تاثیر شبکه های واکنش پذیر بر تغییر فاز در مدارهای آنالوگ

آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه عناصر واکنش پذیر می توانند بر تغییر فاز در مدارهای آنالوگ LC تاثیر بگذارند؟ در این مقاله در مورد تغییر فاز در مدارهای آنالوگ، 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 بررسی 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.

کلیک کنید: دوره جامع آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی با مدرک معتبر

 یک بار خازنی روی یک بافر

در زیر op-amp به عنوان یک بافر ساده عمل می کند تا باعث تغییر فاز در مدارهای آنالوگ شود. پاسخ تا قبل از خاموش شدن فاز تا 1 مگاهرتز صاف و مسطح است. این مدار به بازخورد منفی مواجه است (خروجی درون فاز به ورودی معکوس) و تغییر فاز -180 درجه باعث می شود بازخورد منفی به بازخورد مثبت تبدیل شود (فاز 180 درجه ای خروجی منتقل شده به ورودی معکوس).

حالا بیایید سعی کنید مدار را با یک خازن بارگذاری کنیم. اگر op-amp دارای امپدانس خروجی مقاومتی باشد، که برای این آمپر (LF411) در بدست آوردن حدود 0.1 – 10 Ω است، انتظار داریم که خازن باعث تغییر فاز -90 درجه بالاتر از فرکانس قطع شود. چنین رویدادی بد به نظر می رسد پاسخ دامنه اوج تابشی دارد و فاز به -180 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.

مقاله مرتبط: ثبات تقویت کننده امپدانس 

دستیابی به تغییر فاز در مدارهای آنالوگ با شبکه های واکنشی

تغییر فاز در مدارهای آنالوگ 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 90 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. 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. ما با این حال مسیر مطلوب تر ممکن است جدا کردن خازن ها با یک یا چند عنصر واکنشی باشد که همانند مدار زیر است.

این مدار یک فیلتر کم گذر است که در همان فرکانس همانند یک شبکه رزونانس ساخته شده از یک خازن 1 میکرومتر و یک سلف 0.5 میکروHH (یا یک خازن 0.5 میکرومتر با سلف 1 میکرو HH) استفاده می شود. 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 -90 درجه می رسد. سپس اوج رزونانس رخ می دهد و فاز به -270 درجه می رسد.

تغییر فاز 180 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.

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. 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 تغییر فاز در مدارهای آنالوگ توضیح کاملی خواهد بود.

مدل سازی مخازن رزونانس و تغییر فاز در مدارهای آنالوگ

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. (تغییر فاز در مدارهای آنالوگ) سلف در حالت ایده آل یک تغییر فاز ولتاژ + 90 درجه (سرب) را فراهم می کند، در حالی که خازن تغییر فاز ولتاژ -90 درجه (تاخیر) را فراهم می کند، به این معنی که ولتاژ در انتهای مدار 0 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 90+ درجه را تامین می کند. امپدانس منبع تنها 1 Ω است و بار آن 10 کیلو Ω است.

مخزن باید از 5 کیلوهرتز دیده شود و ما می توانیم با استفاده از یک مرحله ورودی، رزونانس را آزمایش کنیم. 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 160 کیلوهرتز تشکیل می دهند. در مقابل، امپدانس منبع و سلف یک فیلتر عبور بالا RL با فرکانس قطع 160 هرتز تشکیل می دهند. فیلتر کم گذر RC تغییر فاز -90 درجه بالاتر از فرکانس قطع آن را فراهم می کند و فیلتر عبور بالا RL یک تغییر فاز + 90 درجه پایین تر از فرکانس قطع آن را فراهم می کند.

فرکانس تشدید مخزن، 5 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 0.2 میلی ثانیه (که مربوط به فرکانس رزونانس 5 کیلوهرتز) است و دقیقا همانطور که انتظار می رود تبدیل به حلقه می شود.

جمع بندی

در این مقاله در مورد تغییر فاز در مدارهای آنالوگ صحبت کردیم. 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. با در نظر گرفتن این مقادیر قادر خواهیم بود تاثیر شبکه های واکنش پذیر بر تغییر فاز در مدارهای آنالوگ را به دقت بسنجیم.