¿Diseño para un oscilador analógico que no deriva en frecuencia?

Use piezas con coeficientes de temperatura más bajos (NP0 o C0G para condensadores de cerámica, por ejemplo). Esta suele ser la opción más cara, pero es más simple en una optimización de primer paso.

Use un regulador de voltaje de calidad para alimentar el oscilador, uno que sea inmune a la variabilidad de la temperatura dentro del rango de temperatura de operación del diseño.

Minimice la dependencia de los componentes variables (condensador, inductor o resistencia) para el ajuste. Rellene los componentes variables con componentes fijos para minimizar los valores de los componentes variables. Por ejemplo, reemplace un potenciómetro de 100 k \ $ \ Omega \ $ con resistencias de 47k en las dos patas de un potenciómetro de 10k \ $ \ Omega \ $, ya que el potenciómetro puede tener un coeficiente de temperatura de 1000 ppm, mientras que las resistencias fijas de película de metal al 1% pueden tener Tempco de 200-500 ppm.

Use piezas con coeficientes de temperatura complementarios de componentes (o componentes adicionales con una variabilidad de temperatura que esté bien caracterizada como un termistor, por ejemplo, un aumento de +10 ohmios por grado) que cancelan un cambio en los valores cuando cambia la temperatura. P.ej. Circuito de corrección de la deriva del oscilador (principalmente en referencia a RF deriva del oscilador , pero los principios son consistentes)

Podría considerar un oscilador de cristal de baja frecuencia, como el de 32.768 kHz, comúnmente conocido como cristal de reloj, ya que se utiliza normalmente en los circuitos del reloj de tiempo real (RTC), así como en los microcontroladores de baja potencia. Al usarlo en un VXO con una pequeña capacidad de ajuste, (también conocido como "pull") ~ 10%, creo, y un divisor de frecuencia puede generar un oscilador de audio muy estable que se puede sintonizar en un rango estrecho.

La otra es hacer que el entorno del circuito del oscilador sea térmicamente estable utilizando a) aislamiento para minimizar y ralentizar el cambio térmico, y si es necesario b) calor / enfriamiento con temperatura estabilizada, como un oscilador de cristal controlado por horno, OCXO.

Si observa módulos de oscilador de cuarzo o "latas", preste atención a su tipo de salida, la mayoría están diseñados para la hora normal / generación de reloj y solo emiten una señal digital, aunque módulos de onda sinusoidal o de onda sinusoidal recortada o XO están disponibles.

En respuesta a la estabilidad necesaria, eso depende de la aplicación. Si desea poder igualar la frecuencia de los osciladores a lo largo del tiempo (como en un estudio de grabación de múltiples pistas, donde las pistas se superponen y cada pista se graba por separado), entonces la estabilidad es importante porque la precisión absoluta de la audición humana es moderada (no mejor supongo ), el desajuste de frecuencia relativa es fácilmente detectable en un grado mucho menor (de nuevo supongo aproximadamente 0,1 - 0.01%).

Los osciladores analógicos van a la deriva. Para tus propósitos, un cristal es lo suficientemente exacto. Puedes intentar ajustar un oscilador analógico usando algo derivado de un cristal como referencia. Pero si ya tienes el cristal allí, también puedes usarlo para hacer las frecuencias deseadas directamente.

Incluso un DSP de gama baja sincronizado con un cristal puede sintetizar ondas sinusoidales de audio. Incluso puede producir digitalmente cada uno de los senos internamente, luego agregarlos para crear una señal de salida compuesta. Esto puede ser varios armónicos con sus propias ganancias y cambios de fase, o incluso frecuencias arbitrarias. Hay una razón por la que ya no ves sintetizadores analógicos.

Entro en detalle sobre cómo generar ondas sinusoidales dentro de un procesador en esta respuesta .

Sólo para intervenir, reparé los sintetizadores analógicos durante unos 10 años y estoy muy familiarizado con el tema de la deriva. A muchos músicos les gusta el oscilador analógico precisamente por sus imperfecciones, y en mi humilde opinión esto no es tanto "aceite de serpiente" sino que es una cuestión de gusto y preferencia. No olvidemos que las formas de onda perfectas no necesariamente hacen que la música sea más agradable.

Si puede descargar un manual de servicio moog MicroMoog (disponible gratis en Internet), en la sección 2-8 hay una descripción de su oscilador que fue (para mí) impresionantemente estable. El oscilador es muy estable debido al circuito inteligente descrito en la sección 2-3-3, que actúa como una fuente de corriente.

Básicamente, el circuito está diseñado para mantener una temperatura constante en la matriz de transistores IC que impulsa el oscilador. Pensé que esto funcionó muy bien: el instrumento se encendió, se calentó (en menos de un minuto) y luego se mantuvo estable después de eso, a diferencia de muchos otros sintetizadores analógicos.

La mejor de las suertes con tu proyecto. Si usted viene con un buen diseño, por favor publíquelo. Chris Rowland

La solución en uso desde la década de 1970 ha sido utilizar un par de transistores PNP combinados, para formar un convertidor de voltaje a corriente exponencial. El voltaje de la base del emisor de entrada está relacionado exponencialmente con la corriente del colector. Al tener el segundo transistor configurado, de modo que su corriente esté en la dirección opuesta a la primera, la mayoría de la dependencia de la temperatura se cancela.

Cualquier dependencia de la temperatura restante se resuelve utilizando un termistor en contacto térmico con el par de transistores emparejados, en la ruta de realimentación de un verano de voltaje de amplificador operacional en su entrada.

El aparentemente simple diseño de Thomas Henry VCO-1 pone esto en práctica.

Solía trabajar con un dispositivo que generaría ondas sinusoidales de alta calidad / baja distorsión y, al mismo tiempo, tenía estabilidad TCXO. El truco que utilizaron los diseñadores fue un VCO, que fue controlado por la salida de un PLL. El PLL a su vez fue alimentado con la señal del oscilador analógico y con un reloj digital de un microcontrolador. Ese microcontrolador que pudo hacer sobre cualquier frecuencia contando (y finalmente dividiendo por 2 para hacer una onda cuadrada).

Utilice el (ahora difícil de encontrar) CEM3340 IC.

Por cierto, para algunos usuarios, la inestabilidad de un VCO analógico no es un problema. Da un interés extra a las posibles creaciones de sonido, con él como un componente. Los instrumentos musicales no electrónicos tradicionales también cambian de tono con la temperatura (y la humedad).

Un oscilador de cristal típico es bueno para +/- 50 pm. Como dijo Olin Lathrop, esto es lo suficientemente bueno. Por ejemplo, el concierto A de 440 Hz sería 440 + / 0.022 Hz. No creo que la mayoría de la gente pueda hacer eso aquí.

Sin embargo, si desea calibrar una forma estándar es con una tabla de calibración. Como parte de la deriva se debe a la temperatura, se mide la frecuencia a varias temperaturas y se almacena en una PROM. Luego usa un sensor de temperatura y esa tabla para calcular en qué se establece la entrada del VCO.