تغییر فاز

چگونه بارها و شبکه های واکنش پذیر بر تغییر فاز در مدارهای آنالوگ تاثیر می گذارند

آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه عناصر واکنش پذیر می توانند بر تغییر فاز در مدار LC تاثیر بگذارند؟

در این مقاله در مورد تغییر فاز، تاثیر مدار در ایجاد سرب یا تاخیر ولتاژ یا جریان از ورودی آن به خروجی آن به شما توضیحات کاملی خواهد داد.

به طور خاص، ما قصد داریم خودمان را نگران کنیم که بارها و شبکه های واکنش پذیر چگونه بر تغییر فاز یک مدار تاثیر می گذارند.

برای شما بررسی خواهیم کرد که چگونه تغییر فاز می تواند قابل اطمینان از op-amps باشد و چگونگی استفاده از عناصر واکنشی به نفع ما در برخی توپولوژی های شبکه خواهد شد.

ادامه مقاله در مورد تغییر فاز در مدارهای آنالوگ است و شما را با این متد، بیشتر آشنا خواهد کرد.

یک بار خازنی روی یک بافر

در زیر op-amp به عنوان یک بافر ساده عمل می کند.

تغییر فاز

پاسخ تا قبل از خاموش شدن فاز تا ۱ مگاهرتز صاف و مسطح است.

تغییر فاز

این مدار به بازخورد منفی مواجه است (خروجی درون فاز به ورودی معکوس) و تغییر فاز -۱۸۰ درجه باعث می شود بازخورد منفی به بازخورد مثبت تبدیل شود (فاز ۱۸۰ درجه ای خروجی منتقل شده به ورودی معکوس).

حالا بیایید سعی کنید مدار را با یک خازن بارگذاری کنیم.

تغییر فاز

اگر op-amp دارای امپدانس خروجی مقاومتی باشد، که برای این آمپر (LF411) در بدست آوردن حدود ۰٫۱ – ۱۰ Ω است، انتظار داریم که خازن باعث تغییر فاز -۹۰ درجه بالاتر از فرکانس قطع شود.

تغییر فاز

چنین رویدادی بد به نظر می رسد پاسخ دامنه اوج تابشی دارد و فاز به -۱۸۰ درجه می رسد، که یک دستور العمل عالی برای نوسان است و این اصلا خوب نیست.

باید حداقل سه ظرفیت وجود داشته باشد و باعث ایجاد این تغییرات در پاسخ شود.

با مشکوک بودن اطلاعاتی که در دست ما است، می توانیم از طریق مدار عبور کنیم و آنچه را که دقیقا باعث ایجاد مشکل می شود را کشف کنیم.

دستیابی به تغییر فاز با شبکه های واکنشی / Reactive Networks

تغییر فاز در مدارهایی مانند شبکه های بازخورد یا به انگلیسی Reactive Networks، شبکه های resonant و نوسان ساز اهمیت ویژه ای می یابد.

ما ممکن است بخواهیم یک تغییر فاز ۹۰ درجه در مدار خود داشته باشیم تا عمدا فاز را هدایت کنیم. ما به راحتی می توانیم یک خازن را به وجود آوریم که خروجی را قطع کند و ببیند این ما را به کجا می رساند.

تغییر فاز

مطمئنا این روش کار نمی کند زیرا دو خازن موازی فقط یک خازن معادل را تشکیل می دهند.

هر دو آنها یک ولتاژ یکسان دارند، بنابراین نمی توانند مقادیر مختلفی از تاخیر را به همراه داشته باشند. ما باید خلاق تر از این باشیم.

یک راه برای دستیابی به چنین تاثیرگذاری با چند مرحله از فیلترهای RC است.

اما با این حال مسیر مطلوب تر ممکن است جدا کردن خازن ها با یک یا چند عنصر واکنشی باشد که همانند مدار زیر است.

تغییر فاز

این مدار یک فیلتر کم گذر است که در همان فرکانس همانند یک شبکه رزونانس ساخته شده از یک خازن ۱ میکرومتر و یک سلف ۰٫۵ میکروHH (یا یک خازن ۰٫۵ میکرومتر با سلف ۱ میکروHH) استفاده می شود.

تغییر فاز

ما از پاسخ و تغییر فاز می بینیم که مدار مانند یک فیلتر RC با مقاومت منبع و هر دو خازن به طور موازی رفتار می کند و کمی قبل از اوج رزونانس به -۹۰ درجه می رسد.

سپس اوج رزونانس رخ می دهد و فاز به -۲۷۰ درجه می رسد.

