Générateur de fonctions analogiques (2 / 13 étapes)

Étape 2: Oscillateur de Relaxation

Cette conception s’inspire de l’oscillateur de relaxation simple et efficace. Un oscillateur de relaxation est fondamentalement un Trigger de Schmitt qui a été contraint à une oscillation basée sur le temps de montée d’une résistance série et le condensateur. Un Trigger de Schmitt est une configuration pour comparateurs qui ajoute hystérésis, ou dépendre de l’histoire récente, à une opération de comparaison. Hystérésis est la raison pour laquelle que votre thermostat ne cliquez sur et en dehors exactement au même endroit lorsque vous tournez la molette en arrière. Triggers de Schmitt sont normalement utilisés pour comparer deux tensions lorsque les signaux sont assez bruyants, car le bruit de faible amplitude peut provoquer le comparateur déclencher sur le bruit au lieu du signal désiré. Un Trigger de Schmitt a une tension de seuil basée sur les valeurs des deux résistances R1 et R2 dans la figure ci-jointe. Si nous avons le comparateur connecté à +/-12V, les tensions de seuil sera +/-12V*R1/(R1+R2). Ce modèle utilise une tondeuse pour R1, donc seuillage est variable.

Supposons que les résistances sont choisis pour que tension V de seuil_Ahmed= 1V. Lors de l’initialisation du circuit, la tension aux bornes de C est égale à zéro et le comparateur sera rail à une des tensions d’alimentation. Disons que c' est + 12V. Puis la tension sur la broche 3 est + 1V. Le comparateur voit cela et continue à fournir + 12 depuis V₊> V_–. Certains courants seront voyage à travers les R3 et R4 et commencer à charger C, provoquant sa tension s’élever selon la fonction V_C(t)=12*(1-EXP(-t/RC)). Lorsque V_C dépasse juste de 1V, puis V₊< V_– et la comparaison vont changer son état de sortie à - 12V. Lorsque V_out=-12 volts, puis V_Ahmed=-12*R1/(R1+R2), ou pour notre scénario, V_Ahmed=-1V. Alors maintenant le comparateur voit V-= + 1V V₊=-1V. Le condensateur se décharge par le biais de R3 + R4 et inverser la polarité jusqu'à V_–=-1V, où le comparateur passe au + 12V sortie encore une fois. Ce processus continue encore et encore et a une fréquence d’environ f=(R1+R2)/(4*R1*C*(R3+R4)). Une caractéristique remarquable de cette relation, c’est qu’il est complètement indépendant de la tension d’alimentation du comparateur. Il est uniquement fonction des composants passifs que vous choisissez.

Un avantage d’utiliser un oscillateur de relaxation, c’est qu’il est capable de produire une onde de triangle approximatif en même temps qu’il déploie une onde carrée. Ce signal est la tension bornes du condensateur. Comme j’ai dit précédemment, ce signal en réalité suit une courbe exponentielle. Cependant, si nous faisons V_Ahmed beaucoup moins que la tension d’alimentation (par autour d’un facteur de 10), puis la courbe peut être assez bien approximée par une ligne droite. Pour ceux d'entre vous avec une expérience avec la série de Taylor, nous essentiellement choisir « t » pour être petit et prendre la première approximation (linéaire) de l’ordre de l’exponentielle. En d’autres termes, si nous faisons V_Ahmed assez petit, nous obtenons deux signaux pour le prix d’un.

Vous me direz, « mais ce n’est pas un comparateur, c’est un ampli-op! » mais c’est essentiellement la même chose. Les amplificateurs sont conçus avec la rétroaction négative à l’esprit et sont généralement plus lents, mais ils peuvent être utilisés pour faire des comparaisons de tension. J’ai choisi d’utiliser des amplis op de TL08x série parce qu’ils sont bon marché, bien mieux que 741s, ont une vitesse de balayage relativement élevée (vitesse) et comporte des entrées JFET (haute impédance), afin qu’elles soient vraiment l’amplificateur opérationnel parfait amateur. J’ai testé ce circuit de base jusqu'à des fréquences de 350 kHz avec de très bons résultats, mais le signal commence à se décomposer quelque part autour de 500 KHz. L’amplificateur opérationnel n’est pas assez rapide. L’oscillateur lui-même pourrait être amélioré avec un comparateur à grande vitesse, mais cette amélioration serait perdue par la suite sur toute la ligne dans le générateur de fonction donc j’ai choisi d’utiliser l’ampli-op.

Si vous voulez une vitesse supplémentaire, vous pouvez toujours essayer de trouver un ampli-op à haute vitesse. Fabricants essaient de s’assurer que les broches sont sensiblement les mêmes pour des dispositifs similaires, il devrait être juste une question de brancher une puce différente de la prise de l’IC. TL084s ont une vitesse de balayage de 13V/µs et une puce avec un taux plus élevé de tas devrait avoir une sortie de fréquence maximale proportionnellement plus élevée. Par exemple, le TLE2144CN a un brochage identique, coûte 4,90 $ chaque et prétend avoir une vitesse de balayage de 45V/µs, et par conséquent devrait être en mesure d’obtenir jusqu'à 300 kHz * 45/13 = 1,04 MHz fiable. J’ai considéré cette option, et je peux mettre à niveau à un moment donné, mais n’oubliez pas que plus la fréquence est élevée, plus votre signal sera déformé ou détruit par les impédances errants dans le circuit. En d’autres termes, il n’y a aucune garantie que le fait de dépenser de l’argent supplémentaire fera tout pour vous.