TL071 integriert meine Sinuswelle nicht

Ich möchte einen hausgemachten Funktionsgenerator machen.

Ich habe einen Wien-Brücken-Oszillator mit einem UA741 verwendet, um die Sinuswelle zu erzeugen, ihn mit einem anderen UA741 verstärkt, weil er eine ziemlich niedrige Amplitude hat, und ihn dann mit einem TL071 (der eine sehr gute Anstiegsgeschwindigkeit hat) integriert, um die Rechteckwelle zu erhalten.

Bei den Simulationen lief alles reibungslos.

Als ich versuchte, die Schaltung zu implementieren, sah ich, dass, obwohl die Sinuswelle in Ordnung ist, ich keine Rechteckwelle bekommen kann. Der Rechteckintegrator wirkt als Puffer, er beeinflusst die Sinuswelle überhaupt nicht.

Ich verwende Proteus für meine Simulationen und in den Simulationen war alles in Ordnung.

Als ich die Simulation überprüfte, stellte ich fest, dass ich das "Hierarchiemodul anhängen" für den TL071 nicht ausgewählt hatte. Wenn ich das Kontrollkästchen aktiviert habe, erhalte ich in der Simulation das gleiche Ergebnis wie in meiner realen Schaltung. Ich weiß nicht, was das Problem ist.

Schaltung läuft auf +/-12 Volt bei etwa 16 kHz.

  • Ganze Schaltung

Ganze Schaltung

  • Integratorteil für Rechteckwellen

Integratorteil für Rechteckwellen

  • Hierarchiemoduleinstellung anhängen

Hierarchiemoduleinstellung anhängen

  • Hierarchiemodul anhängen aktiviert
    • Gelb ist eine vom Oszillator erzeugte Sinuswelle
    • Blau ist eine verstärkte Sinuswelle
    • Lila soll eine Rechteckwelle sein
    • Grün soll eine Dreieckswelle sein

Hierarchiemodul anhängen

  • Hierarchiemodul anhängen deaktiviert
    • Gelb ist eine vom Oszillator erzeugte Sinuswelle
    • Blau ist eine verstärkte Sinuswelle
    • Lila ist eine Rechteckwelle
    • Grün ist Dreieckswelle

Hierarchiemodul anhängen deaktiviert

Was ist das Dreieck oben in der Mitte der Seite? Es sieht so aus, als wäre der Ausgang von U6 damit verbunden. Und was ist sonst noch in der Schaltung? Wohin gehen all diese Spuren, die von der Oberseite des Schaltplans abgehen?
TL071 ist nicht als Integrator geschaltet. Ich denke, die positiven und negativen Eingänge sind versehentlich vertauscht.
Ich denke, das erklärt es, da Sie am Ausgang von U6 eine Dreieckswelle erhalten sollten, wenn es als Integrator fungiert, keine Rechteckwelle. Bei umgekehrten Eingängen wirkt der Operationsverstärker wie ein Komparator.
@ErikR Es tut mir leid, dass ich vergessen habe, sie zu erklären. Dieses Dreieck ist ein sembolisches Ausgangsterminal ohne Funktion, das können Sie ignorieren. Die Spuren gehen zum virtuellen Oszilloskop des Proteus. Was die Komparator-Sache betrifft, denke ich, dass Sie Recht haben könnten. Obwohl ich nicht verstehe, warum ich es nicht maskieren kann, wirkt es sowohl im wirklichen Leben als auch in Simülatör wie ein Komparator, wenn das Kontrollkästchen "Hierarchiemodul anhängen" aktiviert ist.
Könnten Sie erklären, warum Sie versuchen, eine Rechteckwelle mit einer Sinuswelle zu erzeugen, anstatt nur ein astabiles Flip-Flop oder ähnliches zu verwenden? Oder eigentlich ein gesättigter/geclippter Oszillator? Außerdem: Wenn Sie "Rechteckwelle" sagen, meinen Sie ein Quadrat mit unendlicher Bandbreite oder benötigen Sie bestimmte Bandbreitenbeschränkungen? (Die Taylor- oder Fourier-Reihe einer „Rechteckwelle“ sieht, wenn sie bandbegrenzt ist, ganz anders aus als ein „Quadrat“.)
Ich weiß, dass dies ein unpraktischer Weg ist, um die Rechteckwelle zu erhalten, aber ich tue dies nicht nur für ein Werkzeug, das ich meinem Labor hinzufügen kann, sondern auch für Bildungszwecke. Ich benötige keine bestimmte Bandbreitenbegrenzung, ich versuche, einen Funktionsgenerator mit einstellbarer Frequenz und Amplitude herzustellen.
C8 und C10 sollten gleiche Werte haben.

Antworten (2)

Wenn Sie eine Sinuswelle integrieren, sollten Sie eine Cosinuswellenausgabe erhalten. Das heißt, wenn eine Sinuswelle eingegeben wird, sollte der Ausgang des Integrators dem Eingang um 90 Grad vorauseilen. Der Integrationsprozess sollte eine Verzögerung von 90 Grad erzeugen, aber der Integrator selbst invertiert, daher ein Fortschritt von insgesamt 90 Grad am Ausgang im Vergleich zum Eingang.

