Oscilatoarele dublu-T sunt un alt tip de oscilator RC care produce o ieșire de undă sinusoidală pentru utilizare în aplicații cu frecvență-fixă ​​asemănătoare oscilatorului punte-Wein. Oscilatorul dublu-T folosește două „T-uri“ în formă de rețele RC în bucla de feedback (de unde și numele) între ieșirea și intrarea unui amplificator inversor.

După cum am văzut, un oscilator este practic un amplificator cu feedback pozitiv care are o cantitate fixă ​​de câștig de tensiune necesară pentru a menține oscilațiile, iar oscilatorul dublu-T nu este diferit. Feedback-ul este furnizat de rețeaua RC configurată dublu-T care permite ca o parte din semnalul de ieșire să fie trimis înapoi la terminalul de intrare al amplificatorului. Astfel, rețeaua RC dublu-T asigură schimbarea de fază la 180^o, iar amplificatorul asigură încă o schimbare de fază la 180^o. Aceste două condiții creează 360^o în total de schimbare de fază, permițând oscilații susținute.

Spre deosebire de tipic Oscilatorul cu defazare RC care configurează rezistoarele și condensatoarele de feedback într-o rețea scară, sau Oscilatorul punte-Wien standard care utilizează rezistoare și condensatoare într-o configurație de punte, oscilatorul dublu-T (uneori cunoscut ca Oscilator T-paralel) utilizează o rețea (RC) rezistență-capacitate pasivă cu două secțiuni „T” interconectate (având elementele lor R și C în formație opusă) conectate împreună în paralel, așa cum se arată mai jos.

Rețeaua dublu-T

În mod clar, putem vedea că una dintre rețelele pasive RC are un răspuns low-pass, în timp ce cealaltă are un răspuns high-pass și am mai văzut acest aranjament de rețea RC în tutorialul nostru despre Notch Filter. Diferența de data aceasta este că folosim rețelele RC configurate-T, combinate paralel, pentru a produce un răspuns de tip notch care are o frecvență centrală ƒc egală cu frecvența de nul dorită a oscilației.

Rezultatul este că oscilațiile nu pot apărea la frecvențe peste sau sub frecvența de notch reglată, din cauza căii de feedback negativ creată prin rețeaua dublu-T. Totuși, la frecvența reglată, orice feedback negativ devine neglijabil, permițând astfel căii de feedback pozitiv creată de dispozitivul de amplificare să domine, creând oscilații la o singură frecvență (spre deosebire de oscilatorul punte-Wien care poate fi ajustat pe o gamă largă de frecvențe).

Atunci, rețeaua dublu-T selectivă de frecvență a oscilatorului dublu-T produce o funcție de transfer de ieșire în care frecvența, adâncimea și schimbarea de fază a crestăturii (notch) sunt determinate de valorile componentelor utilizate. Astfel, rețelele dublu-T individuale care alcătuiesc rețeaua RC sunt definite prin următoarele ecuații:

Pentru rețeaua R-C-R low-pass:

Pentru rețeaua C-R-C high-pass:

Combinarea acestor două seturi de ecuații împreună ne va da ecuația finală pentru frecvența de nul sau centrală a crestăturii, rezultând oscilații pentru o rețea dublu-T.

unde:
ƒC este frecvența oscilațiilor în Hz
R este rezistența de feedback în ohmi
C este capacitatea de feedback în Farazi
π (pi) este o constantă cu o valoare de aproximativ 3,142

După determinarea rețelei dublu-T pentru oscilator care produce defazajul de 180^o necesar, care are loc la frecvența de nul între -90⁰ la +90^o (spre deosebire de zero la 180^o pentru oscilatorul punte-Wien), avem nevoie de un circuit amplificator pentru a asigura câștigul de tensiune. Circuitele oscilatorului dublu-T sunt cel mai bine implementate prin combinarea rețelei de feedback RC cu un amplificator operațional, deoarece datorită caracteristicilor lor de impedanță de intrare ridicată, amplificatoarele operaționale tind să lucreze mai bine cu acest tip de oscilator în comparație cu tranzistoarele.

Amplificarea dublu-T

Amplificatoarele operaționale standard pot oferi un înalt câștig de tensiune, o impedanță de intrare ridicată, precum și o impedanță de ieșire scăzută și, prin urmare, sunt amplificatoare excelente pentru oscilatoarele dublu-T. La frecvența de oscilație ƒc, câștigul cu feedback scade la aproape zero, deci avem nevoie de un amplificator cu un câștig de tensiune mult mai mare decât unu (unitate).

Feedback-ul pozitiv necesar pentru oscilație este furnizat de rezistorul de feedback R1, în timp ce rezistorul R2 asigură pornirea. Ca regulă generală, pentru a ne asigura că circuitul oscilează cât mai aproape de frecvența necesară, raportul acestor două rezistoare trebuie să fie mai mare de o sută (> 100).

