So erzeugen Sie eine Rechteck-, Sinus- und Dreieckwelle mit DC-Eingang

Da der 555 den Kondensator auf 2/3 auflädt und auf 1/3 der Versorgungsspannung entlädt, erscheinen die extremen Teile der logarithmischen Kurve nicht. Die resultierende Wellenform ist eine Annäherung an eine Dreieckswelle.

Es sollte ziemlich nah an einer Dreieckswelle klingen. Dieses Signal ist am Kondensator an Pin 6 zu finden.

Eine Bildsuche nach "Sinuskonverter" zeigt einige Schaltungen, die eine Dreieckswelle in eine ungefähre Sinuswelle umwandeln. Es gibt jedoch viele Teile in ihnen.

Wenn Sie es mit analogen Teilen tun möchten:

• Rechteckwellen können mit einem 555 erzeugt werden;
• Dreieckswellen können durch die Integration einer Rechteckwelle mit einem Operationsverstärker erzeugt werden .
• Texas Instruments hat einen ausführlichen Anwendungshinweis zu Techniken zur Erzeugung von Sinuswellen.

Um es digital zu machen, würde ich eine direkte digitale Synthese mit einem Mikrocontroller in Betracht ziehen (wie hier zu sehen ). Sie können ICs kaufen, die dies implementieren, z. B. das AD9835 (Breakout-Board, erhältlich z. B. von Sparkfun ) + einen Mikrocontroller, um es zu steuern. Dann können Sie einige ausgefallene Funktionen hinzufügen (z. B. LCD-Anzeige, Computersteuerung usw.), aber das könnte für Ihre Anforderungen zu viel des Guten sein.

Ein einigermaßen schneller Mikrocontroller mit einem DAC könnte dies möglicherweise ohne einen dedizierten Chip tun. Beachten Sie, dass Sie bei Verwendung eines DAC eine analoge Filterung am Ausgang benötigen. Bei Audiofrequenzen sollte dies nicht sehr schwierig sein, und Sie müssen / möchten das Signal wahrscheinlich verstärken / puffern.

Durch einen seltsamen Zufall habe ich gerade an einer Schaltung gearbeitet, die einen 555-Timer verwendet, um genau das zu tun. Ich brauchte einen kostengünstigen, stabilen, niederfrequenten, linearen Sägezahn mit variabler Frequenz und konstanter Amplitude, damit er mit einer einfachen Widerstands-Dioden-Schaltung leicht in eine sinusförmige Wellenform umgewandelt werden kann. Über viele Jahre hatte ich immer eine Schwäche für das Extrem Vielseitiger 555-Chip Er mag altmodisch sein (wie ich), aber er kann immer noch überraschen.

Zuerst die Stromleitungsanschlüsse für den 555 ---- Pin 4 und 8 auf positiv, Pin 1 auf negativ oder 0 V bei Einzelversorgung. (wie normal). Siehe Datenblatt für die Pinbelegung Ihres Operationsverstärkers.

Das Schaltungskonzept:

(Hätte den Schaltplan gepostet, aber als Noobee darf ich nicht)

                  --->---555--->--(INVERTER)-->INTEGRATOR--->---
                  !                                             !  /\/\/\
                  ---<----------------<--------------------<----

Wenn Sie den Eingang eines "Standard (RC, invertierend) Operationsverstärkerintegrators" mit dem Ausgangspin (3) des 555-Chips verbinden, können Sie eine " einmalige" lineare Rampe erzeugen ( nicht besonders nützlich ).

Das Konzept dieser Schaltung besteht darin, den Ausgangszustand des 555 zu ändern, wenn der Ausgang der Rampenspannung vom Integrator feste Pegel erreicht, ein Maximum und ein Minimum.

Der 555 hat ZWEI Komparatoreingänge, die auf 2/3 V (max) und 1/3 V (min) eingestellt sind (wobei V die Versorgungsspannung ist). Durch Verbinden der Pins 2 und 6 können wir also die oberen und unteren FIXED- Spannungen für die Ausgangsrampenspannung (im Vergleich) einstellen. Leider ist der Ausgang des 555 (Pin 3) um 180 Grad phasenverschoben zum benötigten Signal. Wir müssen eine einfache Inverterschaltung zwischen dem Ausgang des 555 und dem Eingang des Integrators hinzufügen, damit er als Oszillator funktioniert.

Aufgrund der Symmetrie (Lade- und Entladezeiten sind gleich, wenn die Eingangsspannungen über und unter der nichtinvertierenden Eingangsspannung (+) des Integrators die gleiche Größe haben) ist der Ausgang des 555 eine Rechteckwelle (1:1).

Hey presto - wenn der Ausgang des Integrators jetzt mit den Pins 2 und 6 auf dem 555-Chip verbunden ist, schwingt das System und erzeugt eine lineare Sägezahnwelle mit konstanter Amplitude (1/3 V - 2/3 V) am Ausgangspin des Integrators . ( Der Kondensator wird effektiv durch einen konstanten (bidirektionalen) Strom geladen, der proportional zur EINGANGSSPANNUNG des Integrators ist. )

Dieser Rampenausgang hat eine relativ niedrige Impedanz - im Gegensatz zu einigen Schaltungen, die versuchen, das Spannungssignal über den Kondensator zu nehmen (und die Frequenz zu ändern). Dies bedeutet, dass ziemlich kleine Werte von C und sehr hohe Werte von R verwendet werden können, um niedrige Frequenzen zu erzeugen (bessere Stabilität/Genauigkeit).

