Einen Niederspannungsoszillator hörbar machen

Ich bin ziemlich neu bei EE. Ich versuche, einen ähnlichen Oszillator wie diesen zu machen :

Dreieck-Quadrat-Oszillator

Um es mit einer einzigen 5-V-Versorgung zu betreiben, habe ich einen Niederspannungs-Operationsverstärker ( TLV 2324 ) ausgewählt und verwende einen Widerstandsteiler, um eine virtuelle Masse wie hier beschrieben zu erstellen :

Widerstandsteilerschaltung

Ich habe einen Topf anstelle von R1, um die Frequenz der Schaltung einzustellen, und das alles befindet sich auf einem Steckbrett.

Ich habe ein billiges Multimeter mit einem Frequenzmodus. Es erkennt eine vernünftige, messbare Frequenz am Rechteckwellenausgang (wenn auch ~477 Hz anstelle der berechneten/erwarteten 1527 Hz), aber nichts am Dreiecksausgang.

Wenn ich einen kleinen Piezo-Lautsprecher zwischen Masse und die Ausgänge stecke, höre ich nichts - es sei denn, ich benutze gleichzeitig das Freq-Meter, in diesem Fall höre ich einen hörbaren Ton mit einer vom Poti gesteuerten Frequenz, der ausgeblendet wird in etwa 1/2 Sekunde, wenn die Sonden entfernt werden. Auch dies funktioniert nur auf der Rechteckwellenseite, nicht auf der Dreiecksseite.

Im Voltmeter-Modus sehe ich ~ 2,4 V auf dem Quadrat und ~ 1,4 V auf dem Dreieck von einer sehr müden 9-V-Batterie, die 5,1 V ergibt. Ich habe ähnliche Ergebnisse beim Ansteuern der Schaltung von der 5-V-Leitung eines Arduino erhalten.

Ich sehe, dass es Einschränkungen bezüglich der von mir verwendeten Spannungsteilerschaltung gibt, aber ich verstehe sie nicht vollständig.

Meine Fragen:

Ist es möglich, einfache Operationsverstärker-Oszillatoren wie diesen mit einer ~ 5-V-Versorgung herzustellen?

Reicht der Spannungsteiler nicht aus, um eine hörbare Ausgabe zu erzeugen, oder benötige ich eine separate Verstärkerschaltung, oder gibt es ein anderes Problem?

Wenn Sie einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker verwenden, oszilliert der quadratische Ausgang zwischen 0 und 5 V, was einen Spitzenausgang von 2,5 V bedeutet, der mit dem übereinstimmt, was Sie gefunden haben. Wenn Sie jedoch vorhaben, einen Lautsprecher anzuschließen, benötigen Sie eine zusätzliche Stufe ( B. ein Puffer oder Transistoren), hat der Integrator, der die Rechteckwelle in eine Dreieckwelle umwandelt, normalerweise einen niedrigeren Ausgang, die Verstärkung wird durch die RC-Konstante gesteuert, aber das steuert auch die Oszillationsfrequenz, also müssen Sie sie optimieren. Für die Integratorstufe benötigen Sie außerdem einen Gegentaktausgang oder einen Puffer, wenn Sie ihn an einen Lautsprecher anschließen möchten.
Inverter-Ringoszillatoren sind immer einfach herzustellen .
Um einen Lautsprecher direkt anzusteuern, benötigen Sie VIEL STROM. Eine kleine verbrauchte 9-V-Batterie reicht nicht aus.
@HarrySvensson Piezo-Piepser funktionieren bei niedriger Frequenz schrecklich. Aus dem Datenblatt hat er eine 4-kHz-Resonanz. Er könnte jedoch einige schnelle Flanken von der Rechteckwelle hören.

Antworten (1)

Sehen Sie 2,5 VDC an jedem der 4,7-K-Widerstände an Ihrem Teiler? Wenn nicht, ist etwas kaputt. (Vergewissern Sie sich, dass Ihre Batterie auch dann noch einige Volt abgibt, wenn sie an Ihren Stromkreis angeschlossen ist. Fällt sie beim Anschließen weit unter 5 V ab? Leere Batterien neigen dazu.)

Beachten Sie, dass es sich nicht um einen Piezo-Lautsprecher, sondern um einen Piezo-Piepser handelt, der nicht für die üblichen 2 kHz typischer Piepser ausgelegt ist, sondern für die höchste verfügbare 4-kHz-Resonanz.

Wenn es bei 477 läuft, sollten Sie dort unten nichts hören, da es um das 8-fache außerhalb der Resonanz und um 20 dB abgesenkt ist. (Möglicherweise hören Sie die Flanken einer Rechteckwelle: eine hohe, sehr schwache Harmonische.)

Ändern Sie Ihren R1 C1, um eine weitaus höhere Frequenzausgabe zu erzielen, als Sie jetzt sehen. Vielleicht eine 0,01uF-Kappe und ein 10K-Pot für R1, oder behalte einfach die 0,1uF und setze R1 auf einen viel niedrigeren Wert. Stellen Sie die maximale Lautstärke des Piezo-Wandlers ein. Die Rechteckwellenausgabe sollte dann lautere Ergebnisse liefern als das Dreieck. Und beachten Sie, dass R3 nicht zur Frequenzsteuerung dient, da es die Dreiecksspitze stark reduziert, wenn es die Frequenz erhöht. Lassen Sie den R3-Wert besser etwas unter R2 (um Schalten und Oszillieren zu ermöglichen). Verwenden Sie dann einen Topf für R1.