Ich vermute, dass Sie in der Simulation die Eingänge des "Integrators" vertauscht haben und daher als Komparator fungieren. Ein Komparator ist das, was Sie brauchen, um aus einer Sinuswelle eine Rechteckwelle zu erzeugen. Verwenden Sie einfach einen Operationsverstärker (oder noch besser einen tatsächlichen Komparator für eine bessere Anstiegsgeschwindigkeit), verbinden Sie einen Eingang mit Masse und den anderen Eingang mit der verstärkten Sinuswelle, die von der vorherigen Stufe kommt. Der Ausgang ist eine Rechteckwelle, aber stellen Sie sicher, dass die + und - Sättigungsgrenzen die gleichen Spannungsgrenzen über und unter der Erde sind. Wenn Sie an den Rändern der Rechteckwelle mehrere Übergänge erhalten, verwandeln Sie den Komparator in einen Schmitt-Trigger, indem Sie eine Hysterese mit etwas positivem Feedback hinzufügen.

Sie benötigen einen Integrator, um die Rechteckwelle in eine Dreieckwelle umzuwandeln, aber fügen Sie einen hochohmigen Widerstand (z. B. 1 M) parallel zur Rückkopplungskappe hinzu, um zu verhindern, dass der Integrator in die Sättigung geht.

Bonusinformationen: Die Integration einer Dreieckswelle erzeugt eine Sinuswelle.

Ich habe es in der Simulation versucht und es hat nicht funktioniert. Ich habe die verstärkte Sinuswelle mit dem nicht invertierenden Anschluss und dem invertierenden Anschluss mit Masse verbunden.
Das Integrieren einer Dreieckswelle erzeugt keine Sinuswelle. Bei einer Dreieckwelle steigt die Spannung linear mit der Zeit an. Wenn Sie es integrieren, steigt die Spannung mit dem Quadrat der Zeit, was keine Sinuswelle ist.
@Barry Mein Verständnis davon ist, dass, wenn eine Dreieckswelle an einen Integrator angelegt wird, der einen großen Widerstand über seinem Rückkopplungskondensator hat, die Übertragungsfunktion die eines Tiefpassfilters ist und die Dreieckswelle daher tiefpassgefiltert wird, wobei die Grundwelle zurückbleibt Sinuswelle und ein paar Oberschwingungen niedrigerer Ordnung. Die Ausgabe des Integrators ist daher eine abgerundete Form der Dreieckswelle, die einer Sinuswelle sehr ähnlich ist, aber tatsächlich keine reine Sinuswelle ist.
Was ist mit dem Integrator? Es funktioniert nicht.
@Barry ....... Ich verstehe deinen Standpunkt. Der Ausgang eines Integrators mit Dreieckswelleneingang sieht aus wie eine abgerundete (verzerrte) Sinuswelle, da die Kurven der Ausgangswellenform auf x^2 und nicht auf sin(x) basieren. Wie Sie sagen, ist das Integral von y = x y = 0,5 (x ^ 2).

Jeder Operationsverstärker, der in beiden Halbzyklen in die Sättigung getrieben wird, erzeugt eine Rechteckwelle, wenn er mit einer Sinuswelle getrieben wird. Es muss kein Integrator sein.

Ein Operationsverstärker-Integrator neigt dazu, an einer Schiene in die Sättigung zu driften , wenn kein Widerstand parallel zum Kondensator vorhanden ist. Sehr wenige Eingangssignale sind völlig frei von DC-Komponenten. Und selbst dann ist ein Offset-Strom zu berücksichtigen. Wenn Sie ein Signal mit einer DC-Komponente genau integrieren, bleibt der Ausgang nicht um Null herum zentriert, sondern steigt mit der Zeit auf die eine oder andere Schiene an. Ein parallel zum Kondensator geschalteter Widerstand dient dazu, diesen Gleichstromanteil abzuleiten.

Fügen Sie also parallel zum Kondensator einen Widerstand hinzu. Oder ersetzen Sie den Kondensator vollständig durch einen Widerstand und stellen Sie die Verstärkung einfach hoch genug ein, um den Operationsverstärker zu sättigen.

Ja das dachte ich auch! Ich dachte, ich könnte den Operationsverstärker einfach sättigen, aber ich bin mir nicht sicher, ob es eine gute Übung ist oder nicht. Auch dem Teil über den Parallelwiderstand konnte ich nicht folgen, kannst du es ein bisschen näher erklären? Welchen Zweck hat der Widerstand? Danke.
Einige Erläuterungen hinzugefügt, vielleicht nicht genug.
Ich verstehe es jetzt, danke. Was halten Sie von der Verwendung eines Komparators? Ist es eine bessere Übung? Wie kann ich einen mit einem Operationsverstärker machen? Ich folgte den Anweisungen von James, konnte aber kein Ergebnis erzielen.
Im Allgemeinen sind Op-Apps lausige Vergleicher. Ein LM741 als Begrenzerverstärker (mit Diodenbegrenzer über dem Rückkopplungswiderstand) vor einem LM339 ist ein viel besserer Komparator als zwei LM741 in Reihe, geschweige denn nur einer. Integrierende digitale Voltmeter verwenden häufig eine solche Verstärkungsstufe vor dem Komparator. Die Verstärkungsstufe wird manchmal als Flankenverstärker bezeichnet.
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