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¿Por qué no hay oscilador de onda sinusoidal chip?

Estoy tratando de hacer un simple pero buen generador de onda sinusoidal que se producen 1Vpp @ 1kHz.

Las ondas sinusoidales son de la naturaleza de las oscilaciones. Están por todas partes. Así que se podría pensar que sería un pedazo de pastel para hacer un sistema electrónico de onda sinusoidal. Al parecer no es así. SE está plagado de preguntas sobre cómo hacerlas. Actualmente hay 9 Preguntas Similares muestra en el lado derecho de esta pantalla. La mayoría de ellos parecen tener problemas.

Filtros paso bajo, paso alto filtros, osciladores de anillo y Wien puentes exótica de las bombillas de filamento de 1960. Conversores analógicos digitales y los Arduinos. La mayoría no parecen funcionar o no puede ser hecho a oscilar en un paquete de simulación. Algunos producen triángulos en lugar de los senos. Algunos diseños requieren el conocimiento de los inductores.

¿Por qué es esto tan difícil? Cuadrada, diente de sierra y ondas triangulares parecen ser fácil, sin embargo, no fácilmente existen en la naturaleza. Ya que son muy útiles, yo habría pensado que acababa de comprar un oscilador sinusoidal chip (como un NE555 sine variante) , agregar un resistor y capacitor y me vaya con un 99.99% de pureza de la onda. Me estoy perdiendo algo, pero parece que los equipos electrónicos no son del todo compatibles con la onda sinusoidal generadores?

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ThreePhaseEel Puntos 651

El principal problema con la generación de onda senoidal es que se necesitan dos elementos resonantes para el tango en la producción de un giro de 180° cambio de fase -- clásicamente, un inductor y un condensador. En RF, esto no es un problema, los inductores son de fácil. Sin embargo, como usted consigue en las frecuencias más bajas, los grandes inductores involucrado ser difícil de manejar, que es la razón por la alternativa sine generación de enfoques basados en múltiples redes RC, filtros, o formador de redes se utilizan. Red RC o filtro enfoques son buenas para una frecuencia fija de sines -- el puente de Wien de Hewlett del día es todavía bastante viable circuito, y lo suficientemente simple para implementar en torno a un doble amplificador operacional sin una lámpara, ya que hay alternativas a la bombilla incandescente para obtener la estabilización -- Figura 43 en LTC AN43 es tu amigo aquí, que se reproducen a continuación (el appnote tiene mejores versiones, pero la Figura 43 es suficiente para mostrar el concepto).

LTC AN43 Figure 43

Sin embargo, si usted necesita un ágil sine origen en las frecuencias bajas, el Wien-puente de la exigencia de un doble pandilla potenciómetro o su equivalente electrónico elemento es una decepción. Aquí es donde todos analógico función de generador de ICs como la ICL8038/MAX038 y el XR2206 entraron, proporcionando básicamente lo que usted solicitó, con razonable (dentro de un % o dos) THD, a través de varias décadas. Estos ICs utilizado el mismo enfoque básico -- un astable con seguimiento, el cuadrado y el triángulo de las salidas, seguido por la alimentación que onda triangular en un circuito conocido como "sine shaper". Hay varios sine-shaper enfoques, bien cubierto aquí -- la saturación de los pares puede ser utilizado con buenos resultados en un diseño de IC, aunque un método más sofisticado utiliza totalmente translinear sine shaper circuito de la (obsoleto) AD639. El JFET enfoque mencionada en la descripción del enlace es más práctico para las partes discretas experimentos, a pesar de su amplitud de sensibilidad, sin embargo.

Lo que mató a la monolítica analógica de los generadores de función, sin embargo, era de la tecnología digital. Moderno, ágil sine fuentes, tales como la AD9833, son los equivalentes digitales de el triángulo-a-sine enfoque, con lo que se denomina una Síntesis Digital Directa de la técnica, en la que una fase del acumulador se utiliza para dividir abajo de un ayuno de onda cuadrada reloj en una numérico de la rampa, que luego se introducen en una rampa-para-sinusoidal de la tabla de búsqueda. Esto se puede hacer en un microcontrolador, así como también, aunque no limitar la frecuencia de operación es bastante significativo.