Danke, das ist hilfreich. Ich sah gute +/- 2,4 aus dem Teiler (Batterie gibt 5 V unter Last, ich glaube, sie war bei ~ 6 V unbelastet). Ich werde die Widerstände verschieben und mit den Werten spielen und sehen, ob ich die Dreieckspannung erhöhen kann. Ich habe ein kleines Verstärker-Breakout-Board bestellt, das das Hören in Zukunft erleichtern sollte.
Der Pot war von Anfang an R1, nicht R3. Mein R2 ist 11K und R3 7,5K.
Mit einer kleineren Kappe bekomme ich einen etwas höheren Frequenzbereich, aber immer noch keine hörbare Ausgabe ohne die Hilfe des Hz-Meters. Ich denke, ich werde als nächstes mit Verstärkern experimentieren!
@RussellBorogove Wenn sich die Dinge seltsam verhalten, tauschen Sie Ihren IC gegen einen bekanntermaßen guten aus, da er in der Vergangenheit möglicherweise teilweise beschädigt wurde. Es sollte KEINE unerklärlichen Ereignisse geben, wie z. B. dass die Frequenz so niedrig ist oder dass Ihr Frequenzmesser nur die Dreiecksausgabe ignoriert. Versuchen Sie Folgendes: Messen Sie die Gleichspannung zwischen Ausgangsstift 1 und zuerst Stift 4 und dann Stift 7. Sie sollten für beide Messungen 2,5 VDC sehen (da Stift 1 im Durchschnitt 0 VDC beträgt). Wenn nicht, ist etwas gebraten oder nur getrennt. Wiederholen Sie es dann für Ausgangspin 7.
Beim Anschließen an einen Aktivlautsprecher erhielt ich eine gut hörbare Rechteckwelle und beim Anschließen des Dreiecks nur einen DC-Pop. Die Anschlüsse doppelt überprüft, die korrekten Spannungen an verschiedenen Teilen des ICs gemessen, einen anderen IC ausgetauscht, verschiedene Kappen- und Widerstandswerte ausprobiert, dieselben Ergebnisse. :/ Vielen Dank für Ihre Hilfe.
@RussellBorogove Das ist immer noch seltsam. Freq Mismatch muss der Hauptfehler sein. Und vielleicht auch ein niedriger Vout. (Verdoppeln Sie die Volt, und die akustische Energie steigt um das 4-fache !!) Wenn Sie eine 5-Vpp-Rechteckwelle (mit einer frischen 9-V-Batterie) erzeugen und dies bei 4 kHz tun können, sollte der Piezo laut sein. Hinweis: TL084 ist kein "Schienen"-Verstärker, daher ist die Rechteckwelle ungefähr 1 V niedriger als jede Versorgungsschiene. Bei einer bipolaren Rechteckwelle würde 5 V batt eine Ausgabe von etwas über 3 Vpp liefern, nicht 5 Vpp. (Um dieses Problem zu vermeiden, könnten Sie einen 2N2222 mit Rechteckwelle mit dem Piezo über dem Kollektorwiderstand für einen 5-Vpp-Piezoantrieb ansteuern.)
Ich verwende (die Hälfte) eines TLV2324-Operationsverstärkers, da dieser anscheinend für eine niedrigere Versorgungsspannung ausgelegt war. Vielleicht sind die anderen Spezifikationen für diese Anwendung nicht geeignet? ti.com/lit/ds/symlink/tlv2324.pdf
Bei einem viel kleineren R3 bekomme ich Ton vom Beeper sowohl aus dem quadratischen als auch aus dem dreieckigen Ausgang. Es ist sicherlich kein High-Fidelity, und ich kann keinen großen Unterschied in der Klangfarbe zwischen den beiden hören. Danke noch einmal.
@RussellBorogove DOH! Mit TLV2324 oszilliert es nicht einmal, es sei denn, R3 ist kleiner als r, 2,5 V = (5 V - 1 V) * 10 K / (10 k + r). Wir müssen also R3 <6 K haben, um eine Oszillation zu erzeugen. Das liegt daran, dass die obere Rechteckwellenspitze für Ihren Operationsverstärker 1 V weniger als die Batt-Versorgungsspannung beträgt, und um ein Schalten zu bewirken, müssen R1 und R3 diese Spitze in weniger als 2,5 V an Pin5 umwandeln, wenn Pin1 0 V erreicht. Wenn also R3 ein Topf wäre, dann würde der dreieckige Piepton lauter werden, wenn Sie den Widerstand langsam erhöhen würden, aber wenn R3 größer als etwa 6K wird, würde die Oszillation vollständig aufhören. Fazit: 8,2K wurde für 9V-Batt gewählt, 8V-Batt führt zum Ausfall!
Einen Niederspannungsoszillator hörbar machen
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