Pourquoi n'y a-t-il pas de puce oscillateur à onde sinusoïdale? [fermé]

J'essaie de créer un générateur d'onde sinusoïdale simple mais bon qui produira 1 Vpp à 1 kHz.

Les ondes sinusoïdales sont des oscillations de la nature. Ils sont partout. On pourrait donc penser que ce serait un jeu d'enfant de faire une onde sinusoïdale électronique. Apparemment non. SE est criblé de questions sur la façon de les faire. Il y a actuellement 9 questions similaires sur le côté droit de cet écran. La plupart d'entre eux semblent avoir des problèmes.

Filtres passe-bas, filtres passe-haut, oscillateurs en anneau et ponts de Wien avec ampoules à filament exotiques de 1960. Convertisseurs numériques-analogiques et Arduinos. La plupart ne semblent pas fonctionner ou ne peuvent pas osciller dans un package de simulation. Certains produisent des triangles au lieu de sinus. Certaines conceptions nécessitent une connaissance des inducteurs.

Pourquoi est-ce si difficile? Les ondes carrées, en dents de scie et triangulaires semblent être faciles, mais elles n'existent pas facilement dans la nature. Puisqu'ils sont si utiles, j'aurais pensé que j'achèterais juste une puce d'oscillateur sinus (comme une variante sinus NE555), ajouterais une résistance et un condensateur et je pars avec une onde pure à 99,99%. Suis-je en train de manquer quelque chose, mais il semble que l'électronique simple ne soit pas particulièrement compatible avec les générateurs à onde sinusoïdale?

Si vous voulez un signal pur à 99,99%, les générateurs de signaux carrés, en dents de scie et triangulaires échouent. Comme vous l'avez écrit, ces signaux n'existent pas dans la nature et un signal technique vraiment précis de cette forme n'existe pas non plus. Une transition d'étape parfaite n'existe pas et une rampe parfaite n'est pas réelle non plus.

Le problème avec un générateur de signal analogique exact est la régulation d'amplitude nécessaire. Un peu moins d'amplification et le signal disparaît lentement, un peu trop et le signal sinusal est déformé. La régulation parfaite de l'amplitude est difficile pour les signaux de sinus lents.

Le principal problème avec la génération d'ondes sinusoïdales est qu'il faut deux éléments résonnants au tango pour produire un déphasage de 180 ° - classiquement, une inductance et un condensateur. Chez RF, ce n'est pas un problème - les inducteurs sont faciles. Cependant, lorsque vous entrez dans des fréquences plus basses, les grandes inductances impliquées deviennent difficiles à manier, c'est pourquoi des approches alternatives de génération de sinus basées sur plusieurs réseaux RC, filtres ou réseaux de mise en forme sont utilisées. Les approches de réseau ou de filtre RC sont bonnes pour les sinus à fréquence fixe - le pont de Wien de l'époque de Hewlett est encore un circuit tout à fait viable et assez simple à mettre en œuvre autour d'un double ampli-op sans lampe, car il existe des alternatives à l'ampoule à incandescence pour la stabilisation du gain - Figure 43 dans LTC AN43 est votre ami ici, reproduit ci-dessous (l'appnote a de meilleures versions, mais la figure 43 suffit pour montrer le concept).

Cependant, si vous avez besoin d'une source sinusoïdale agile à basse fréquence, l'exigence du pont de Wien pour un potentiomètre double gang ou un élément électronique équivalent est un inconvénient. C'est là que les circuits intégrés de générateur de fonctions tout analogique tels que l'ICL8038 / MAX038 et le XR2206 sont entrés - fournissant essentiellement ce que vous avez demandé avec un THD raisonnable (dans un% ou deux), sur plusieurs décennies. Ces circuits intégrés ont tous utilisé la même approche de base - un astable avec suivi des sorties carrées et triangulaires, suivi de l'alimentation de cette onde triangulaire dans un circuit connu sous le nom de "sinus shaper". Il existe plusieurs approches de mise en forme sinusoïdale, bien couvert ici - les paires saturées peuvent être utilisées à bon escient dans une conception de circuit intégré, bien qu'une approche plus sophistiquée utilise un circuit de mise en forme sinusoïdale entièrement translinéaire à la la (obsolète)AD639 . L'approche JFET mentionnée dans le lien de vue d'ensemble est cependant plus pratique pour les expériences de pièces discrètes, malgré sa sensibilité à l'amplitude.

