Ich habe eine Schaltung mit einem 555-Timing-Chip im astabilen Modus gebaut, der eine Rechteckwelle erzeugt. Es gibt ein Potentiometer, mit dem ich die erzeugte Frequenz einstellen kann.
Ein Aspekt dieser Schaltung ist, dass die Rechteckwelle immer ungleichmäßig ist, dh die Hoch- und Tiefzeiten sind unterschiedlich:
time_high = 0.693 * (r1 + r2) * c1
time_low = 0.693 * r2 * c1
fequency = 1 second / (time_high + time_low)
Dieser Unterschied ist am kleinsten, wenn R2 deutlich größer als R1 ist.
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Als ich ein Audiomikrofon verwendete, um den Ausgang der Schaltung aufzunehmen. Ich habe Frequenzdiagramme für verschiedene Abschnitte der Aufnahme erstellt. Mir ist aufgefallen, dass es an einer bestimmten R2-Position zwei Spitzen gibt und an anderen R2-Positionen manchmal viel mehr (Spitzen bedeuten, dass die Schaltung eine Welle mit dieser Frequenz erzeugt).
Anfangs konnte ich mir das nicht erklären, mittlerweile vermute ich aber, dass diese Obertöne aus dem Verhältnis von Lautsprecherlast und Rechteckschwingung entstehen. (Deshalb erscheinen die Obertöne nicht in einem Schaltungssimulator.)
Mit anderen Worten, wenn sich die Spannung von hoch nach niedrig bewegt, kann sich der Lautsprecherkegel aufgrund seines Luftwiderstands und seiner Masse nicht mit der gleichen Geschwindigkeit ändern. Wenn die Rechteckwelle ein perfektes Tastverhältnis von 50 % hätte, würde dieser "Rundungs"-Effekt zwischen jedem Drücken und Ziehen ausgeglichen werden. Da meine Schaltung asymmetrisch ist, wird der Lautsprecherkegel möglicherweise nie vollständig herausgedrückt, wenn die Spannung hoch ist, bevor die Spannung niedrig wird und beginnt, den Lautsprecherkegel zurückzuziehen. Das sieht in meinem Kopf so aus, als würde es kleine Buckel auf den Wellen erzeugen.
Ich möchte einfach nur ein paar Gedanken dazu. Macht das, was ich sage, Sinn? Wenn ja, gibt es einen Namen für diesen Effekt? Wenn ich richtig liege, kann mir jemand einen Artikel dazu nennen?
Hier sind die Spektraldiagramme nebeneinander an zwei verschiedenen Knopfpositionen. Sie können sehen, dass es auf der linken Seite (238 Hz) einige Obertöne gibt, aber sie sind im Verhältnis zu den Spitzen bescheiden, wenn die Schaltung eine Welle mit höherer Frequenz (771 Hz) erzeugt.
Außerdem ist unter Berücksichtigung der Formeln die Welle mit niedrigerer Frequenz symmetrischer als die Welle mit höherer Frequenz. Dies liegt daran, dass R2 > 100x die Differenz von R1 ist.
Ich verstehe, dass Jitter in der Rechteckwelle "Obertöne" erzeugt, aber wirkt sich die Lautsprecherlast darauf aus? Kann jemand dazu sprechen?
Diese Wellenform sieht überhaupt nicht wie eine Rechteckwelle aus. Es sieht aus wie ein Haufen Zeichenwellen. Was sinnvoll ist, weil ein Lautsprecher keine "Rechteckwelle" erzeugen kann, oder?
Warum gibt es außerdem so starke Unterschiede zwischen dem Diagramm von 238 Hz und 771 Hz?