تغییر فاز ۱۸۰ درجه نکته بسیار خوبی است که آن را به دست آوردیم.

این مدار در اسیلاتورهای Colpitts به عنوان عنصر رزونانس استفاده می شود و در نوسان سازهای هارتلی از نوع القا خازن-سلف استفاده می شود. اغلب اوقات، مدار مطابق شکل زیر، ایجاد می شود.

تغییر فاز

رسم عناصر همانطور که در شکل بالا ظاهر یک عنصر مناسب را نشان می دهد. می توانید نمونه ای از نوسان ساز Colpitts را با شبکه رزونانس ترسیم شده با این روش در شکل زیر مشاهده کنید.

 

تغییر فاز

دو نمونه آخر کمی چشم انداز بود و از آنجا که عناصر تشدید کننده به توانایی اجزای واکنشی در تامین تغییر فاز بستگی دارد، صحبت کردن در مورد فاز در مدارهای تشدید کننده توضیح کاملی خواهد بود.

مدل سازی مخازن رزونانس

یک مدار LC سری زمانی عالی دیده می شود که میزان واکنش مجرای سلف و میزان واکنش خازن برابر باشد.

در این مرحله، سلف و خازن جریان مشابهی دارند.

سلف در حالت ایده آل یک تغییر فاز ولتاژ + ۹۰ درجه (سرب) را فراهم می کند، در حالی که خازن تغییر فاز ولتاژ -۹۰ درجه (تاخیر) را فراهم می کند، به این معنی که ولتاژ در انتهای مدار ۰ درجه از فاز است و یک اثر مشابه باعث ایجاد مخزن رزونانس LC می شود.

اما همانطور که اکنون می دانیم، یک خازن و سلف فقط در صورت تنظیم صحیح منبع و مقاومت در برابر فشار، فاز ۹۰+ درجه را تامین می کند.

 

تغییر فاز

امپدانس منبع تنها ۱ Ω است و بار آن ۱۰ کیلوΩ است.

مخزن باید از ۵ کیلوهرتز دیده شود و ما می توانیم با استفاده از یک مرحله ورودی، رزونانس را آزمایش کنیم.

 

تغییر فاز

به نظر نمی رسد که مخزن زیاد زنگ بزند و به دلیل این امر مربوط به امپدانس منبع است که با توجه به مقادیر L و C بسیار کم است.

ما انتظار داریم که خازن و سلف ما اجازه دهد تا مبادله انرژی را به سرعت و به جلو در فرکانس رزونانس انجام دهد اما باید بدانید که اثر از بین می رود زیرا مخزن رزونانس فاکتور Q بسیار کم است.

با نگاه به امپدانس منبع و خازن به تنهایی، می بینیم که آن ها یک فیلتر RC کم گذر با فرکانس قطع ۱۶۰ کیلوهرتز تشکیل می دهند.

در مقابل، امپدانس منبع و سلف یک فیلتر عبور بالا RL با فرکانس قطع ۱۶۰ هرتز تشکیل می دهند.

فیلتر کم گذر RC تغییر فاز -۹۰ درجه بالاتر از فرکانس قطع آن را فراهم می کند و فیلتر عبور بالا RL یک تغییر فاز + ۹۰ درجه پایین تر از فرکانس قطع آن را فراهم می کند.

فرکانس تشدید مخزن، ۵ کیلوهرتز برای فیلتر RL خیلی زیاد است تا یک تغییر فاز مثبت را فراهم کند و خیلی کم برای فیلتر RC یک تغییر فاز منفی را فراهم می کند.

با استدلال از این روش، با تغییر مقادیر L و C (کاهش القایی و افزایش ظرفیت در اندازه برابر)، مدار را به زنگ وصل می کنیم.

اکنون مخزن، با مدت زمان ۰٫۲ میلی ثانیه (که مربوط به فرکانس رزونانس ۵ کیلوهرتز) است و دقیقا همانطور که انتظار می رود تبدیل به حلقه می شود.

نتیجه گیری

خازن ها و سلف ها همیشه می توانند باعث تغییر فاز شوند اما اثر تحت تاثیر امپدانس منبع و امپدانس بار است. در اینجا، ما بیشتر فرض کردیم که مقاومت در برابر مقاومت و مقاومت در برابر منبع است. با این حال، عناصر واکنشی همیشه وجود دارند.

برای تجزیه و تحلیل عناصر واکنش دهنده در یک مدار، باید امپدانس خروجی مدار را که تغذیه عناصر است و امپدانس ورودی مدار را در نظر بگیریم.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *