Az RC-oszcillátorok családjában kétség kívül a fázistolós oszcillátor az egyik legegy­szerűbb konstrukció. Nevében a válasz arra, hogy mi is lehet a szelektív hálózata, mely az oszcillátor rezonanciafrekvenciáját határozza meg. Az esetek döntő többségében fe­lüláteresztő jellegű RC-tagokat alkalmazunk. A pozitív visszacsatolás létrehozásának alapfeltétele, hogy a rezonancián 180, vagy 360 fokos legyen a fázisforgatása mind a szelektív hálózatnak, mind pedig az erősítőnek (kialakítástól függően).


Szelektív hálózata: láncbakapcsolt alul-, illetve felüláteresztő RC-tagok (klasszikus esetben a tagok száma:3).
Erősítőfokozata: kvázilineáris, vagy lineáris erősítő, külső nemlineáris határolóáramkörrel.
Erősítőelem: bipoláris tranzisztor; FET; elektroncső; műveleti erősítő.

Bővebb ismeretek itt

A fázistolós oszcillátor szelektív hálózata

A berezgési frekvencia értéke (matematikai levezetés nélkül):
: a berezgési frekvencia;
: az ellenállás értéke Ohm-ban;
: a kapacitás értéke Farad-ban;
: az RC-tagok száma (esetünkben 3);
és .

Felírható tehát a három (azonos) tagú fázistolós oszcillátor berezgési frekvenciájának általános képlete: . A fázistoló feszültségátviteli tényezője a rezonan­ciafrekvencián: . Nincs más teendőnk, minthogy olyan erősítőfokozatot alkal­mazzunk, melynek 180 fokos a fáziseltolása, valamint az erősítése nagyobb, mint 29, vagyis . Mindezek együttesen biztosítják a kezdeti feltételt (a rezonancia meg­indulása).

és

A fázistolós oszcillátoros megvalósítása

Eme oszcillátorok előnyös tulajdonsága az egyszerű felépítés, valamint, hogy a tagok számának változtatásával különböző fázishelyzetű jeleket tudunk előállítani. Hátránya a hangolhatóságában rejlik: gyakorlatilag csak 3 elem (vagy , vagy ) együttes hangolásával megvalósítható. Erre pedig kicsi a sansz, hiszen nincsenek hármas, közös tengelyű potenciométerek, kondenzátorok. Amennyiben lennének, akkor is rendkívül nehéz lenne megoldani az együttfutást.

Ábránkon az előző kritériumoknak megfelelő konkrét kapcsolási rajzot láthatunk, ahol az erősítőelem bipoláris tranzisztor. A kialakított közös emitteres kapcsolás erősítése nagyon egyszerűen kiszámítható. Eb­ben az elrendezésben az erősítés a kollektorellenállás és az emitterkörben levő ellenál­lások párhuzamos ellenállásának hányadosa. Ne felejtsük el, hogy a közös emitteres kapcsolás fázist fordít, így az negatív előjelű: 3. ábra Tranzisztoros fázistolós oszcillátor kapcsolási rajza

Kikerülhetjük a szelektív hálózat káros terhelését (bázisosztó és bipoláris tranzisztor bemeneti ellenállása), ha erősítőelemnek térvezérlésű tranzisztort alkalmazunk. A FET gate-köre lényegében szakadást képvisel (csatorna térvezérlése okán). Ez na­gyon kedvező tény, hiszen így az erősítőfokozat nem terheli a szelektív hálózatot, ezért a berezgési frekvenciára történő hatása is elhanyagolható. A FET-es áramkörhöz na­gyon hasonló az elektroncsöves kapcsolás, valamint közel áll az elektroncső viselkedése a FET-éhez. Az elektroncsöves fázistolós oszcillátor áttekintése ma már csak technikatörténeti vetület miatt fontos. Ahogy a FET-es, úgy az elektroncsöves kapcsolásban is az erősítőelem (rács-kör) nemlinearitása valósítja meg az amplitúdó szintszabályozását és stabilizálását.   4. ábra FET-es, egyszerű fázistolós oszcillátor kapcsolási rajza