Ce qui a finalement tué les générateurs de fonctions analogiques monolithiques, cependant, c'est la technologie numérique. Les sources sinusoïdales agiles modernes, comme l' AD9833 , sont les équivalents numériques de l'approche triangle-sinus, utilisant ce qu'on appelle une technique de synthèse numérique directe, dans laquelle un accumulateur de phase est utilisé pour diviser une horloge à onde carrée rapide en un rampe numérique, qui alimente ensuite une table de recherche rampe à sinus. Cela peut également être fait sur un microcontrôleur, bien que cela limite la fréquence de fonctionnement de manière assez significative.

Chose intéressante, la demande de sinus précis dans le monde analogique a été réduite de nos jours, même en RF - la prise de conscience que la fonction de mixage RF est mieux mise en œuvre au moyen de la commutation numérique signifie que les oscillateurs locaux RF à onde carrée sont beaucoup plus viables option qu'ils ne semblent à première vue.

" Suis-je en train de manquer quelque chose, mais il semble que l'électronique simple ne soit pas particulièrement compatible avec les générateurs à onde sinusoïdale? "

Permettez-moi de commencer ma réponse par la phrase suivante:

"Un bon oscillateur harmonique (linéaire) a besoin d'une non-linéarité appropriée".

La raison de cette apparente contradiction a déjà été expliquée dans une autre réponse: Chaque oscillateur "sinusoïdal" a besoin d'un mécanisme de régulation d'amplitude. Pour les petites amplitudes (début de l'oscillation), le gain de boucle doit être légèrement supérieur à l'unité - permettant ainsi à l'oscillation de s'accumuler. Cependant, avant que la limitation stricte n'ait lieu (rail d'alimentation), le gain de boucle doit être réduit automatiquement pour arrêter l'augmentation.

Par conséquent, nous avons besoin d'un circuit qui dépend de l'amplitude - ce qui signifie: non linéaire. En conséquence, le gain de boucle oscille périodiquement autour de "1" - et les pôles en boucle fermée oscillent légèrement entre la moitié droite du plan s (amplitudes croissantes) et la moitié gauche (amplitudes décroissantes). Il n'est pas possible de placer les pôles (comme l'exige le critère d'oscillation théorique) directement sur l'imag. axe du plan s.

Maintenant - le problème est le suivant: la non-linéarité doit être (a) suffisamment grande pour permettre un démarrage sûr des oscillations (en tenant compte de toutes les tolérances) et (b) aussi petite que possible en ce qui concerne les distorsions harmoniques. Par conséquent, un compromis est nécessaire.

Différents éléments non linéaires sont utilisés à cet effet (diodes, résistance FET, OTA comme résistance, ampoules, thermistances, ...). Cependant, les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant une boucle de régulation supplémentaire (contenant des blocs de redressement et de gain actif contrôlé) avec une constante de temps relativement grande. Cette constante de temps détermine les mouvements périodiques des pôles (comme mentionné ci-dessus). En utilisant de tels principes, des valeurs de THD de l'ordre de 0,01% sont possibles.

EDIT: (informations supplémentaires).

Il existe des topologies d'oscillateur avec deux ou plusieurs amplis-op qui ont de belles fonctionnalités: l'un des opamps effectue une "limitation d'amplitude douce" et la sortie de l'autre amplificateur est une version filtrée passe-bas / passe-bande du premier opamp. Cette structure permet des valeurs THD étonnamment faibles. Exemples: boucles à deux intégrateurs (avec différentes constantes de temps) et oscillateurs basés sur GIC.

Il y avait autrefois quelques jolis CI de générateur de fonctions, l' Exar XR2206 et Maxim MAX038 .

Le XR2206 a produit des formes d'onde sinusoïdale, carrée, triangulaire, en rampe et en impulsion de 0,01 Hz à 1 MHz; le Maxim est le même de 0,1 Hz à 20 MHz.

Les deux sont désormais répertoriés comme obsolètes sur Digi-Key, mais vous pouvez toujours les trouver autour, par exemple ici chez Jameco. Remarque: "Liquidation" pour 7,95 $. Pour le même prix, vous pouvez obtenir un kit de Hong Kong pour un dollar de plus .

Je ne sais pas pourquoi ils ont été abandonnés, peut-être que les gens pensent qu'il est plus facile d'utiliser simplement une table de recherche microcontrôleur + DAC +.