Șapte moduri comune de a genera o revistă Suts Wave Nuts & Volts
Unda sinusoidală este o formă de semnal naturală în comunicații și alte aplicații electronice.
Multe produse electronice utilizează semnale de formă sinusoidală. Echipamentele audio, radio și electrice generează sau procesează de obicei unde sinusoidale. După cum se dovedește, există literalmente zeci de moduri de a genera o undă sinusoidală. Acest articol prezintă câteva metode populare pe care ar trebui să le cunoașteți.
Oscilatorul podului Wien
Un popular oscilator cu undă sinusoidală de frecvență joasă (audio și până la aproximativ 100 kHz) este puntea Wien prezentată în figura 1.
FIGURA 1. Popularul oscilator Wien bridge. Un bătrân, dar bun. Frecvența poate fi variată folosind pot-uri pentru R și folosind diferite valori ale C-ului comutat.
Folosește o rețea RC care produce o schimbare de fază de zero grade de la ieșire înapoi la intrare, producând feedback pozitiv care, la rândul său, produce oscilație. Un amplificator operațional este utilizat pentru a produce un câștig de trei care compensează atenuarea rețelei RC. Cu un câștig net de buclă închisă de unul, circuitul oscilează la o frecvență determinată de valorile rețelei RC:
Acest circuit funcționează excelent și produce o undă sinusoidală cu distorsiune redusă foarte curată. Problema sa este că instabilitățile în câștig și fază pot face ca circuitul să iasă complet din oscilație sau să intre în saturație producând o undă sinusoidală tăiată sau o undă pătrată. Unele componente de compensare sunt de obicei adăugate pentru a elimina această problemă.
O soluție simplă este înlocuirea R1 cu un bec incandescent mic a cărui rezistență se schimbă cu curentul. Pe măsură ce ieșirea crește, curentul și rezistența becului cresc și reduc câștigul pentru compensare. Dacă ieșirea scade, curentul scade, scăzând rezistența și mărind câștigul pentru a menține ieșirea constantă. Un exemplu de lucru este de a face din R2 390 ohmi și R1 un bec de tip 327. Alte scheme mai elaborate folosesc un FET ca rezistență variabilă pentru a varia câștigul.
Acest circuit funcționează și are o frecvență de aproximativ 1.592 Hz. Amplitudinea de ieșire depinde de tensiunile de alimentare.
Oscilator cu schimbare de fază
O modalitate populară de a face un oscilator cu undă sinusoidală este de a utiliza o rețea RC pentru a produce o schimbare de fază de 180 de grade pe care să o utilizați în calea de feedback a unui amplificator inversor. Setarea câștigului amplificatorului pentru a compensa atenuarea rețelei RC va produce oscilație. Există mai multe variații ale schimbătorilor de fază, inclusiv o rețea Twin-T RC și secțiuni în cascadă RC high pass care produc schimburi de 45 sau 60 de grade în fiecare etapă. Amplificatorul poate fi un singur tranzistor, un singur amplificator op sau mai multe amplificatoare op. Figura 2 prezintă o variantă populară.
FIGURA 2. O frecvență fixă este un dezavantaj, dar pentru o singură frecvență este bine. Ieșirea pură trebuie să fie tamponată cu un adept op-amp dacă aveți de gând să conduceți o sarcină.
Aceste oscilatoare produc o undă sinusoidală foarte distorsionată. Cu toate acestea, frecvența este fixată în punctul în care fiecare secțiune RC produce o schimbare de fază de 60 de grade. Această frecvență aproximativă este:
În circuitul Figura 2, frecvența ar trebui să fie de aproximativ 3,85 kHz.
Oscilator de cristal Colpitts
Cristalele de cuarț sunt adesea folosite pentru a seta frecvența unui oscilator datorită frecvenței lor exacte de oscilație și stabilitate. Circuitul echivalent al unui cristal este un circuit LC în serie sau paralel. Figura 3 este un oscilator cu undă sinusoidală foarte popular de tip Colpitts, identificat de rețeaua de feedback cu doi condensatori.
FIGURA 3. Un oscilator de cristal popular care funcționează de fiecare dată.
Acesta este un alt circuit utilizat pe scară largă, deoarece este ușor de implementat și foarte stabil. Gama sa de frecvență utilă este de aproximativ 100 kHz până la 40 MHz. Ieșirea este o undă sinusoidală cu o ușoară distorsiune.
Apropo, dacă aveți nevoie de un oscilator de cristal cu o undă sinusoidală, puteți cumpăra de obicei un circuit comercial. Sunt disponibile pe scară largă pentru aproape orice frecvență dorită. Sunt ambalate într-o cutie de metal și au dimensiunea unui CI tipic. Alimentarea DC este de obicei de cinci volți.
Unda pătrată și filtru
O modalitate interesantă de a produce o undă sinusoidală este să o selectați cu un filtru. Ideea este de a genera mai întâi un val pătrat. După cum se dovedește, este adesea mai ușor să generezi o undă pătrată sau unghi dreptunghiular decât o undă sinusoidală. Conform teoriei Fourier, unda pătrată este alcătuită dintr-o undă sinusoidală fundamentală și un număr infinit de armonici impare.
De exemplu, o undă pătrată de 10 kHz conține o undă sinusoidală de 10 kHz și unde sinusoidale la a 3-a, a 5-a, a 7-a etc., armonici de 30 kHz, 50 kHz, 70 kHz și așa mai departe. Ideea este de a conecta unda pătrată la un filtru care selectează frecvența dorită.