Как построить схему, генерирующую синусоиду?

Как я могу построить схему для генерации синусоидальных волн? Я работаю над созданием схемы таймера 555, которая дает прямоугольную волну с рабочим циклом 50%, а затем использую фильтр нижних частот или полосовой фильтр, настроенный на частоту прямоугольной волны, чтобы получить синусоиду из прямоугольной волны ( потому что прямоугольная волна состоит из бесконечного числа синусоидальных гармоник).

Я не тестировал схему в лаборатории, но использовал LTSpice для ее моделирования, и результаты были приемлемыми для низких частот (~ 72 Гц), но плохими для высоких частот (~ 72 кГц). Я использовал это руководство от Texas Instruments для сборки узкополосного полосового фильтра: ссылка . Вот смоделированная схема:

а вот результат для частоты 72 Гц:

и для 72 кГц:

Выходной сигнал таймера 555 представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50%, как и требовалось.

Как я могу улучшить этот дизайн, чтобы получить лучшие результаты?

Есть ли другие способы генерировать синусоидальные волны с регулируемой частотой? Мне не нужны готовые микросхемы, которые это делают. Я хочу построить цепь.

Google "венский мост осциллятор"
Операционный усилитель, который вы выбрали, старый и медлительный. Его скорость нарастания недостаточно высока, чтобы дать ожидаемый результат на частоте 72 кГц.
В сочетании с этим вы должны знать, что «бесконечно много» верно только в очень широком теоретическом смысле. Он содержит только гармоники базовой частоты (и шум + отражения/помехи), и чем выше они гаснут по амплитуде.
Если вы хотите дрянную синусоиду: используйте более быстрый операционный усилитель, используйте более крутую фильтрацию. Если вам нужна хорошая синусоида: используйте правильный синусоидальный осциллятор, как предложил Wouter, или DDS, как предлагает Sphero.
амплитуда слишком высока для стартеров.
Хотите фиксированную частоту или она должна быть переменной? Синусоиду с фиксированной частотой от микросхемы 555 легко, с переменной частотой гораздо сложнее.
@DwayneReid Я сделаю частоту синусоидальной волны переменной, разрешив переменную частоту для прямоугольной волны (выходной сигнал микросхемы 555), а затем настроив фильтр для выбора этой частоты. Однако можете ли вы указать, как это (или подход с фиксированной частотой) можно реализовать?
@WoutervanOoijen Не могли бы вы обратиться к хорошему ресурсу, чтобы понять, как работает осциллятор венского моста?
Нет, и я не утверждаю, что сам понимаю детали. Но общая идея состоит в том, чтобы иметь усилитель, полосовой фильтр и нелинейный элемент, стабилизирующий общий коэффициент усиления до 1.

Ответы (3)

Чип DDS + фильтр — это один из способов, который довольно распространен в наши дни.

Вы можете попытаться округлить, а затем отфильтровать треугольные волны с помощью диодов или активных цепей.

На частоте 72 кГц LC-генератор был бы неплох (намотайте собственную высококачественную катушку индуктивности или катушку индуктивности с отводами на сердечник горшка, если хотите) и соедините ее с качественными PPS или другими пленочными конденсаторами.

Или осциллятор моста Вина.

Если вам нужен низкий уровень искажений с мостом LC или Wien, вам нужна хорошая АРУ, которая регулирует выходной уровень, не добавляя слишком много искажений (поэтому обязательно потребуется много циклов для стабилизации).

Спасибо, но я не могу понять весь ваш ответ.

Если вы видите что-то похожее на треугольную волну от схемы операционного усилителя, вы, вероятно, ограничены в скорости нарастания.

Вам нужен более качественный операционный усилитель, LM108 — это древняя деталь (первоначальный производитель даже больше ее не продает), а в техническом описании даже не указаны важные параметры, такие как полоса пропускания и скорость нарастания.

Если вы хотите получить достойную синусоиду с помощью этого метода, вам, вероятно, также потребуется более одного этапа фильтрации.

V3 выглядит неправильно.

Я бы использовал фильтр нижних частот. Ниже основной частоты прямоугольной волны нет гармоник! Однажды я построил один из них для синусоидального выхода 1 кГц. Я использовал 6-полюсный фильтр нижних частот Butterworth Sallen-Key, который гарантировал, что очень мало 3-й гармоники будет пропущено.

Ваш операционный усилитель находится в режиме насыщения, потому что, когда основная гармоника извлекается из прямоугольной волны, ее амплитуда в 4/пи превышает амплитуду прямоугольной волны.

Если вы уменьшите амплитуду выходного сигнала 555 с помощью делителя потенциала, то низкая скорость нарастания операционного усилителя справится. После создания синусоидальной волны низкой амплитуды ее можно усилить, если это необходимо.

Выход делителя потенциала, уменьшающего выходную амплитуду 555, будет иметь смещение постоянного тока, и вам может потребоваться сместить его до 0 В с помощью комбинации конденсатор/резистор. а затем буфер с буфером единичного усиления в фильтр.

РЕДАКТИРОВАТЬ Уязвимость 555, когда он настроен для создания прямоугольной волны таким образом, заключается в том, что любая нагрузка на его выходе изменит отношение метки к пространству с 50%.

В моей конструкции я поместил триггер D-типа в режим переключения (выход Qbar соединен обратно с входом D) между выходом 555 и делителем потенциала, уменьшающим амплитуду, тем самым обеспечив почти идеальный 50% рабочий цикл. Обратите внимание, что триггер D-типа, сконфигурированный с помощью переключателя, делит выходную частоту 555 на 2.

Генератор синусоидальной волны

Как построить схему, генерирующую синусоиду?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v