Curiosamente, la demanda exacta de sines, en el mundo analógico se ha reducido hoy en día, incluso en RF -- la comprensión de que la RF de la función de mezcla es mejor por medio de la conmutación digital significa que onda cuadrada de RF osciladores locales son mucho más viable la opción de que parecer a primera vista.

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LvW Puntos 6292

"Me estoy perdiendo algo, pero parece que los equipos electrónicos no son del todo compatibles con la onda sinusoidal generadores?"

Permítanme comenzar mi respuesta con la siguiente frase:

"Una buena armónica (lineal) oscilador necesita un adecuado no-linealidad" .

La razón de esta aparente contradicción se explica en otra respuesta ya: Cada "sinusoidal" oscilador necesidades de una amplitud mecanismo de regulación. Para pequeñas amplitudes (inicio de la oscilación) la ganancia de bucle debe ser ligeramente mayor que la unidad, lo que permite la oscilación a construir. Sin embargo, antes de duro de limitación se lleva a cabo (suministro de riel) la ganancia de bucle debe ser reducida de forma automática a dejar de aumentar aún más.

Por lo tanto, se necesita un circuito que es de amplitud dependiente - que significa: No-lineal. Como resultado, la ganancia de bucle de columpios periódicamente en torno a "1" y el de circuito cerrado de polos levemente oscila entre la mitad derecha de la s-plano (aumento de la amplitud) y la mitad izquierda (descomposición de las amplitudes). No es posible colocar los polos (como es requerido por los teóricos de la oscilación del criterio) directamente en la imag. el eje de la s-plano.

Ahora el problema es el siguiente: La no-linealidad debe ser (a) lo suficientemente grande para permitir una puesta en marcha segura de oscilaciones (con la consideración de todas las tolerancias) y (b) tan pequeño como sea posible con respecto a las distorsiones armónicas. Por lo tanto, un trade-off es necesario.

Existen diversas organizaciones no-lineal de los elementos en uso para este propósito (diodos, FET-resistencia, OTA como resistencia, bombillas de luz, termistores,...). Sin embargo, los mejores resultados se obtienen con un extra de bucle de regulación (que contiene la rectificación y controladas ganancia activa bloques) con un gran relativamente constante de tiempo. Esta constante de tiempo determina los movimientos periódicos de los polos (como se mencionó anteriormente). El uso de tales principios, THD valores en el orden de 0.01%.

EDIT: (información adicional).

Hay oscilador topologías con dos o incluso más opamps que tienen características interesantes: Uno de los opamps realiza "suave amplitud de la limitación" y la salida de la señal de la otra unidad de amplificador es un filtro de paso bajo/paso de banda en la versión filtrada de la primera opamp. Esta estructura permite sorprendentemente pequeño THD valores. Algunos ejemplos son: Dos integrador de bucles (con diferentes constantes de tiempo) y GIC basados en osciladores.

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Matt McMinn Puntos 6067

Había un par de buenas función de generador de ICs, la Exar XR2206 y Maxim MAX038.

El XR2206 producido sinusoidal, cuadrada, triangular, rampa, pulso y formas de onda de 0,01 Hz a 1 MHz, la Máxima de la misma es de 0,1 Hz a 20 MHz.

Ambos están ahora en la lista como obsoleto en Digi-Key, pero aún se pueden encontrar alrededor de ellos, por ejemplo, aquí en Jameco. Nota: "el Despacho" por $7.95. Por el mismo precio puedes conseguir un kit de Hong Kong por un dólar más.

No sé por qué se han suspendido, tal vez la gente piensa que es más fácil utilizar un microcontrolador + DAC + tabla de búsqueda.

2voto

Uwe Puntos 43

Si quieres un 99.99 % de pureza de la señal, la costumbre, cuadrada, diente de sierra y el triángulo generadores de señales de error. Como usted escribió esas señales no existen en la naturaleza y realmente una técnica precisa de la señal de esta forma no existe. Un paso perfecto de transición no existe y un perfecto rampa no es real.

El problema con una exacta de la señal analógica de generador es la necesaria amplitud de la regulación. Un poco menos de la amplificación y la señal desaparece lentamente, un poco de mucho y en el seno de la señal está distorsionada. El ideal de la amplitud de la regulación es difícil lento seno de las señales.

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