사인파 발진기 칩이없는 이유는 무엇입니까? [닫은]

1Vpp @ 1kHz를 생성하는 간단하지만 좋은 사인파 발생기를 만들려고합니다.

사인파는 자연의 진동입니다. 그들은 어디에나 있습니다. 따라서 전자 사인파를 만드는 것이 케이크 조각이라고 생각할 것입니다. 분명히 그렇지 않습니다. SE는 어떻게 만드는지에 대한 질문으로 가득 차 있습니다. 이 화면의 오른쪽 에는 현재 9 개의 유사한 질문 이 있습니다. 그들 대부분은 문제가있는 것 같습니다.

로우 패스 필터, 하이 패스 필터, 링 발진기 및 1960 년부터 이국적인 필라멘트 전구가있는 ​​빈 브리지. 디지털-아날로그 변환기 및 Arduinos. 시뮬레이션 패키지에서 대부분 작동하지 않거나 발진 할 수 없습니다. 일부는 죄 대신 삼각형을 생성합니다. 일부 설계에는 인덕터에 대한 지식이 필요합니다.

왜 이렇게 어려운가요? 사각 파, 톱니파 및 삼각파는 쉬운 것처럼 보이지만 자연에는 쉽게 존재하지 않습니다. 그것들이 매우 유용하기 때문에, 나는 사인 오실레이터 칩 (NE555 사인 변형과 같은)을 사고 저항과 커패시터를 추가하고 99.99 % 순수한 파도로 갈 것이라고 생각했을 것입니다. 뭔가 빠졌지 만 간단한 전자 장치가 사인파 발생기와 호환되지 않는 것 같습니다.

99.99 % 순수한 신호를 원하면 일반적인 사각형 톱니 및 삼각형 신호 발생기가 실패합니다. 당신이 쓴 것처럼 그 신호는 본질적으로 존재하지 않으며이 형태의 정말 정확한 기술적 신호도 존재하지 않습니다. 완벽한 단계 전환이 존재하지 않으며 완벽한 램프도 실제가 아닙니다.

정확한 아날로그 신호 발생기의 문제점은 필요한 진폭 조정입니다. 조금 덜 증폭되고 신호가 천천히 사라지고 조금씩 많이 부비동 신호가 왜곡됩니다. 부비동 신호에는 완벽한 진폭 조정이 어렵습니다.

정현파 생성의 주요 문제점은 180도 위상 변이 (전통적으로 인덕터 및 커패시터)를 생성하는 데 2 ​​개의 공진 요소가 탱고에 걸리는 것입니다. RF에서는 문제가되지 않습니다. 인덕터가 쉽습니다. 그러나 주파수가 낮아질수록 관련된 큰 인덕터가 다루기 어려워 지므로 여러 RC 네트워크, 필터 또는 셰이퍼 네트워크를 기반으로 한 대체 사인 생성 방식이 사용됩니다. RC 네트워크 또는 필터 접근 방식은 고정 주파수 사인에 적합합니다. 휴렛의 빈 브리지는 여전히 실행 가능한 회로이며, 게인 안정화를위한 백열 전구에 대한 대안이 있기 때문에 램프없이 듀얼 연산 증폭기 주변에서 구현하기에 충분히 간단합니다. - LTC AN43에서도 43아래에 재현 된 친구입니다 (앱 노트에는 더 나은 버전이 있지만 그림 43은 개념을 보여주기에 충분합니다).

그러나 저주파에서 민첩한 사인 소스가 필요한 경우 이중 갱 전위차계 또는 이에 상응하는 전자 부품에 대한 Wien-bridge의 요구 사항이 낮아집니다. ICL8038 / MAX038 및 XR2206과 같은 모든 아날로그 함수 발생기 IC가 등장하여 수십 년 동안 기본적으로 합리적인 (% 또는 2 개) THD로 요청한 것을 제공합니다. 이 IC는 모두 동일한 기본 접근 방식을 사용했습니다. 정사각형과 삼각형 출력을 추적 할 수있는 안정된 삼각형 파형을 "사인 셰이퍼"라고하는 회로에 공급했습니다. 여러 사인 셰이퍼 잘 덮여 접근 있습니다 여기에 - 오버 드라이브 쌍은 IC 설계에서 좋은 효과를 사용할 수 있으며,보다 정교한 접근 방식은 완전히 사용하지만 트랜스 리니어 사인 쉐이퍼 회로를 라 (구식)를AD639 . 개요 링크에 언급 된 JFET 방식은 진폭 감도에도 불구하고 개별 부품 실험에 더 실용적입니다.

