Сім загальноприйнятих способів створення журналу "Гайки і вольти синусоїди"
Синусоїда є природною формою сигналу у зв'язку та інших електронних додатках.
У багатьох електронних виробах використовуються сигнали форми синусоїди. Аудіо, радіо та енергетичне обладнання зазвичай генерує або обробляє синусоїди. Як виявляється, існує буквально десятки способів генерувати синусоїду. У цій статті представлені деякі популярні методи, з якими ви повинні бути знайомі.
Віденський мостовий генератор
Популярним низькочастотним (звуковим та приблизно до 100 кГц) синусоїдальним осцилятором є міст Відня, показаний на Фігура 1.
ФІГУРА 1. Популярний віденський мостовий генератор. Старий, але добрий. Частоту можна варіювати, використовуючи горщики для R та використовуючи різні значення C, увімкнені.
Він використовує RC-мережу, яка виробляє фазовий зсув фази від вихідного сигналу назад до вхідного, виробляючи позитивний зворотний зв'язок, який, у свою чергу, виробляє коливання. Операційний підсилювач використовується для отримання коефіцієнта посилення в три рази, який компенсує загасання мережі RC. При чистому коефіцієнті підсилення замкненого циклу один ланцюг коливається з частотою, що визначається значеннями мережі RC:
Ця схема чудово працює і створює дуже чисту синусоїду з низьким спотворенням. Його проблема полягає в тому, що нестабільність коефіцієнта підсилення та фази може призвести до того, що ланцюг повністю вийде з коливань або перейде в насичення, створюючи обрізану синусоїду або квадратну хвилю. Зазвичай для усунення цієї проблеми додаються деякі компоненти компенсації.
Просте рішення - замінити R1 на маленьку лампочку розжарювання, опір якої змінюється зі струмом. По мірі збільшення вихідної потужності струм і опір лампочки зростає і зменшує коефіцієнт підсилення для компенсації. Якщо вихід падає, сила струму зменшується, зменшуючи опір і збільшуючи коефіцієнт підсилення, щоб зберегти вихід постійним. Одним з робочих прикладів є виготовлення R2 390 Ом, а R1 - лампочки типу 327. Інші більш складні схеми використовують полевий транзистор як змінний резистор для зміни коефіцієнта посилення.
Ця схема працює і має частоту близько 1592 Гц. Вихідна амплітуда залежить від напруги джерела живлення.
Осцилятор з фазовим зсувом
Популярний спосіб зробити синусоїдальний генератор - використовувати RC-мережу для створення зсуву фази на 180 градусів для використання в тракті зворотного зв'язку інвертуючого підсилювача. Встановлення коефіцієнта підсилення підсилювача для компенсації загасання мережі RC призведе до коливань. Існує безліч варіантів фазорегуляторів, включаючи мережу Twin-T RC та каскадні RC високочастотні секції, які виробляють зсув на 45 або 60 градусів на кожному етапі. Підсилювачем може бути одиночний транзистор, одинарний операційний підсилювач або декілька операційних підсилювачів. Малюнок 2 показує одну популярну варіацію.
РИСУНОК 2. Фіксована частота є недоліком, але для однієї частоти це добре. Чистий вихід потрібно буферувати послідовником операційного підсилювача, якщо ви збираєтеся керувати навантаженням.
Ці генератори виробляють дуже чисту синусоїду з низьким спотворенням. Однак частота фіксується в точці, де кожна секція RC виробляє зсув фази на 60 градусів. Приблизна частота:
У ланцюзі Малюнок 2, частота повинна бути близько 3,85 кГц.
Кристалічний генератор Колпітта
Кристали кварцу часто використовуються для встановлення частоти генератора через їх точну частоту коливань і стабільність. Еквівалентна схема кристала - послідовна або паралельна LC-схема. Малюнок 3 є дуже популярним генератором синусоїдальних типів типу Колпітта, що визначається двоконденсаторною мережею зворотного зв'язку.
РИСУНОК 3. Популярний кристалогенератор, який працює щоразу.
Це ще одна широко використовувана схема, оскільки вона проста у реалізації та дуже стабільна. Його корисний діапазон частот становить приблизно від 100 кГц до 40 МГц. На виході виходить синусоїда з невеликим спотворенням.
До речі, якщо вам потрібен кришталевий генератор із синусоїдальною хвилею, ви зазвичай можете придбати комерційну схему. Вони широко доступні майже для будь-якої бажаної частоти. Вони упаковані в металеву банку і мають розмір типової ІС. Живлення постійного струму зазвичай становить п’ять вольт.
Квадратна хвиля та фільтр
Цікавим способом створення синусоїди є вибір її за допомогою фільтра. Ідея полягає в тому, щоб спочатку сформувати квадратну хвилю. Як виявляється, часто простіше генерувати квадратну або прямокутну хвилю, ніж синусоїду. Згідно з теорією Фур'є, квадратна хвиля складається з фундаментальної синусоїди та нескінченної кількості непарних гармонік.
Наприклад, квадратна хвиля 10 кГц містить синусоїду 10 кГц, а синусоїдальні хвилі на 3-й, 5-й, 7-й та ін., Гармоніки 30 кГц, 50 кГц, 70 кГц тощо. Ідея полягає в тому, щоб підключити квадратну хвилю до фільтра, який вибирає потрібну частоту.