Neden sinüs dalgası osilatörü yongası yok? [kapalı]

1Vpp @ 1kHz üretecek basit ama iyi bir sinüs dalgası jeneratörü yapmaya çalışıyorum.

Sinüs dalgaları doğanın salınımlarıdır. Onlar her yerdeler. Yani elektronik sinüs dalgası yapmanın bir parça kek olacağını düşünürdünüz. Görünüşe göre öyle değil. SE bunların nasıl yapılacağı ile ilgili sorularla dolu. Şu anda bu ekranın sağ tarafında gösterilen 9 Benzer Soru var . Birçoğunun problemleri var gibi görünüyor.

1960'dan itibaren egzotik filament ampullere sahip alçak geçiren filtreler, yüksek geçiren filtreler, halka osilatörler ve Wien köprüleri. Sayısaldan analog dönüştürücülere ve Arduinos'a. Çoğu işe yaramıyor ya da bir simülasyon paketinde salınım yapamıyor. Bazıları sinüs yerine üçgen üretir. Bazı tasarımlar indüktörler hakkında bilgi gerektirir.

Bu neden bu kadar zor? Kare, testere dişi ve üçgen dalgalar kolay görünüyor, ancak doğada kolayca mevcut değiller. Çok kullanışlı oldukları için, sadece bir sinüs osilatör yongası (NE555 sinüs varyantı gibi) alacağımı, bir direnç ve kapasitör ekleyeceğim ve% 99,99 saf bir dalga ile gideceğimi düşünürdüm. Bir şey eksik mi, ama basit elektronik sinüs dalga jeneratörleri ile özellikle uyumlu değil gibi görünüyor?

% 99,99 saf sinyal istiyorsanız, normal kare, testere dişi ve üçgen sinyal jeneratörleri başarısız olur. Yazdığınız gibi, bu sinyaller doğada mevcut değildir ve bu şeklin gerçekten kesin bir teknik sinyali de yoktur. Mükemmel bir adım geçişi yoktur ve mükemmel bir rampa da gerçek değildir.

Tam bir analog sinyal üreteciyle ilgili problem gerekli genlik regülasyonudur. Biraz daha az amplifikasyon ve sinyal yavaş yavaş kaybolur, biraz fazlaya ve sinüs sinyali bozulur. Yavaş sinüs sinyalleri için mükemmel genlik regülasyonu zordur.

Sinüs dalgası üretimi ile ilgili temel sorun, 180 ° faz kayması üretiminde klasik olarak bir indüktör ve bir kapasitör olmak üzere tangonun iki rezonant eleman almasıdır. RF'de bu bir sorun değildir - indüktörler kolaydır. Bununla birlikte, daha düşük frekanslara girdikçe, ilgili büyük indüktörler kullanılmaz hale gelir, bu nedenle birden fazla RC ağına, filtreye veya şekillendirici ağa dayalı alternatif sinüs üretme yaklaşımları kullanılır. RC şebekesi veya filtre yaklaşımları sabit frekanslı sinüsler için iyidir - Hewlett'in gününün Wien köprüsü hala oldukça uygulanabilir bir devredir ve kazanç stabilizasyonu için akkor ampulün alternatifleri olduğu için lambasız bir çift opampın etrafına uygulanacak kadar basittir. - LTC AN43'teki Şekil 43burada tekrarlanan arkadaşınızdır (appnote'un daha iyi sürümleri vardır, ancak Şekil 43 konsepti göstermek için yeterlidir).

Bununla birlikte, düşük frekanslarda çevik bir sinüs kaynağına ihtiyacınız varsa, Wien köprüsünün çift gang potansiyometre veya eşdeğer bir elektronik eleman gereksinimi aşağılayıcıdır. ICL8038 / MAX038 ve XR2206 gibi tüm analog fonksiyon üreteci IC'lerinin devreye girdiği nokta, birkaç on yıl boyunca temel olarak istediğinizi (% veya iki) THD ile sağladığınız şeydir. Bu IC'lerin hepsi aynı temel yaklaşımı kullandı - kare ve üçgen çıktılarını takip etmek için bir karar, ardından bu üçgen dalgasını "sinüs şekillendirici" olarak bilinen bir devreye beslemek. Pek çok sinüsel-şekillendirici de kapalı, yaklaşımlar bulunmaktadır burada - Overdriven çifti, bir IC tasarımında iyi etki için de kullanılabilir, çok daha sofistike bir yaklaşım, bir tam kullanılmasına karşın translineer olmazsa şekillendirici devresi la (eski)AD639 . Genel bakış bağlantısında bahsedilen JFET yaklaşımı, genlik hassasiyetine rağmen ayrı parça deneyleri için daha pratiktir.

