplificador lo suficientemente baja para que solo supere la necesaria para mantener la oscilación (es decir, 1.000). Hazlo demasiado alto y la salida será una onda sinusoidal recortada, que a menudo se aproxima a una onda cuadrada en apariencia. Experimente con la ganancia para obtener una salida casi sinusoidal y asegúrese de que el oscilador se inicie de manera confiable. Cuanto más baja sea la ganancia del amplificador, más lento y menos fiable será el arranque del oscilador. Encienda y apague el oscilador varias veces para asegurarse de que se iniciará de manera confiable cada vez que se aplique alimentación. También es una buena idea observar la envolvente de la oscilación en un osciloscopio a medida que aplica energía al circuito. Debería ver un buen aumento exponencial de la envolvente que comienza inmediatamente en la aplicación de energía, sin abandonos ni garabatos.

La señal de realimentación pasa a través de todas las redes RC: -

En el momento en que llegue a la entrada de inversión, la señal se habrá invertido 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 una sola frecuencia, el sistema oscilará.

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

En el presente caso, tenemos un 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 de inversión de -29). Aquí hemos reemplazado la última sección de paso alto de C-R por un DIFERENCIADOR inversor (la R entre la entrada negativa y la tierra se puede omitir, no tiene influencia). Esta parte del circuito contribuye con -90 grados al cambio de fase general.

Como consecuencia, las dos secciones C-R restantes deben contribuir con un total de +90 grados. Por lo tanto, hay una sola frecuencia para la cual tenemos retroalimentación positiva con un desplazamiento de fase total de cero grados dentro del bucle. Esta es la frecuencia de osilación. ¿Responde esto a tu pregunta?