Um einigen der anderen Antworten zu folgen: Eine "ideale" Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 50% hat unendliche Harmonische bei den ungeradzahligen ganzzahligen Frequenzen über der Grundfrequenz. Wenn Sie das Tastverhältnis ändern, wird eine Verschiebung von geradzahligen Frequenzharmonischen hinzugefügt usw. Das Ändern des Werts von R2 in Ihrer Schaltung ändert nicht nur die Frequenz, sondern auch gleichzeitig das Tastverhältnis, also werden Sie es beobachten nicht nur der Pulsweitenmodulationseffekt (und die Frequenzänderung), sondern auch die Änderung der resultierenden Harmonischen.
Erstens können Sie aus jeder Tastverhältnis-Impulsfolge leicht eine schöne Rechteckwelle erzeugen, indem Sie sie durch ein Kipp-Flip-Flop laufen lassen. Das ist im Grunde die Verwendung als 1-Bit-Zähler. Das teilt die Frequenz durch 2, also kompensieren Sie, indem Sie die Impulsfolgefrequenz verdoppeln.
Zu Ihrer Frage enthält jede scharfe Kante viele hohe Frequenzen. Besonders wenn die Impulsfrequenz lang genug ist, könnte der Lautsprecher für eine Weile bei einer dieser Frequenzen mitschwingen. Bessere Lautsprecher würden dies weniger tun, aber alle Lautsprecher haben irgendwo Resonanzen.
Eine Möglichkeit, damit umzugehen, besteht darin, die Rechteckwelle tiefpasszufiltern, bevor sie zum Ansteuern eines Lautsprechers verwendet wird. Das Filtern von allem, was Sie sowieso nicht hören können, ist sicherlich kostenlos, aber oft gibt es eine untere Obergrenze für legitime Frequenzen. Sie erhalten immer noch viele Obertöne von niederfrequenten Rechteckwellen, bevor der Filter einsetzt, aber diese lassen das Ergebnis wie eine Rechteckwelle anstelle einer Sinuswelle oder einer anderen Wellenform klingen.
Verwenden Sie den 555 in der Rechteckwellenkonfiguration, bei der der Ausgang die Lade- und Entladeleitung wie unten gezeigt antreibt. Es wird nicht ganz quadratisch sein, sollte aber mit der Frequenz übereinstimmen.
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Entschuldigung für Rückwärtsschema .... Symbol in der Bibliothek ist rückwärts.
ZUSATZ
Wenn Oberschwingungen jedoch Ihr Problem sind, möchten Sie vielleicht die Dreieckswelle am oberen Ende von C1 puffern, filtern und verstärken und DAS anstelle der scharfen Kanten der Rechteckwelle an Ihren Lautsprecher weitergeben.
Als ich in den frühen 80er Jahren eine synchrone 10-MHz-Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung entwarf, machte ich mir große Sorgen über Taktjitter und Asymmetrie. „geschnittene“ Daten.
Meine Anforderung an die Daten-Slicer von AM 101010 und 11001100 war die gleiche Einschaltdauer von 50 % +- 0,5 % für einen weiten Bereich von Signalamplituden und Temperaturen. Da ich keinen DSO oder Präzisions-TI-Zähler habe, habe ich mich entschieden, einen Spektrumanalysator wie Sie zu verwenden und die 1. gerade Harmonische mit Symmetrie zu korrelieren.
Dann könnte ich asymmetrisch direkt aus SA messen. Ich habe die Werte vergessen, aber es war so etwas wie 2f = -22 dB relativ zu 1f. Sie können sich selbst kalibrieren. Natürlich könnten -60 dB ein Fehler von 0,05% sein, oder so etwas war übertrieben, aber Sie können einen / 2 FF-Takt herausnehmen, um dies mit Symmetrie der Anstiegszeit zur Abfallzeit zu erhalten.
Fehler kommen von einer Verzerrung der Vorspannung und der Anstiegs- / Abfallzeit und der Stromgrenzsymmetrie sowie von Komparator-Offsets in Ihrem Fall.
A priori: Definieren Sie Ihre Spezifikationstoleranz und Bedingungen.
Tim
winzig
Tim
jonk
Tim
Tony Stewart EE75