¿Por qué no hay un chip oscilador de onda sinusoidal? [cerrado]

Si desea una señal de 99,99% de pureza, fallan los generadores de señal de cuadratura, diente de sierra y triángulo habituales. Mientras escribía, esas señales no existen en la naturaleza y tampoco existe una señal técnica muy precisa de esta forma. No existe una transición de pasos perfecta y una rampa perfecta tampoco es real.

El problema con un generador de señales analógicas exactas es la regulación de amplitud necesaria. Un poco menos de amplificación y la señal desaparece lentamente, un poco demasiado y la señal sinusal se distorsiona. La regulación perfecta de la amplitud es difícil para las señales de sinusitis lentas.

El principal problema con la generación de ondas sinusoidales es que se necesitan dos elementos resonantes para que el tango produzca un cambio de fase de 180 °: clásicamente, un inductor y un capacitor. En RF, esto no es un problema, los inductores son fáciles. Sin embargo, a medida que se adentran en frecuencias más bajas, los grandes inductores involucrados se vuelven difíciles de manejar, por lo que se utilizan enfoques de generación de seno alternativos basados en múltiples redes RC, filtros o redes de modeladores. La red RC o los enfoques de filtro son buenos para los senos de frecuencia fija: el puente de Wien de la época de Hewlett sigue siendo un circuito bastante viable y lo suficientemente simple como para implementarlo alrededor de una lámpara doble sin una lámpara, ya que existen alternativas a la bombilla incandescente para la estabilización de la ganancia - La Figura 43 en LTC AN43 es su amigo aquí, que se reproduce a continuación (la nota de nota tiene mejores versiones, pero la Figura 43 es suficiente para mostrar el concepto).

Sinembargo,sinecesitaunafuentesinusoidalágilabajasfrecuencias,elrequisitodelpuentedeWienparaunpotenciómetrodedoblebandaoelementoelectrónicoequivalenteesunadesventaja.AquíesdondeentrarontodoslosICdegeneradordefuncionesanalógicas,comoelICL8038/MAX038yelXR2206,queproporcionanbásicamenteloquesolicitóconunTHDrazonable(dentrodeun%odos),durantevariasdécadas.Todosestoscircuitosintegradosutilizaronelmismoenfoquebásico:unastableconsalidascuadradasytriangularesdeseguimiento,seguidodelaalimentacióndeesaondatriangularenuncircuitoconocidocomo"conformador sinusoidal". Hay varios enfoques sinusoidales, bien cubiertos aquí : los pares saturados se pueden utilizar para el bien efecto en un diseño de IC, aunque un enfoque más sofisticado utiliza un circuito totalmente translinear sine shaper a la the (obsoleto) < a href="http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/obsolete-data-sheets/AD639.pdf"> AD639 . Sin embargo, el enfoque JFET mencionado en el enlace de información general es más práctico para experimentos de partes discretas, a pesar de su sensibilidad de amplitud.

Sin embargo, lo que acabó con los generadores de funciones analógicas monolíticas fue la tecnología digital. Las fuentes sinusoidales ágiles modernas, como AD9833 , son los equivalentes digitales del enfoque de triángulo a seno, utilizando lo que se llama una técnica de Síntesis Digital Directa, en la que se utiliza un acumulador de fase para dividir un reloj de onda cuadrada rápido en una rampa numérica, que luego alimenta una tabla de búsqueda de rampa a seno . Por supuesto, esto también se puede hacer en un microcontrolador, aunque esto limita la frecuencia de operación de manera bastante significativa.

De manera bastante interesante, la demanda de senos precisos en el mundo analógico se ha reducido en la actualidad, incluso en RF: el hecho de que la función de mezcla de RF sea mejor implementado por medio de conmutación digital significa que los osciladores locales de RF de onda cuadrada son una opción mucho más viable de lo que parecen.

" ¿Me estoy perdiendo algo, pero parece que la electrónica simple no es particularmente compatible con los generadores de onda sinusoidal? "

Permítame comenzar mi respuesta con la siguiente oración:

"Un buen oscilador armónico (lineal) necesita una no linealidad adecuada".

La razón de esta aparente contradicción ya se explicó en otra respuesta: cada oscilador "sinusoidal" necesita un mecanismo de regulación de la amplitud. Para amplitudes pequeñas (inicio de la oscilación), la ganancia del bucle debe ser ligeramente mayor que la unidad, lo que permite que la oscilación se acumule. Sin embargo, antes de que tenga lugar la limitación rígida (riel de suministro), la ganancia del bucle debe reducirse automáticamente para detener un aumento adicional.

Por lo tanto, necesitamos un circuito que sea dependiente de la amplitud, lo que significa: No lineal. Como resultado, la ganancia de bucle oscila periódicamente alrededor de "1", y los polos de bucle cerrado oscilan ligeramente entre la mitad derecha del plano s (amplitudes crecientes) y la mitad izquierda (amplitudes decrecientes). No es posible colocar los polos (como lo exige el criterio de oscilación teórico) directamente sobre la imagen. Eje del plano s.

Ahora, el problema es el siguiente: la no linealidad debe ser (a) lo suficientemente grande como para permitir un inicio seguro de las oscilaciones (teniendo en cuenta todas las tolerancias) y ( b) lo más pequeño posible con respecto a las distorsiones armónicas. Por lo tanto, una compensación es necesaria.

Hay varios elementos no lineales en uso para este propósito (diodos, resistencia FET, OTA como resistencia, bombillas, termistores, ...). Sin embargo, los mejores resultados se obtienen utilizando un bucle de regulación adicional (que contiene rectificación y bloques de ganancia activa controlada) con una constante de tiempo relativamente grande. Esta constante de tiempo determina los movimientos periódicos de los polos (como se mencionó anteriormente). Usando tales principios, son posibles valores de THD del orden de 0.01%.

EDITAR: (información adicional).

Hay topologías de oscilador con dos o más opamps que tienen buenas características: uno de los opamps realiza una "limitación de amplitud suave" y la salida de la otra unidad de amplificador es una versión filtrada de paso bajo / paso de banda del primer opamp. Esta estructura permite valores THD sorprendentemente pequeños. Algunos ejemplos son: bucles de dos integradores (con diferentes constantes de tiempo) y osciladores basados en GIC.

Solía haber un par de ICs generadores de funciones agradables, Exar XR2206 y Maxim MAX038 .

El XR2206 produjo formas de onda de seno, cuadrado, triángulo, rampa y pulso desde 0.01 Hz a 1 MHz; la máxima es la misma de 0.1 Hz a 20 MHz.

Ambos están ahora listados como obsoletos en Digi-Key, pero aún puedes encontrarlos por ejemplo, por ejemplo. aquí en Jameco. Nota: "Liquidación "por $ 7.95. Por el mismo precio, puede obtener un kit de Hong Kong por un dólar más .

No sé por qué se han suspendido, quizás la gente piense que es más fácil usar un microcontrolador + tabla de búsqueda DAC +.