Harmonischer Signalgenerator mit Kristalloszillatorstabilität. Schema, Beschreibung

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Harmonischer Signalgenerator mit Quarzoszillatorstabilität. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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In diesem Artikel wird erklärt, wie man ein hochpräzises Sinuswellensignal mit geringer Frequenzdrift erhält, indem man eine Sinuswelle aus einer digitalen Signalquelle synthetisiert. Diese stabile, hochpräzise Sinuswelle ist ideal für Servoantriebe, Instrumentierung und Telekommunikationsanwendungen.

Servoantriebe, Instrumentierung und Telekommunikationssysteme benötigen für den Betrieb eine stabile, hochpräzise Sinuswellenquelle. Es gibt viele verschiedene Oberwellengeneratorschaltungen, aber es ist eine Herausforderung, eine Schaltung mit zufriedenstellender Signalqualität und Hochfrequenzstabilität zu finden.

Wenn Sie jedoch aus einem digitalen Signal ein Sinussignal synthetisieren, können Sie ein Sinussignal mit geringer Drift und einem qualitativ hochwertigen Signal erhalten. Da die Rechteckwelle die Grundwelle und unendlich viele ungerade Harmonische enthält, können Sie eine Sinuswelle mit der Grundfrequenz erhalten, indem Sie die Harmonischen mit einem Tiefpassfilter entfernen. Hierfür eignet sich ein Switched-Capacitor-Filter (Abb. 1). IC3 ist ein Butterworth-Tiefpassfaktor 8. Ordnung.

Harmonischer Signalgenerator mit Kristalloszillatorstabilität
Reis. 1. Durch das Filtern der Harmonischen einer Rechteckwelle erhalten Sie am Ausgang eine Sinuswelle mit Frequenzstabilität wie bei einem Quarzoszillator

Ein Signal eines Quarzoszillators mit einer Frequenz von 8 MHz wird einem Teiler durch 8 zugeführt, und die resultierende Frequenz von 1 MHz wird dann dem Kondensator C1 zugeführt. (Die 2-MHz- und 500-kHz-Signale vom Ausgang von IC1 können zur Erzeugung einer Sinuswelle bei anderen Frequenzen verwendet werden.) Der Transistor Q1 wandelt den 1-MHz-Signalpegel in den für den Betrieb des Zählers IC2A erforderlichen Pegel um. (Um ein Ausgangssignal mit einer einzigen Polarität zu erhalten, können Sie eine unipolare Spannungsquelle verwenden, indem Sie die halbe Versorgungsspannung an den gemeinsamen Pin von IC3 anlegen und einen Entkopplungskondensator hinzufügen.) Der Synchronzähler IC2 dividiert 1 MHz durch 256, was einen Ausgang von 3906 Hz ergibt, und IC3 filtert die Harmonischen.

Der Filtertakt wird vom ersten Teiler durch zwei von IC2 übernommen, um ein Signal mit einem Tastverhältnis von 50 % zu ergeben. IC2 teilt dieses Signal weiter durch 128, um den 1 MHz/256-Filtereingang in den flachen Teil seines Frequenzgangs zu bringen. Der Arbeitszyklus von 50 % am Ausgang von IC2 sorgt für eine symmetrische Sinuswelle am Ausgang des Filters. Der Hauptpol bzw. die Eckfrequenz des Filters ist relativ zur Taktfrequenz konstant und steht in einem Verhältnis von 100:1 zu dieser. Der Filter reduziert die Amplitude der unteren Harmonischen auf einen Pegel von -80 dB.

Da die Eingangsfrequenz des Filters und die Taktfrequenz in einem Verhältnis von 1:128 stehen, ändert eine Änderung der an den Kondensator C1 angelegten Frequenz proportional die Frequenz des harmonischen Signals am Ausgang. Wenn Sie diese Frequenz ändern, beispielsweise im Bereich von 2 MHz bis 500 kHz, ändert sich die Eingangsfrequenz im Bereich von 7812 Hz bis 1953 Hz. In diesem Fall ändert sich die Amplitude des Ausgangssignals nicht, da der Arbeitsbereich deutlich unterhalb der Kreisfrequenz von 25 kHz liegt. Auch der Aliasing-Effekt stellt kein Problem dar, da es sich bei den Frequenzen, die in dieser Schaltung eine potenzielle Ursache für Aliasing darstellen, um ungerade Harmonische handelt, wobei Frequenzen oberhalb der halben Abtastfrequenz vernachlässigbare Amplituden aufweisen.

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