Tại sao không có chip dao động sóng hình sin? [đóng cửa]

Tôi đang cố gắng tạo ra một bộ tạo sóng hình sin đơn giản nhưng tốt sẽ tạo ra 1Vpp @ 1kHz.

Sóng hình sin là dao động của tự nhiên. Họ ở khắp mọi nơi. Vì vậy, bạn nghĩ rằng nó sẽ là một miếng bánh để tạo ra một sóng hình sin điện tử. Rõ ràng không phải vậy. SE đang đánh đố với những câu hỏi về cách làm chúng. Hiện tại có 9 câu hỏi tương tự hiển thị ở phía bên phải màn hình này. Hầu hết trong số họ dường như có vấn đề.

Bộ lọc thông thấp, bộ lọc thông cao, bộ tạo dao động vòng và cầu Vienna với bóng đèn dây tóc kỳ lạ từ năm 1960. Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và Arduinos. Hầu hết dường như không hoạt động hoặc không thể được thực hiện để dao động trong một gói mô phỏng. Một số sản xuất hình tam giác thay vì sin. Một số thiết kế đòi hỏi kiến ​​thức về cuộn cảm.

Tại sao nó lại khó thế này? Hình vuông, răng cưa và sóng tam giác dường như dễ dàng, nhưng chúng không dễ dàng tồn tại trong tự nhiên. Vì chúng rất hữu ích, tôi đã nghĩ rằng tôi chỉ cần mua một con chip dao động hình sin (như biến thể hình sin NE555), thêm một điện trở và tụ điện và tôi sử dụng sóng tinh khiết 99,99%. Tôi có thiếu thứ gì không, nhưng có vẻ như các thiết bị điện tử đơn giản không tương thích đặc biệt với máy phát sóng hình sin?

Nếu bạn muốn tín hiệu thuần 99,99%, các bộ tạo tín hiệu hình vuông và răng cưa thông thường sẽ thất bại. Khi bạn viết những tín hiệu đó không tồn tại trong tự nhiên và tín hiệu kỹ thuật thực sự chính xác của hình dạng này cũng không tồn tại. Một bước chuyển hoàn hảo không tồn tại và một đoạn đường hoàn hảo cũng không có thật.

Vấn đề với một bộ tạo tín hiệu tương tự chính xác là sự điều chỉnh biên độ cần thiết. Ít khuếch đại hơn một chút và tín hiệu từ từ biến mất, một chút đến nhiều và tín hiệu xoang bị biến dạng. Việc điều chỉnh biên độ hoàn hảo là khó khăn cho các tín hiệu xoang chậm.

Vấn đề chính với việc tạo sóng hình sin là cần hai yếu tố cộng hưởng để tạo ra sự dịch pha 180 ° - theo cách cổ điển, một cuộn cảm và tụ điện. Tại RF, đây không phải là vấn đề - cuộn cảm rất dễ. Tuy nhiên, khi bạn có tần số thấp hơn, các cuộn cảm lớn có liên quan trở nên khó sử dụng, đó là lý do tại sao các phương pháp tạo hình sin thay thế dựa trên nhiều mạng RC, bộ lọc hoặc mạng máy ép được sử dụng. Phương pháp tiếp cận bộ lọc hoặc mạng RC rất tốt cho các tần số cố định - cầu Vienna trong ngày của Hewlett vẫn là một mạch khá khả thi và đủ đơn giản để thực hiện xung quanh một opamp kép mà không cần đèn, vì có những lựa chọn thay thế cho bóng đèn sợi đốt để ổn định - Hình 43 trong LTC AN43 là bạn của bạn ở đây, được sao chép dưới đây (chú thích có phiên bản tốt hơn, nhưng Hình 43 đủ để hiển thị khái niệm).

Tuy nhiên, nếu bạn cần một nguồn hình sin nhanh ở tần số thấp, yêu cầu của cầu nối đối với một chiết áp băng đảng kép hoặc phần tử điện tử tương đương là một nhược điểm. Đây là nơi mà các IC tạo chức năng tương tự như ICL8038 / MAX038 và XR2206 xuất hiện - cung cấp về cơ bản những gì bạn yêu cầu với THD hợp lý (trong vòng một hoặc hai) THD, trong nhiều thập kỷ. Tất cả các IC này đều sử dụng cùng một cách tiếp cận cơ bản - một điều đáng kinh ngạc với việc theo dõi đầu ra hình vuông và tam giác, sau đó cho sóng tam giác đó vào một mạch được gọi là "máy tạo hình sin". Có một số cách tiếp cận hình sin, được trình bày rõ ở đây - các cặp quá mức có thể được sử dụng để có hiệu quả tốt trong thiết kế vi mạch, mặc dù cách tiếp cận phức tạp hơn sử dụng mạch tạo hình sin xuyên biên hoàn toàn (lỗi thời)AD639 . Cách tiếp cận JFE được đề cập trong liên kết tổng quan là thực tế hơn cho các thí nghiệm phần rời rạc, mặc dù độ nhạy biên độ của nó, mặc dù.