Sonunda monolitik analog fonksiyon jeneratörlerini öldüren şey dijital teknolojiydi. AD9833 gibi modern çevik sinüs kaynakları, bir kare akümülatörün hızlı bir kare dalga saatini bir bölmeye ayırmak için kullanıldığı Doğrudan Dijital Sentez tekniği denilen üçgenden sinüs yaklaşımının dijital eşdeğerleridir. sayısal rampa, daha sonra bir rampa-sinüs arama tablosu besler. Bu, bir mikrodenetleyici üzerinde de yapılabilir, ancak bu, çalışma frekansını oldukça önemli ölçüde sınırlandırır.

İlginç bir şekilde, analog dünyada doğru sinüslere olan talep günümüzde RF'de bile azaldı - RF karıştırma fonksiyonunun dijital anahtarlama yoluyla en iyi şekilde uygulandığı , kare dalga RF yerel osilatörlerin çok daha uygulanabilir olduğu anlamına geliyor. göründüklerinden daha fazla seçenek.

" Bir şey eksik mi, ama basit elektronik sinüs dalga jeneratörleri ile özellikle uyumlu değil gibi görünüyor? "

Cevabımı şu cümleyle başlayayım:

"İyi bir harmonik (lineer) osilatörün uygun bir doğrusal olmamaya ihtiyacı vardır".

Bu bariz çelişkinin nedeni zaten başka bir cevapta açıklanmıştır: Her bir "sinüzoidal" osilatörün bir genlik düzenleme mekanizmasına ihtiyacı vardır. Küçük genlikler (salınım başlangıcı) için, döngü kazancı birlikten biraz daha büyük olmalıdır, böylece salınım birikir. Ancak, sert sınırlama (tedarik rayı) gerçekleşmeden önce, daha fazla artışı durdurmak için döngü kazancı otomatik olarak azaltılmalıdır.

Bu nedenle, genliğe bağlı olan bir devreye ihtiyacımız var - bunun anlamı: Doğrusal olmayan. Sonuç olarak, döngü kazancı periyodik olarak "1" etrafında salınır - ve kapalı döngü kutupları s-düzleminin sağ yarısı (yükselen genlikler) ve sol yarısı (azalan genlikler) arasında hafifçe sallanır. Direkleri (teorik salınım kriterinin gerektirdiği gibi) doğrudan imaja yerleştirmek mümkün değildir. s-düzleminin ekseni.

Şimdi - problem şu şekildedir: Doğrusal olmayanlık (a) salınımların güvenli bir şekilde başlatılmasına izin verecek kadar büyük olmalıdır ( tüm toleranslar dikkate alınarak) ve (b) harmonik bozulmalara göre mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Bu nedenle, bir değiş tokuş gereklidir.

Bu amaçla kullanılan çeşitli doğrusal olmayan elemanlar vardır (diyotlar, FET-direnç, direnç olarak OTA, ampuller, termistörler, ...). Bununla birlikte, en iyi sonuçlar, nispeten büyük bir zaman sabiti ile ekstra bir düzenleme döngüsü (doğrultma ve kontrollü aktif kazanç blokları içerir) kullanılarak elde edilir. Bu zaman sabiti kutupların periyodik hareketlerini belirler (yukarıda belirtildiği gibi). Bu prensipleri kullanarak, THD değerleri% 0.01 sırayla mümkündür.

EDIT: (ek bilgi).

Hoş özelliklere sahip iki veya daha fazla opampa sahip osilatör topolojileri vardır: Opamplardan biri "yumuşak genlik sınırlaması" gerçekleştirir ve diğer amplifikatör ünitesinin çıkışı, ilk opampın düşük geçiş / bant geçiren filtrelenmiş versiyonudur. Bu yapı şaşırtıcı derecede küçük THD değerlerine izin verir. Örnekler: İki integratörlü döngüler (farklı zaman sabitleri olan) ve GIC tabanlı osilatörler.

Eskiden birkaç hoş fonksiyon jeneratörü IC'si , Exar XR2206 ve Maxim MAX038 vardı .

XR2206 0.01 Hz ila 1 MHz arasında sinüs, kare, üçgen, rampa ve nabız dalga formları üretti; Maxim aynı 0.1 Hz ila 20 MHz arasındadır.

Her ikisi de artık Digi- Key'de eski olarak listeleniyor, ancak onları hala burada bulabilirsiniz, örneğin Jameco'da. Not: 7,95 $ "Gümrükleme". Aynı fiyata bir dolar daha için Hong Kong'dan bir kit alabilirsiniz .

Neden kesildiklerini bilmiyorum, belki insanlar sadece bir mikrodenetleyici + DAC + arama tablosu kullanmanın daha kolay olduğunu düşünüyorlar.