单电源函数发生器输出缓冲的方波、三角波和正弦波

时间:2023-12-06

  传统的模拟函数发生器具有常见的方波、三角波和正弦波输出三重威胁,是电子实验室工作台上常见的工具。这也是一个经典的设计练习。一般来说,正方形和三角形很容易,所以问题是如何生成可接受的正弦波。这通常涉及一些三角形转换的方法。图 1的发生器电路采用了流行的积分器解决方案,但有一些有用的改进。

  图 1四路高速 RRIO TLV9064 运算放大器充当比较器、积分器和限幅器,同时从单个灵活的电源消耗个位数毫瓦的功率。
  A1 和 A2 组合形成一个传统的多谐振荡器,生成对称(大约 Vdd/2)的正方形和三角形。后者的峰峰值幅度由 R5 和 R6 固定在 0.909Vdd,两者的频率均可由 R1C1 设置二十个十进制(或许更多一点)。

  将 A2 的三角形转换为(或多或少)可用的正弦波近似现在可以并且通常可以通过 A2 输出的简单积分来完成。但朴素整合的缺点在于“或多或少”这个不祥的短语。不幸的是,所得到的近似值虽然看起来确实很像正弦曲线,但在数量上与真实的正弦函数存在 +/-3% 的满量程(主要是三次谐波)误差,如图2所示。

  图 2三角波的简单积分将导致 +/-3%、三次谐波正弦误差。
  但也许我们可以做得更好。

  一些实验和模拟表明,在积分之前在满量程的 +/- 2/3 (Vpp = 0.67Vdd) 处简单截断三角形可以使正弦波精度惊人地提高 3 倍,如图所示

  图 3的残差误差函数图。
  图 3在积分之前对三角形进行 +/- 67% 的梯形截断,可将峰值正弦误差减少到主要为 5次谐波的 +/-1% 以下。
  我说“简单”是因为我们已经有一个额外的放大器(A3)可用。因此,只需要两个额外的电阻(R7 和 R8)即可生成削波为 67% 的梯形波形。这可以更好地近似真实正弦的 dV/dT,将误差减少到图 3 所示的 +/- 1% 5次谐波波形曲线。有趣的是,1% 的正弦精度与的Intersil ICL8038函数发生器芯片。但这是在电路内微调之后才实现的。图 1 中的电路不需要任何。不是为了吹牛。
  现在,积分发生在 A4 中,直流恢复 R9C3 网络提供零稳定性,R2 控制正弦幅度。
  一个是一个重要的特征,因为正弦波形是由积分产生的,这使得它的幅度本质上与频率成反比。因此,由于频率不受正弦幅度调整的影响,反之亦然,所以设置这两个参数有效的方法是先调整频率,然后根据需要设置正弦幅度。这避免了可能浪费时间(并且令人沮丧)的迭代。
  对图 1 电路的评论:TLV9064特别适合 A1 比较器和 A3 限幅器,因为它具有非常快的 200 ns 过载恢复时间。对于运算放大器来说,这是不寻常的性能,特别是像 9064 这样的低功耗运算放大器。
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