Wie baut man eine Schaltung, die eine Sinuswelle erzeugt?

Wie kann ich eine Schaltung bauen, um Sinuswellen zu erzeugen? Woran ich arbeite, ist der Aufbau einer 555-Timer-Schaltung, die eine Rechteckwelle mit 50% Tastverhältnis liefert, und dann die Verwendung eines Tiefpass- oder Bandpassfilters, der auf die Frequenz der Rechteckwelle abgestimmt ist, um eine Sinuswelle aus der Rechteckwelle zu erhalten ( weil die Rechteckwelle aus unendlich vielen Sinusharmonischen besteht).

Ich habe die Schaltung nicht im Labor getestet, aber ich habe LTSpice verwendet, um sie zu simulieren, und die Ergebnisse waren akzeptabel für niedrige Frequenzen (~72 Hz), aber schlecht für hohe Frequenzen (~72 kHz). Ich habe diese Anleitung von Texas Instruments verwendet, um den schmalbandigen Bandpassfilter zu bauen: link . Hier ist die simulierte Schaltung:

und hier ist das Ergebnis für eine Frequenz von 72 Hz:

und für 72 kHz:

Der Ausgang des 555-Timers ist eine Rechteckwelle mit 50 % Tastverhältnis wie gewünscht.

Wie kann ich dieses Design verbessern, um bessere Ergebnisse zu erzielen?

Gibt es andere Möglichkeiten, Sinuswellen mit kontrollierter Frequenz zu erzeugen? Ich möchte keine vorgefertigten ICs, die dies tun. Ich möchte eine Schaltung bauen.

Google „Wiener Brückenoszillator“
Der von Ihnen gewählte Operationsverstärker ist alt und langsam. Seine Anstiegsgeschwindigkeit ist nicht schnell genug, um Ihnen das Ergebnis zu liefern, das Sie bei 72 kHz erwarten.
In Kombination damit sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass "unendlich viele" nur in einem sehr weiten theoretischen Sinne wahr ist. Es enthält nur Harmonische der Grundfrequenz (und Rauschen + Reflexionen/Interferenzen), und sie erlöschen in der Amplitude, je höher sie werden.
Wenn Sie eine beschissene Sinuswelle wollen : Verwenden Sie einen schnelleren Operationsverstärker, verwenden Sie eine steilere Filterung. Wenn Sie eine gute Sinuswelle wollen: Verwenden Sie einen richtigen Sinusoszillator wie von Wouter vorgeschlagen oder einen DDS wie Sphero Suggets.
Die Amplitude ist für den Anfang zu hoch.
Möchten Sie eine feste Frequenz oder muss sie variabel sein? Eine Sinuswelle mit fester Frequenz von einem 555-Chip ist einfach, eine variable Frequenz ist viel schwieriger.
@DwayneReid Ich werde die Frequenz der Sinuswelle variabel machen, indem ich eine variable Frequenz für die Rechteckwelle (die Ausgabe des 555-Chips) zulasse und dann den Filter anpasse, um diese Frequenz auszuwählen. Können Sie sich jedoch darauf beziehen, wie dies (oder der Ansatz mit fester Frequenz) erreicht werden kann?
@WoutervanOoijen Können Sie sich bitte auf eine gute Ressource beziehen, um zu verstehen, wie der Wiener Brückenoszillator funktioniert?
Nein, und ich erhebe nicht den Anspruch, die Details selbst zu verstehen. Aber die allgemeine Idee ist, einen Verstärker, einen Bandfilter und ein nichtlineares Element zu haben, das die Gesamtverstärkung auf 1 stabilisiert.

Antworten (3)

DDS-Chip + Filter ist eine Methode, die heutzutage ziemlich üblich ist.

Sie können versuchen, Dreieckswellen mit Dioden- oder aktiven Schaltungen abzurunden und dann zu filtern.

Bei 72 kHz wäre ein LC-Oszillator nicht schlecht (wickeln Sie Ihren eigenen hochwertigen Induktor oder angezapften Induktor auf einen Schalenkern, wenn Sie möchten) und koppeln Sie ihn mit hochwertigen PPS oder anderen Filmkondensatoren.

Oder ein Wien-Brücken-Oszillator.

Wenn Sie mit einer LC- oder Wien-Brücke eine geringe Verzerrung wünschen, benötigen Sie eine gute AGC, die den Ausgangspegel steuert, ohne zu viel Verzerrung hinzuzufügen (daher werden zwangsläufig viele Zyklen zur Stabilisierung benötigt).

Danke, aber ich kann deine Antworten nicht ganz nachvollziehen.

Wenn Sie sehen, was wie eine Dreieckswelle von einer Operationsverstärkerschaltung aussieht, sind Sie wahrscheinlich in der Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt.

Sie brauchen einen besseren Operationsverstärker, der LM108 ist ein uraltes Teil (der Originalhersteller verkauft ihn nicht einmal mehr) und das Datenblatt macht sich nicht einmal die Mühe, wichtige Parameter wie Bandbreite und Anstiegsgeschwindigkeit anzugeben.

Wenn Sie mit dieser Methode eine anständige Sinuswelle wünschen, benötigen Sie wahrscheinlich auch mehr als eine Filterstufe.

V3 sieht aus, als wäre es falsch herum.

Ich würde einen Tiefpassfilter verwenden. Unterhalb der Grundfrequenz der Rechteckwelle gibt es keine Oberwellen! Ich habe mal so einen für 1kHz Sinusausgang gebaut. Ich habe einen 6-poligen Butterworth-Sallen-Key-Tiefpassfilter verwendet, der dafür sorgte, dass nur sehr wenig dritte Harmonische durchgelassen wurde.

Ihr Operationsverstärker ist gesättigt, denn wenn die Grundwelle aus der Rechteckwelle extrahiert wird, hat sie eine Amplitude von 4 / pi mal der Amplitude der Rechteckwelle.

Wenn Sie die Amplitude des Ausgangs des 555 mit einem Potentialteiler reduzieren würden, würde die niedrige Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers zurechtkommen. Sobald die Sinuswelle mit niedriger Amplitude erzeugt ist, kann sie bei Bedarf verstärkt werden.

Der Ausgang des 555-Ausgangsamplitudenreduzierungs-Potenzialteilers hat einen DC-Offset und Sie müssen ihn möglicherweise über eine Kondensator-/Widerstandskombination auf 0 V vorspannen. und dann mit einem Unity-Gain-Puffer in den Filter puffern.

BEARBEITEN Die Schwachstelle eines 555, wenn er so konfiguriert ist, dass er eine Rechteckwelle erzeugt, besteht darin, dass jede Belastung seines Ausgangs das Verhältnis von Markierung zu Leerzeichen von 50% weg ändert.

In meinem Design habe ich ein D-Typ-Flip-Flop im Toggle-Modus (Qbar-Ausgang zurück an den D-Eingang angeschlossen) zwischen den Ausgang des 555 und den amplitudenreduzierenden Potentialteiler geschaltet, wodurch ein nahezu perfektes Tastverhältnis von 50% sichergestellt wird. Beachten Sie, dass diese Art von umschaltbarem D-Typ-Flipflop die Ausgangsfrequenz des 555 durch 2 teilt.

Sinusgenerator

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