Analoge functiegenerator (2 / 13 stap)

Stap 2: Ontspanning Oscillator

Dit ontwerp is gebaseerd op de eenvoudige maar toch efficiënte ontspanning-oscillator. Een ontspanning oscillator is in feite een Schmitt Trigger die heeft gedwongen in een trilling op basis van de stijgtijd van een serie weerstand en een condensator. Een Schmitt Trigger is een configuratie voor comparatoren die hysteresis, of afhankelijkheid van recente geschiedenis, aan een vergelijking operatie toevoegt. Hysteresis is de reden waarom uw thermostaat niet klik op in- en uitschakelen op precies dezelfde plek wanneer u het wiel heen en weer zet. Schmitt triggers worden gewoonlijk gebruikt om te vergelijken twee spanningen wanneer de signalen nogal lawaaierig, zijn aangezien de lage amplitude lawaai kan leiden tot de comparator om te activeren op het lawaai in plaats van het gewenste signaal. Een Schmitt Trigger heeft een spanning van de drempel op basis van de waarden van twee weerstanden, R1 en R2 in de bijgevoegde afbeelding. Als we de comparator aangesloten op +/-12V heeft zullen de drempel spanningen +/-12V*R1/(R1+R2). Dit ontwerp maakt gebruik van een trimmer voor R1, zodat drempelmethode variabel is.

Laten we aannemen dat de weerstanden worden gekozen zodat de drempel spanning V_{Bovenstebeoordelings}= 1V. Wanneer het circuit wordt geïnitialiseerd, de spanning tussen C is nul en de comparator zal spoor naar één van de voedingsspanningen. Laten we zeggen dat het de + 12V. Dan is de spanning op pin 3 + 1V. De comparator ziet dit en blijft leveren + 12 omdat V₊> V_-. Sommige huidige zal gereisd R3 en R4 en beginnen met het opladen van C, waardoor de spanning stijgen volgens de functie V_C(t)=12*(1-EXP(-t/RC)). Wanneer V_C gaat gewoon over 1V, vervolgens V₊< V_- en de comparator verandert de status van de uitgang - 12V. Wanneer V_uit=-12 volt, dan V-_{Bovenstebeoordelings}=-12*R1/(R1+R2), of in ons scenario, V_{Bovenstebeoordelings}=-1V. Dus nu ziet de comparator V-= + 1V V₊=-1V. De condensator zal ontlaadt via R3 + R4 en omgekeerde polariteit tot V_-=-1V, waar de comparator naar overschakelen zal + 12V uitgang weer. Dit proces blijft over en over, en heeft een frequentie van ongeveer f=(R1+R2)/(4*R1*C*(R3+R4)). Een opvallend kenmerk van deze relatie is dat het volledig onafhankelijk van het voedings voltage van de comparator. Het is uitsluitend een functie van de passieve componenten die u kiest.

Een voordeel van het gebruik van een oscillator ontspanning is daarom geschikt voor het produceren van een geschatte driehoek golf op het moment dat het het maken van een blokgolf. Dit signaal is de spanning over de condensator. Zoals ik al eerder zei, volgt dit signaal eigenlijk een exponentiële curve. Echter als we V_{Bovenstebeoordelings} veel minder dan de voedingsspanning maken (door rond een factor 10), dan de curve vrij goed kan worden benaderd door een rechte lijn. Voor degenen onder u met ervaring met Taylorreeks, zijn we in wezen het kiezen van "t" klein en nemen van de eerste orde (lineaire) onderlinge aanpassing van de exponentiële waarde. Met andere woorden, als we V_{Bovenstebeoordelings} klein genoeg maken, krijgen we twee signalen voor de prijs van één.

Je kan zeggen, "maar dit is niet een Comparateur, het is een opamp!" maar ze zijn in wezen hetzelfde. Op-amps zijn ontworpen met negatieve feedback in het achterhoofd en zijn meestal trager, maar ze kunnen worden gebruikt voor het maken van vergelijkingen van de spanning. Ik koos TL08x serie op versterkers gebruiken, omdat ze goedkoop zijn, veel beter dan 741s, hebben een relatief hoge slew rate (snelheid), en JFET ingangen (hoge ingangsimpedantie), zodat ze echt de perfecte hobbyist opamp. Ik heb het getest dit fundamentele circuit tot frequenties van ongeveer 350 kHz met goede resultaten, maar het signaal begint te breken ergens rond 500 KHz. De opamp is gewoon niet snel genoeg. De oscillator zelf zou kunnen worden verbeterd met een hoge snelheid Comparateur, maar deze verbetering verloren zou gaan later langs de lijn in de functiegenerator dus ik wilde gewoon gebruik maken van de opamp.

Als u wat extra snelheid wilt, kon u altijd proberen te vinden van een opamp in hoge snelheid. Fabrikanten proberen om ervoor te zorgen dat de pin-outs ongeveer hetzelfde voor soortgelijke inrichtingen, zijn dus het moet gewoon een kwestie van inpluggen van een andere chip in de IC-socket. TL084s hebben een hoop tarief 13V/µs, en een chip met een hoger tarief van zwenkt moet een proportioneel hogere maximale frequentie-output. Bijvoorbeeld, de TLE2144CN heeft een identieke pin-out, kost $4,90 elke en beweert te hebben een hoop tarief 45V/µs, en daarom moeten kunnen krijgen tot 300 kHz * 45/13 = 1.04 MHz betrouwbaar. Ik vond deze optie, en ik kan upgrade op een bepaald punt, maar vergeet niet dat hoe hoger de frequentie, hoe groter de kans uw signaal zal zijn vervormd of vernietigd door verdwaalde impedances in het circuit. Met andere woorden, is er geen garantie dat de besteding van het extra geld alles voor u doen.