ทำไมไม่มีชิพสัญญาณคลื่นไซน์ [ปิด]

ฉันกำลังพยายามสร้างเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์ที่เรียบง่าย แต่ดีที่จะผลิต 1Vpp @ 1kHz

คลื่นไซน์เป็นความผันผวนของธรรมชาติ พวกเขาอยู่ทุกที่ ดังนั้นคุณคิดว่ามันจะเป็นเค้กชิ้นหนึ่งที่จะสร้างคลื่นไซน์อิเล็กทรอนิกส์ เห็นได้ชัดว่าไม่ SE เต็มไปด้วยคำถามเกี่ยวกับวิธีที่จะทำให้พวกเขา ขณะนี้มีคำถามที่คล้ายกัน 9 ข้อที่แสดงทางด้านขวามือของหน้าจอนี้ ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะมีปัญหา

ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ, ฟิลเตอร์กรองความถี่สูง, ออสซิลเลเตอร์วงแหวนและสะพาน Wien พร้อมหลอดไส้ที่แปลกใหม่ตั้งแต่ปี 1960 ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอะนาล็อกและ Arduinos ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะไม่ทำงานหรือไม่สามารถทำให้สั่นในแพคเกจการจำลอง บางชนิดผลิตสามเหลี่ยมแทนไซน์ การออกแบบบางอย่างจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับตัวเหนี่ยวนำ

ทำไมมันยากขนาดนี้ สแควร์ฟันเลื่อยและคลื่นสามเหลี่ยมดูเหมือนจะง่าย แต่ก็ไม่มีอยู่จริงในธรรมชาติ เนื่องจากมันมีประโยชน์มากฉันจึงคิดว่าฉันจะซื้อชิพออสซิลเลเตอร์ (เช่น NE555 sine variant) เพิ่มตัวต้านทานและตัวเก็บประจุและปิดด้วยคลื่นบริสุทธิ์ 99.99% ฉันทำบางสิ่งหายไป แต่ดูเหมือนว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปไม่เข้ากันได้กับเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์โดยเฉพาะหรือไม่?

หากคุณต้องการให้สัญญาณบริสุทธิ์ 99.99% สี่เหลี่ยมจตุรัสปกติจะเห็นเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบฟันและสามเหลี่ยมล้มเหลว ในขณะที่คุณเขียนสัญญาณเหล่านั้นไม่มีอยู่ในธรรมชาติและสัญญาณทางเทคนิคที่แม่นยำของรูปร่างนี้ก็ไม่มีอยู่เช่นกัน ไม่มีขั้นตอนการเปลี่ยนที่สมบูรณ์แบบและทางลาดที่สมบูรณ์แบบก็ไม่ได้เกิดขึ้นจริงเช่นกัน

ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดสัญญาณอะนาล็อกที่แน่นอนคือการควบคุมแอมพลิจูดที่จำเป็น การขยายสัญญาณที่น้อยลงเล็กน้อยและสัญญาณหายไปอย่างช้าๆไปมากและสัญญาณไซนัสบิดเบี้ยว การควบคุมแอมพลิจูดที่สมบูรณ์แบบนั้นยากสำหรับสัญญาณไซนัสที่ช้า

ปัญหาหลักของการสร้างคลื่นไซน์คือมันต้องใช้องค์ประกอบสองจังหวะกับแทงโก้ในการสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟส 180 ° - คลาสสิก, ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ที่ RF นี่ไม่ใช่ปัญหา - ตัวเหนี่ยวนำง่าย อย่างไรก็ตามเมื่อคุณเข้าสู่ความถี่ที่ต่ำกว่าตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องจะไม่สะดวกซึ่งเป็นเหตุให้วิธีการสร้างไซน์ทางเลือกขึ้นอยู่กับเครือข่าย RC หลายตัวกรองหรือเครือข่ายจำลอง เครือข่าย RC หรือวิธีการกรองเป็นสิ่งที่ดีสำหรับความถี่คงที่ - สะพาน Wien ในวันของ Hewlett ยังคงเป็นวงจรที่ใช้งานได้และง่ายพอที่จะนำไปใช้รอบสอง opamp โดยไม่ใช้หลอดเนื่องจากมีทางเลือกอื่นสำหรับหลอดไส้ - รูปที่ 43 ใน LTC AN43 เป็นเพื่อนของคุณที่นี่ทำซ้ำด้านล่าง (appnote มีรุ่นที่ดีกว่า แต่รูปที่ 43 พอเพียงเพื่อแสดงแนวคิด)