Pentru a obține câștigul pozitiv necesar la frecvența de oscilație, putem utiliza o configurație de amplificator neinversor în care o mică parte a semnalului de tensiune de ieșire este aplicată direct la terminalul de intrare neinversor (+) printr-o rețea adecvată de divizare a tensiunii. Feedback-ul negativ produs de circuitul oscilatorului dublu-T este conectat la terminalul de intrare inversor (-). Această configurație cu buclă închisă produce un circuit oscilator neinversor cu o stabilitate foarte bună, o impedanță de intrare foarte mare și o impedanță de ieșire scăzută așa cum se arată mai jos.

Circuitul oscilatorului dublu-T

Putem vedea că oscilatorul dublu-T primește feedback-ul său pozitiv la intrarea neinversoare prin rețeaua de divizare a tensiunii și feedback-ul negativ prin rețeaua RC dublu-T. Pentru a se asigura că circuitul oscilează la o singură frecvență necesară, rezistorul R/2 din „piciorul-T” poate fi un potențiometru trimmer ajustabil, dar poate fi, de asemenea, ajustat pentru a compensa toleranțele condensatorului, astfel încât circuitul să oscileze din prima.

Oscilatorul dublu-T. Exemplul nr. 1

Un circuit oscilator dublu-T este necesar pentru a produce un semnal de ieșire sinusoidal de 1 kHz pentru utilizare într-un circuit electronic. Dacă se utilizează un amplificator operațional cu un raport de câștig de 200, calculați valorile componentelor R și C de determinare a frecvenței și valorile rezistoarelor de câștig.

Frecvența oscilației trebuie să fie de 1 kHz, dacă selectăm o valoare rezonabilă pentru cele două rezistoare de feedback, R de 10 kΩ (amintiți-vă că aceste două rezistoare trebuie să aibă valori identice) putem calcula valoarea condensatorului necesar folosind formula pentru frecvența de oscilații de mai sus.

Astfel R = 10 kΩ și C = 16 nF. Condensatorul central din piciorul-T 2C = 2 x 16 nF = 32 nF, și se folosește cea mai apropiată valoare standard de 33 nF.

Deoarece valoarea condensatorului-T din ramura high-pass este de 33 nF și, prin urmare, nu este exact egală cu 2C (2 x 16 nF), putem ajusta pentru această variație și putem asigura pornirea corectă a oscilațiilor prin ajustarea rezistorului-T din ramura low-pass cu aceeași valoare. Astfel, valoarea exactă a lui R(picior) ar fi 10 kΩ /2 = 5 kΩ, dar valoarea calculată a acestui rezistor este dată de: R(picior) = R/(33 nF/16 nF) = 4,85 kΩ. În mod clar, atunci utilizarea unui trim-pot de 5 kΩ ar îndeplini cerințele noastre din acest exemplu.

Câștigul în buclă al amplificatorului operațional este necesar să fie 200, deci dacă vom alege o valoare de 1 k pentru R2, atunci rezistorul R1 va fi 200 kΩ așa cum se arată mai jos.

Circuitul final al oscilatorului dublu-T

Rezumatul Circuitului oscilator dublu-T

Am văzut în acest tutorial că circuitele oscilatoare dublu-T pot fi construite cu ușurință folosind unele componente pasive și un amplificator operațional. Circuitul oscilator dublu-T utilizează o rețea RC reglată pentru circuitul de feedback pentru a produce forma de undă de ieșire sinusoidală necesară. Fiind două rețele-T conectate împreună în paralel, acestea operează în antifază între ele creând o ieșire zero la frecvența de nul, dar o ieșire finită la toate celelalte frecvențe.

Ca rezultat, circuitul nu va oscila la frecvențe peste sau sub frecvența reglată din cauza feedback-ului negativ prin rețeaua RC dublu-T. Prin urmare, la frecvența de nul, tensiunea la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional este în fază cu tensiunea sa de ieșire, dând naștere la oscilații continue la frecvența dorită.

Pentru a vă asigura că frecvența de oscilație este cât mai aproape de frecvența de nul, un trim-pot poate fi utilizat în rezistorul picior-T al etajului low-pass pentru a echilibra rețeaua RC pentru pornire și puritatea formei de undă de ieșire, deoarece un dezavantaj major al „oscilatorului dublu-T” este că frecvența de oscilație și calitatea formei de undă de ieșire depind mult de interacțiunea rezistoarelor și condensatoarelor din rețeaua dublu-T. Atunci valorile și selecția acestor componente trebuie să fie exacte pentru a asigura oscilația la frecvența de nul dorită.