그러나 결국 모 놀리 식 아날로그 함수 발생기를 죽인 것은 디지털 기술이었습니다. AD9833 과 같은 현대의 민첩한 사인 소스 는 위상 누산기가 고속 구형파 클럭을 아래로 나누는 데 사용되는 다이렉트 디지털 합성 기술을 사용하는 삼각형 대 사인 방식의 디지털 등가물입니다. 그러면 램프 대 사인 룩업 테이블을 공급하는 숫자 램프입니다. 물론 마이크로 컨트롤러에서도이 작업을 수행 할 수 있지만 작동 주파수는 상당히 크게 제한됩니다.

흥미롭게도 RF 에서조차도 아날로그 세계에서 정확한 사인에 대한 요구가 현재는 줄어 들었습니다. RF 믹싱 기능이 디지털 스위칭을 통해 가장 잘 구현 된다는 사실은 구형파 RF 로컬 발진기가 훨씬 더 실용적이라는 것을 의미합니다. 처음 보이는 것보다 옵션.

" 나는 무언가를 놓치고 있지만 간단한 전자 장치는 특히 사인파 발생기와 호환되지 않는 것 같습니다. "

다음 문장으로 답을 시작하겠습니다.

"좋은 고조파 (선형) 발진기는 적절한 비선형 성이 필요하다".

이 명백한 모순의 이유는 이미 또 다른 답변에서 설명되었습니다. 각 "정현파"발진기는 진폭 조정 메커니즘이 필요합니다. 작은 진폭 (오실 레이션 시작)의 경우 루프 게인이 1보다 약간 커야하므로 오실 레이션이 쌓일 수 있습니다. 그러나 하드 제한이 발생하기 전에 (공급 레일) 루프 게인은 자동으로 감소하여 추가 증가를 중지해야합니다.

따라서 진폭에 의존하는 회로가 필요합니다. 즉, 비선형입니다. 결과적으로 루프 게인은 "1"주위에서 주기적으로 스윙하고 폐쇄 루프 극은 s 평면의 오른쪽 절반 (상승 진폭)과 왼쪽 절반 (감쇠 진폭) 사이에서 약간 스윙합니다. 이론적 인 진동 기준에 따라 극을 imag에 직접 배치 할 수 없습니다. s 평면의 축.

문제는 다음과 같습니다. 비선형 성은 (a) 진동을 안전하게 시작할 수있을만큼 충분히 커야하며 (모든 공차를 고려하여) (b) 고조파 왜곡과 관련하여 가능한 한 작아야합니다. 따라서 절충이 필요합니다.

이 목적으로 사용되는 다양한 비선형 요소가 있습니다 (다이오드, FET 저항, 저항으로서의 OTA, 전구, 서미스터 등). 그러나, 가장 큰 결과는 비교적 큰 시간 상수를 가진 추가 조정 루프 (정류 및 제어 된 활성 게인 블록 포함)를 사용하여 얻습니다. 이 시정 수는 위에서 언급 한 바와 같이 극의 주기적 움직임을 결정합니다. 이러한 원리를 사용하면 0.01 % 정도의 THD 값이 가능합니다.

편집 : (추가 정보).

두 가지 이상의 연산 증폭기가있는 오실레이터 토폴로지가 있으며 훌륭한 기능을 가지고 있습니다. 연산 증폭기 중 하나가 "소프트 진폭 제한"을 수행하고 다른 증폭기 장치의 출력은 첫 번째 연산 증폭기의 저역 통과 / 대역 통과 필터링 버전입니다. 이 구조는 놀랍게도 작은 THD 값을 허용합니다. 예는 다음과 같습니다. 2 개의 적분기 루프 (시간 상수가 다른) 및 GIC 기반 발진기.

Exar XR2206 및 Maxim MAX038 과 같은 멋진 함수 발생기 IC가 있었습니다 .

XR2206은 사인, 사각형, 삼각형, 램프 및 펄스 파형을 0.01Hz에서 1MHz로 생성했습니다. Maxim은 0.1Hz에서 20MHz까지 동일합니다.

둘 다 이제 Digi-Key에서 더 이상 사용되지 않는 것으로 표시되지만 여기에서 Jameco 와 같이 계속 찾을 수 있습니다 . 참고 : "Clearance"는 $ 7.95입니다. 같은 가격 으로 홍콩에서 키트 를 1 달러 더 받을 수 있습니다 .

중단 된 이유를 모릅니다. 아마도 사람들은 마이크로 컨트롤러 + DAC + 조회 테이블을 사용하는 것이 더 쉽다고 생각할 것입니다.