Схемы активных и пассивных фазосдвигающих цепей

Онлайн калькуляторы расчёта элементов фазоинверторов

Изначально у меня возникла затея включить расчёты элементов фазосдвигающих цепей в состав описания низкочастотных генераторов гармонических колебаний.
Однако, шевельнув мозгами и вспомнив дела молодые (всякие там лесли, флэнжеры, фэйзеры, фазовые формирователи SSB), решил не жмотиться, а разродиться отдельной передовицей, посвящённой непосредственно фазо­вращателю, как самостоятельной единице.

Итак, фазовращающими цепями (или фазовращателями) называются 4-полюсники, обеспечивающие постоянный или регулируемый сдвиг по фазе между входным и выходным переменными напряжениями.
Простейшие схемы фазовращателей представляют собой пассивные дифференцирующие или интегрирующие звенья, построенные на RC, или RL - цепях.

Рис.1. Простейшие Г-образные фазосдвигающие цепи: Dj — сдвиг фаз; w =2πF - угловая частота.

Амплитудные и фазочастотные зависимости представленных схем приведены на Рис.2

Рис.2. Левые диаграммы соответствуют схемам б) и в) (Рис.1), правые, соответственно - а) и г) ;
τ = RC, либо τ = L/R.

Как видно из диаграмм, представленным простейшим фазосдвигающим цепочкам присущ существенный недостаток - изменение коэффициента передачи К при изменении частоты входного сигнала. Зависимости этого коэффициента от частоты описывается следующей функцией:
K=1/√1+ ω²*t²       для схем Рис.1 а) и г) ,
K=1/√1+1/(ω²*t²)   для схем Рис.1 б) и в) , где
w =2πF, τ = L/R, либо τ = RC.

Приведём калькулятор для расчёта значений фазового сдвига и коэффициента передачи простейших RC и LC цепей.

Выбор схемы фазовращателя	Рис.1 а Рис.1 б Рис.1 в Рис.1 г
Сопротивление резистора R		Ом кОм МОм
Ёмкость конденсатора С		пФ нФ МкФ
Индуктивность катушки L		мГн мкГн
Входная частота F		Гц кГц МГц
Фазовый сдвиг цепи (градусы)
Коэффициент передачи цепи

Подобные Г-образные цепи, соединённые последовательно (обычно в количестве трёх штук), как правило, и являются основой RС-автогенераторов с фазосдвигающей цепочкой в цепи положительной обратной связи.

Поскольку описанные выше фазовращатели по совместительству являются и простейшими фильтрами первого порядка с соответствующими АЧХ, то работа подобных схем предполагается в узких диапазонах частот, внутри которых не происходит существенных изменений уровня выходного сигнала.

Фазовращатели с амплитудной характеристикой, не зависящей от частоты, можно построить на транзисторах и ОУ.

Рис.3

Коэффициент передачи приведённых активных фазовращающих цепей близок к единице. Диапазон изменения фазы: от -π до 0. Далее:
При   0 < r <∞    - π < Dj < 0
Dj = π - 2arctg(F/f₀)
f₀ = 1/(2πrC).

Дело осталось за онлайн калькулятором расчёта значений фазового сдвига активных фазовращателей.

Сопротивление резистора r		Ом кОм МОм
Ёмкость конденсатора С		пФ нФ МкФ
Входная частота F		Гц кГц МГц
Фазовый сдвиг цепи (градусы)

Установив вместо сопротивления r (Рис.3) переменный резистор, можно получить устройство с регулируемым сдвигом по фазе между входным и выходным сигналами. С примером такого решения для сабвуфера можно ознакомиться, взлянув на Рис.4, приведённый ниже.


Рис.4