Durch die Verwendung eines variablen Widerstands (R) im Integrator können wir die Ausgangsfrequenz leicht ändern, aber die oberen und unteren Amplituden der Welle werden von den beiden Eingangskomparatoren des 555 FESTGELEGT .

Die Frequenz (oder Periode) könnte auch durch den Wert der Ausgangsspannung des Wechselrichters (Operationsverstärker) gesteuert werden, da die Ladezeit umgekehrt proportional zu V(in) ist. (Denken Sie daran zu berücksichtigen, dass die Spannung relativ zum nicht invertierenden Eingangspin des Integrators ist).

Wenn Sie eine einzelne Versorgungsspannung verwenden, sollten die nicht invertierenden Eingänge des Operationsverstärkers an die halbe Versorgungsspannung (einfacher Potentialteiler + Kondensator) gebunden werden, wenn Sie eine geteilte Versorgung (z. B. 2 x 9-V-Batterien) verwenden, sollten diese Eingänge gebunden werden bis zum Mittelpunkt (nominell die '0V')

Für eine einzelne Versorgungsspannung (z. B. eine 9-V-Batterie) schwingt der Ausgang des Integrators zwischen 3 V und 6 V mit einem durchschnittlichen DC-Wert von 4,5 Volt. Bei einer geteilten Versorgung (9 V plus 9 V) beträgt der Hub -6 V bis +6 V bei einem durchschnittlichen DC-Pegel von 0 V. (nützlich, wenn Sie bei sehr niedrigen Frequenzen nicht mit großen Kondensatoren entkoppeln möchten) Um in eine Sinuswelle umzuwandeln - es gibt viele hervorragende Schaltungen - denken Sie daran, den DC-Pegel des Ausgangs zu berücksichtigen oder einen großen Kondensator zum Entkoppeln zu verwenden Gleichstrom.

Schließlich - müssen Sie einen 555 verwenden?

Nein - Sie könnten Ihre eigene Hoch / Niedrig-Komparatorschaltung mit ein paar Operationsverstärkern (oder einer anderen geeigneten Technologie) bauen / entwerfen und die Schaltpegel auf Ihre eigenen Anforderungen einstellen. Ein Quad-Op-Amp-Paket könnte durchaus alles können ( vielleicht schaue ich mir das selbst an, um die Anzahl der Pakete zu reduzieren ). Es ist eine sehr einfache Schaltung - es funktioniert - es ist billig und ich bin sicher, dass es für viele weitere Dinge gemacht werden kann, einschließlich linearer Rampen, Vibrato-Schaltungen usw. Viel Spaß!

Wenn Sie keinen 555 zur Verfügung haben, können Sie einen Schmitt-Trigger verwenden, um eine Rechteckwelle zu erzeugen und diese zu einer Dreieckwelle zu integrieren.

Um eine Sinuswelle mit DC-Eingang zu erzeugen, gibt es verschiedene Operationsverstärker-Designtechniken, die Sie verwenden können. Wenn Sie faul sind, können Sie mit einem DAC in einem Mikrocontroller eine abgehackte Sinuswelle erzeugen.

Ein nettes Nachschlagewerk, wenn Sie sich mit dem Design von Operationsverstärkern befassen, ist: „Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits“ von Sergio Franco

Sie können die internationale Ausgabe des Buches günstig erwerben.

Ich kann Ihnen den XR2206 -Chip von Exar empfehlen. Es ist ein Funktionsgenerator-Chip, der alles kann, was Sie wollen. Es hat viele Funktionen an Bord, die Sie über Jumper oder Schalter auswählen können.

Hier ist eine Schaltung mit dem XR2206, die Sinus-, Dreieck- und Rechteckwellen von 20 Hz bis 100 kHz macht. Sie können Amplitude und Frequenz einstellen. Bei fortgeschritteneren Schaltungen könnten Sie auch das Tastverhältnis ändern, aber ich kann im Moment nichts finden - siehe Datenblatt.

Ich habe einen XR2206-Funktionsgenerator aus einer (leider holländischen) Zeitschrift gebaut und einige Jahre erfolgreich eingesetzt. Ich arbeite jetzt an einer digitalen Schnittstelle zu demselben Ding. Vielleicht finden Sie diesen Blogpost interessant.

Sie können natürlich einen Digital-Analog-Wandler (DAC) verwenden und einen kleinen Chip programmieren, um die gewünschten Wellen zu erzeugen, aber ich halte das nicht für einen guten Einstieg in die Audioelektronik. Wer Audioelektronik verstehen will, arbeitet besser mit analoger Elektronik.

Andere haben bereits ein DDS erwähnt. Derzeit arbeite ich an einem Projekt mit einem AD9834 , der ein netter Chip für die gleichen Ziele zu sein scheint. Allerdings verwende ich es nur für Rechteckwellen, daher kann ich nichts über die Qualität der anderen Wellen sagen. Aber andere sind ganz begeistert!

Sie können auch einen Ready IC verwenden, den icl 8038 oder den MAX38, egal von welcher Firma Sie sich entscheiden. Er erzeugt sie alle aus 3 separaten Ausgängen.