อย่างไรก็ตามหากคุณต้องการแหล่งกำเนิดสัญญาณแบบว่องไวที่ความถี่ต่ำข้อกำหนดของ Wien-bridge สำหรับโพเทนชิโอมิเตอร์แบบคู่หรือส่วนประกอบอิเล็คทรอนิคส์ที่เทียบเท่ากันคือความดาวน์ นี่คือสิ่งที่ไอซีกำเนิดฟังก์ชันแบบแอนะล็อกทั้งหมดเช่น ICL8038 / MAX038 และ XR2206 เข้ามา - โดยทั่วไปสิ่งที่คุณขอด้วยเหตุผล (ภายในหนึ่งหรือสอง%) THD ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ไอซีเหล่านี้ใช้วิธีการพื้นฐานแบบเดียวกันนั่นคือสเตจที่มีแทร็กสแควร์ติดตามและเอาต์พุตสามเหลี่ยมตามด้วยการป้อนคลื่นสามเหลี่ยมเข้าไปในวงจรที่เรียกว่า "ไซน์ shaper" มีหลายวิธีที่ shine - shaper, ครอบคลุมที่นี่ - คู่ overdriven สามารถใช้เพื่อผลดีในการออกแบบ IC แม้ว่าวิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นใช้วงจรsaper shaper แปลเต็ม a la the (ล้าสมัย) AD639. วิธีการของ JFET ที่กล่าวถึงในลิงค์ภาพรวมนั้นมีประโยชน์มากกว่าสำหรับการทดลองชิ้นส่วนที่ไม่ต่อเนื่องแม้จะมีความไวของแอมพลิจูดก็ตาม

สิ่งที่ในที่สุดก็ฆ่าเครื่องกำเนิดฟังก์ชันแบบแอนะล็อกเสาหินเป็นเทคโนโลยีดิจิตอล แหล่งที่มาของซายน์ยุคใหม่เช่นAD9833เป็นรูปแบบดิจิทัลที่เทียบเท่าของวิธีสามเหลี่ยมต่อไซน์โดยใช้สิ่งที่เรียกว่าเทคนิคการสังเคราะห์โดยตรงแบบดิจิตอลซึ่งใช้การสะสมเฟสเพื่อแบ่งสัญญาณนาฬิกาคลื่นสี่เหลี่ยมที่รวดเร็วลงใน ทางลาดที่เป็นตัวเลขซึ่งจะดึงข้อมูลตารางการค้นหาแบบลาดต่อทู สามารถทำได้บนไมโครคอนโทรลเลอร์เช่นกันแม้ว่าจะ จำกัด ความถี่ของการทำงานค่อนข้างมาก

ที่น่าสนใจพอความต้องการสำหรับส์ที่ถูกต้องในโลกอนาล็อกได้รับลดลงในปัจจุบันแม้ที่ RF - สำนึกว่า RF ฟังก์ชั่นผสมที่ดีที่สุดที่ดำเนินการโดยวิธีการสลับดิจิตอลหมายความว่าตารางคลื่น RF oscillators ท้องถิ่นเป็นที่ทำงานได้มากขึ้น ตัวเลือกกว่าที่พวกเขาดูเหมือนครั้งแรก

" ฉันทำบางสิ่งหายไป แต่ดูเหมือนว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปไม่สามารถใช้งานร่วมกับเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์ได้เป็นพิเศษหรือไม่? "

ให้ฉันเริ่มต้นคำตอบของฉันด้วยประโยคต่อไปนี้:

"ออสซิลเลเตอร์ (เชิงเส้น) ฮาร์มอนิกที่ดีต้องการความไม่เป็นเชิงเส้นที่เหมาะสม"

เหตุผลสำหรับความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดนี้ได้อธิบายไว้ในคำตอบอื่นแล้ว: ออสซิลลาร์ "sinusoidal" แต่ละอันต้องการกลไกการควบคุมแอมพลิจูด สำหรับแอมพลิจูดขนาดเล็ก (จุดเริ่มต้นของการแกว่ง) การเพิ่มของลูปจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าความสามัคคีเล็กน้อยดังนั้นจึงอนุญาตให้มีการแกว่งเพื่อสร้าง อย่างไรก็ตามก่อนที่จะทำการ จำกัด อย่างหนัก (รางเลื่อน) การเพิ่มของการวนซ้ำจะต้องลดลงโดยอัตโนมัติเพื่อหยุดการเพิ่มขึ้นอีก

ดังนั้นเราต้องการวงจรที่ขึ้นกับแอมพลิจูด - ซึ่งหมายถึง: ไม่ใช่เชิงเส้น เป็นผลให้วงได้รับการแกว่งเป็นรอบ "1" - และเสาวงปิดเล็กน้อยแกว่งระหว่างครึ่งขวาของ s- เครื่องบิน (แอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้น) และครึ่งซ้าย (แอมพลิจูดเนื้อที่) มันเป็นไปไม่ได้ที่จะวางเสา (ตามที่กำหนดไว้ในเงื่อนไขทางทฤษฎีความผันผวน) บนภาพ แกนของเครื่องบิน

ตอนนี้ - ปัญหามีดังนี้: การไม่เป็นเชิงเส้นต้อง(a)ใหญ่พอที่จะอนุญาตให้เริ่มต้นอย่างปลอดภัยของ oscillations (โดยคำนึงถึงความคลาดเคลื่อนทั้งหมด) และ(b)เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการแลกเปลี่ยน

มีองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นต่าง ๆ ที่ใช้สำหรับจุดประสงค์นี้ (ไดโอด, FET-resistor, OTA เป็นตัวต้านทาน, หลอดไฟ, เทอร์มิสเตอร์, ... ) อย่างไรก็ตามผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะได้รับโดยใช้ลูปการควบคุมพิเศษ (ที่มีการแก้ไขและการควบคุมบล็อกแอคทีฟที่ควบคุม) ด้วยค่าคงที่ของเวลาค่อนข้างมาก ค่าคงที่เวลานี้เป็นตัวกำหนดความเคลื่อนไหวเป็นระยะของเสา (ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น) การใช้หลักการดังกล่าวทำให้ค่า THD ในลำดับ 0.01% เป็นไปได้

แก้ไข: (ข้อมูลเพิ่มเติม)

มีโทโพโลยีของออสซิลเลเตอร์ที่มีสองหรือมากกว่า opamps ที่มีคุณสมบัติที่ดี: หนึ่งในการดำเนินการ "จำกัด กว้างแอมพลิจูด" และ ouput ของหน่วยขยายอื่น ๆ คือรุ่น lowpass / bandpass กรองของ opamp แรก โครงสร้างนี้อนุญาตให้ค่า THD ขนาดเล็กน่าแปลกใจ ตัวอย่างคือ: ลูปสองตัว (ที่มีค่าคงที่เวลาต่างกัน) และออสซิลเลเตอร์ที่ใช้ GIC

เคยเป็นคู่ของไอซีตัวกำเนิดฟังก์ชั่นที่ดี Exar XR2206และMaxim MAX038

XR2206 ผลิตคลื่นไซน์, สี่เหลี่ยม, สามเหลี่ยม, ทางลาดและพัลส์จาก 0.01 Hz ถึง 1 MHz; Maxim นั้นเหมือนกันจาก 0.1 Hz ถึง 20 MHz

ตอนนี้ทั้งคู่ถูกระบุว่าล้าสมัยใน Digi-Key แต่คุณยังสามารถค้นหาได้รอบ ๆ เช่นที่ Jamecoหมายเหตุ: "Clearance" ราคา $ 7.95 สำหรับราคาเดียวกับที่คุณจะได้รับชุดจากฮ่องกงสำหรับการขึ้นค่าเงินดอลลาร์

ไม่รู้ว่าทำไมพวกเขาถึงถูกยกเลิกบางทีคนคิดว่ามันง่ายกว่าที่จะใช้ microcontroller + DAC + ตารางการค้นหา