5. ábra Fázistolós oszcillátor elektroncsővel felépítve

Nyilvánvaló, hogy műveleti erősítőt is alkalmazhatunk az erősítőfokozatban. Előnyös az alkalmazása többek között a nagy nyílthurkú erősítése, valamint az erősítés pontos, gyors tervezése és beállíthatósága miatt. Megfigyelhető, hogy a fázisfeltétel, valamint az amplitúdófeltétel is biztosított:

a hurokerősítés kezdetben: ,

mivel és így

Kimeneti amplitúdószabályózás és -stabilizálás

A bipoláris-, a térvezérlésű tranzisztoros és az elektroncsöves oszcillátorokban a bázis-, a gate, illetve a rácskör nemlineáris karakterisztikája miatt alakul ki a stabil kimeneti amplitúdó , ahogy azt az előzőekben tárgyaltuk. Ebben az esetben belső szabályozásról beszélünk, összességében kijelenthető, hogy az erősítés szintfüggő. Más a helyzet azonban a műveleti erősítők esetében, amikor a kezdeti feltételt teljesítve beindul ugyan az oszcilláció, azonban a kimeneti jel amplitúdójának csak a műveleti erősítő tápfeszültsége szab határt. Ennek okán a kimeneti jel vágott, torzított lesz, vagyis eredeti célkitűzésünk jelentősen csorbul, nem kapunk stabil, kis harmonikustartalmú, torzítatlan szinuszjelet. Műveleti erősítős kapcsolásokban mindig külső határolást kell alkalmaznunk. Ennek legegyszerűbb módja az antiparallel-diódás határoló áramköri kivitelezése. Ilyen kiegészítés esetén a határolás által megkívánt nemlinearitást a diódák nemlineáris nyitókarakterisztikája realizálja (félperiodusonként felváltva, hol az egyik, hol pedig a másik dióda nyit ki, a hurokerősítést elérve.

Alkalmazási területek, hangolhatóság, jellemzők

A fázistolós oszcillátor alkalmazási köre rendkívül szűk, egyszerű felépítése ellenére. Zömmel alacsonyfrekvenciás (hangfrekvenciás) tartományban használatosak. Ennek egyik oka, hogy az RC-oszcillátorok amúgy is az kisfrekvenciás sávban működnek, a másik ok pedig az, hogy – a fázistoló frekvenciaátviteli görbéjét tekintve látható, hogy ez a szelektív hálózat lényegében nem is tekinthető szelektív hálózatnak, hiszen sávzáró-, sávszűrő jelleg helyett csak alul-, illetve felüláteresztő jelleget mutatnak, így kellően nagy jóság nem biztosított. Mindennek tükrében a fázistolós oszcillátorok frekvenciastabilitása meglehetősen kicsi. Sajnos ennek következtében – és a korrekt külső és/vagy belső határolás ellenére – az amplitúdóstabilitásban sem jeleskedik ez a konstrukció.

Mint ahogy korábban utaltunk rá, ennek az oszcillátornak a hangolása rendkívül nehezen kivitelezhető, mert egyszerre legalább három elem értékét kellene változtatnunk (vagy az ellenállásokét, vagy a kondenzátorokét), pontos együttfutás mellett.

A tranzisztorral, FET-tel, valamint elekroncsővel felépített konstrukció közös tulajdonsága, hogy a kimeneti ellenállása viszonylag nagy, melynek magyarázata az alapkapcsolásban keresendő (földelt emitteres, -source-ű, -katódú). Ennek köszönhetően körültekintően kell megválasztani a terhelőellenállást, mert annak visszahatása jelentős, mind az oszcillációs frekvenciára, mind pedig a kimeneti jel amplitúdójára (a rezgés akár le is szakadhat). A visszahatás kiküszöbölésére célszerű elválasztó erősítőfokozatot alkalmazni (pl. emitterkövetőt, másnéven földelt kollektoros erősítőt).

8. ábra Kimeneti leválasztófokozattal kiegészített tranzisztoros fázistolós oszcillátor

Ősszefoglalva: a fázistolós oszcillátorok alkalmazása alacsony minőségi követelmények mellett, fix frekvenciás generátorokban ajánlott. Pl. elektronikus hangvilla.

Működési frekvenciatartomány: kb. 5 Hz – néhány MHz, fix frekvenciás;
Harmonikus torzítás: 1 – 5 %.
Amplitúdóstabilitás: 3 %.

---

Fázistolós oszcillátor mérőpanelok

9. és 10. ábra

A képre kattintva megtekinthet egy egyszerű video-t, melyen egy fázistolós oszcillátor kimeneti jelalakjának gyors megjelenítését kísérheti figyelemmel

Flash animáció: a működés magyarázata matematikai úton