Tuy nhiên, thứ cuối cùng đã giết chết các máy phát chức năng tương tự nguyên khối là công nghệ kỹ thuật số. Các nguồn hình sin nhanh hiện đại, chẳng hạn như AD9833 , là các tương đương kỹ thuật số của phương pháp tam giác, sử dụng kỹ thuật Tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp, trong đó bộ tích lũy pha được sử dụng để phân chia đồng hồ sóng vuông nhanh thành một đoạn đường nối số, sau đó cung cấp bảng tra cứu đường nối hình sin. Tất nhiên, điều này có thể được thực hiện trên một vi điều khiển, mặc dù điều đó không giới hạn tần suất hoạt động khá đáng kể.

Thật thú vị, ngày nay, nhu cầu về các loại sin chính xác trong thế giới tương tự đã giảm, ngay cả tại RF - việc nhận ra rằng chức năng trộn RF được thực hiện tốt nhất bằng cách chuyển đổi kỹ thuật số có nghĩa là bộ tạo dao động RF sóng vuông là khả thi hơn nhiều tùy chọn hơn họ dường như đầu tiên.

" Tôi có thiếu thứ gì không, nhưng có vẻ như các thiết bị điện tử đơn giản không tương thích đặc biệt với máy phát sóng hình sin? "

Hãy để tôi bắt đầu câu trả lời của tôi với câu sau đây:

"Một bộ dao động điều hòa (tuyến tính) tốt cần một phi tuyến tính phù hợp".

Lý do cho mâu thuẫn rõ ràng này đã được giải thích trong một câu trả lời khác: Mỗi bộ dao động "hình sin" cần một cơ chế điều chỉnh biên độ. Đối với biên độ nhỏ (bắt đầu dao động), mức tăng vòng lặp phải lớn hơn một chút so với thống nhất - do đó cho phép dao động tích tụ. Tuy nhiên, trước khi giới hạn cứng diễn ra (đường ray cung cấp), mức tăng vòng lặp phải được giảm tự động để ngừng tăng thêm.

Do đó, chúng ta cần một mạch phụ thuộc biên độ - có nghĩa là: Phi tuyến tính. Kết quả là, độ lợi vòng lặp dao động theo định kỳ quanh "1" - và các cực vòng kín hơi dao động giữa nửa bên phải của mặt phẳng s (biên độ tăng) và nửa bên trái (biên độ phân rã). Không thể đặt các cực (theo yêu cầu của tiêu chí dao động lý thuyết) trực tiếp trên hình ảnh. trục của mặt phẳng s.

Bây giờ - vấn đề như sau: Tính phi tuyến tính phải đủ (a) đủ lớn để cho phép khởi động dao động an toàn (có xem xét tất cả các dung sai) và (b) càng nhỏ càng tốt đối với các biến dạng sóng hài. Do đó, một sự đánh đổi là cần thiết.

Có nhiều yếu tố phi tuyến tính khác nhau được sử dụng cho mục đích này (điốt, điện trở FET, OTA làm điện trở, bóng đèn, nhiệt điện trở, ...). Tuy nhiên, kết quả tốt nhất thu được bằng cách sử dụng một vòng điều chỉnh bổ sung (chứa các khối khuếch đại hoạt động được điều chỉnh và có kiểm soát) với hằng số thời gian tương đối lớn. Hằng số thời gian này xác định các chuyển động định kỳ của các cực (như đã đề cập ở trên). Sử dụng các nguyên tắc như vậy, các giá trị THD theo thứ tự 0,01% là có thể.

EDIT: (thông tin bổ sung).

Có các cấu trúc liên kết dao động với hai hoặc thậm chí nhiều opamp có các tính năng hay: Một trong các opamp thực hiện "giới hạn biên độ mềm" và thông số của bộ khuếch đại khác là phiên bản được lọc thấp / băng thông của opamp đầu tiên. Cấu trúc này cho phép các giá trị THD nhỏ đáng ngạc nhiên. Ví dụ là: Các vòng lặp hai tích phân (với các hằng số thời gian khác nhau) và các bộ dao động dựa trên GIC.

Đã từng có một vài IC tạo chức năng đẹp, Exar XR2206 và Maxim MAX038 .

XR2206 đã tạo ra các dạng sóng hình sin, hình vuông, hình tam giác, đường dốc và xung từ 0,01 Hz đến 1 MHz; Maxim giống nhau từ 0,1 Hz đến 20 MHz.

Cả hai hiện được liệt kê là lỗi thời trên Digi-Key, nhưng bạn vẫn có thể tìm thấy chúng xung quanh, ví dụ như ở đây tại Jameco. Lưu ý: "Giải phóng mặt bằng" với giá 7,95 đô la. Với cùng một mức giá, bạn có thể nhận được một bộ từ Hồng Kông với giá cao hơn .

Không biết lý do tại sao họ đã ngừng sử dụng, có lẽ mọi người nghĩ rằng việc sử dụng bảng tra cứu vi điều khiển + DAC + sẽ dễ dàng hơn.