operationsverstärker: funktionsgerneator: sinus

[Benedikt.Seidl]

hallo

ich spiele schon die ganze zeit mit dem gedanken mir einen funktionsgenerator zu bauen. rechteck und dreieck ist soweit kein problem und laufen auch schon. nur fehlt, um wirklich perfekt zu werden, noch die sinusfunktion. habe vor längere zeit schon mal gegooglet aber nur eine wein/wien brücke gefunden. die wollte ich auch nachbauen, das hat aber nicht so gut funktioniert wie ich das wollte :-P

-> wie bekomm ich mithilfe von operationsverstärkern eine sinus funktion?
am aller coolsten wäre natürlich noch, wenn es möglich wäre, dass die frequenz des sinus signals von dem dreieck oder rechteck abhängig wäre, dann bräuchte man nur einen dreher zum einstellen und könnte auch schön zwischen den funktionen umschalten.
was noch viel cooler wäre, wenn die schaltung so ist, dass ich sie auch noch verstehe. aber das ist dann wahrscheinlich zu viel verlangt ;)

ich weiß da gibt es auch schon ics da ist alles drin, aber ich habe hier rel. viele operationsverstärker rumliegen, die sich bestimmt freuen wenn sie ein bisschen arbeiten dürfen.

SEIDL. wäre beinahe mein facharbeitsthema geworden.

[skillii]

Vielleicht hilft dir das hier weiter:
http://et.netaction.de/et/file/files/226/OPV-Belegarbeit.pdf : Seite 18

[Benedikt.Seidl]

das schaut schon mal gut aus. das geht aber auch mit ganz normalen dioden, oder? weil dort eine typbezeichnung steht.

für alle die sich das pdf nicht runterladen wollen -> attachment

SEIDL.

[skillii]

Das weiß ich leider selber nicht, aber ich nehme schon an, dass es sich hierbei um gewöhnliche Dioden handelt.

Ich werde die Schaltung jetzt einmal am Computer durchsimulieren, dann kann ich dir vielleicht näheres sagen.

[skillii]

So, Ich habe die gesamte Schaltung jetzt einmal durchsimuliert und das Ergebniss war gar nicht so schlecht!

Im Anhang sieht man schön das Eingangssignal (Dreieck) und das Ausgangssignal (Sinus).

Es hat mit ganz normalen Dioden funktioniert.

[SprinterSB]

-> wie bekomm ich mithilfe von operationsverstärkern eine sinus funktion?

Am "saubersten" wohl, indem du nicht auf Dreieck- oder Rechteck-Signale zurückgreifst und evrsuchst, den Sinus daraus zu basteln, sondern indem du den Sinus direkt erzeugst.

Mit einem OP kann man sehr einfach eine Differenzier-Schaltung bauen, die ein Signal nach der Zeit ableitet. Hängt man zwei dieser Glieder hintereinander im Kreis, differenziert man zwei mal. Ist das Ausgangssignal x(t), hat man nach 2 Gliedern x''(x). Durch die invertierende Rückleitung auf den Eingang erfüllt das Signal dann
x(t) = -x''(x) bzw mit Konstanten, die durch die Größen von Kondensatoren/Widerständen bestimmt werden:
x(t) = -C*x''(t)

Lösung dieser Differentialgleichung sind gerade Sinus und Cosinus!

Einen invertierenden Differenzierer findest du z.B. in
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0412271.htm
http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~bluem/Versuch_pdf/Operationsverstaerker.pdf

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/04122711.gif

[SprinterSB]

Und noch was. Bist du sicher, daß die obige Dioden-Schaltung einen Sinus erzeugt? Ich würde eher darauf tippen, daß es eine Kurve höherer Ordnung ist, die aussieht wie ein Sinus. Aber deshaltist es noch lange keiner...

[PICture]

Hallo!

Ich habe folgende Schaltung in meinem Audiowobbler (10Hz - 20kHz) . Die Dioden sind biliebig nur der Halbleiter Typ (Si/Ge muss stimmen). Es wurde von mir für 4Vpp Spannungen entwickelt und für andere muss eventuell umgerechnet werden.

MfG



Si Si
+->|-+----+----+----+-|<-+
| | | | | |
| | .-. .-. .-. |
| |R3 | |R4| |R5| | |
| |12k| |22k |36k | |
| | '-' '-' '-' |
| | | | | |
| +->|-+->|-+->|-+ |
| Ge Ge Ge | |
| V |
| Si - |
| Si R2 | Si |
+-|<----------------+->|-+
| 16k |
| ___ |
+-------+-|___|-+--------+
| |
R1 | VCC |
10k | + |
___ | |\| |
Ud Dreieck >-|___|-+-|-\ |
4Vpp |IC>--+-------> Us Sinus
+-|+/ 4Vpp
| |/|
=== -
GND VCC
IC=LM324
VCC=12V
Si=Silicon Diode
Ge=Germanium Diode
Ud und Us sind symetrisch (-2V/+2V) gegen GND

[Benedikt.Seidl]

wow! dankeschön an alle!

das ging mal wieder flott. leider zu flott :-P, ich kann die ganzen schaltungen nämlich nicht ausprobieren, muss zuerst noch chemie lernen.

ich werde euch auf jeden fall berichten, was ich letzendlich genommen habe. germanium dioden muss ich mir dann auch noch besorgen.

aber, wenn ich das richtig verstehe ist der erste vorschlag (von skillii (danke übrigens für das simulieren der schaltung!)) und der letzte (von PICture) ziemlich das gleiche, nur das letzteres ein bisschen ausgefeilter sein dürfte?!

wobei der einwand von SprinterSB in meinen augen auch einleuchtend ist. man könnte ja auch mit dem sinus anfangen, ihn triggern und dann integrieren, dann hätte man auch sinus, rechteck und dreieck.

ich werde das auf jeden fall alles mal testen

sehr vielen dank nochmal

SEIDL.

[PICture]

Hallo Benedikt.Seidl!

Deine Idee ist theoretisch einfach, aber praktisch kompliziert. Die Amplitude vom Dreiek wird sich mit der Änderung der Frequenz ändern und muss stabilisiert werden. Mein Dreieck/Sinus Wandler basiert auf dem gleichem Prinzip wie der vom skillii.

MfG

[Crazy Harry]

warum verwendest du keinen funktionsgenerator-ic (ICL8038 o.ä.) ?

... oder gehts dir um das gefühl des selber-bauens ?

[masterchiefsupervisor]

wir haben mal in der schule ein funktionsgenerator gebaut der zuerst eine rechteckschwinung erzeugt (komperator) diese wird dann integriert und zum dreieckgemacht danach wird sie nochmals integiert und des kommt eine quadratische funktion raus deren klirrfaktor vertretbar ist...
das mit den diodem erzeugt auch nur ein polynom, aber wenn man nicht hochpräzise messen muss reicht das meistens...

[Benedikt.Seidl]

Deine Idee ist theoretisch einfach, aber praktisch kompliziert. Die Amplitude vom Dreiek wird sich mit der Änderung der Frequenz ändern und muss stabilisiert werden. Mein Dreieck/Sinus Wandler basiert auf dem gleichem Prinzip wie der vom skillii.
hm. meinst du jetzt, die möglichkeit "sinus -> reckteck -> dreieck" oder "rechteck -> dreieck -> sinus"? wenn es letzteres wäre, könnte ich es mir erklären,..


warum verwendest du keinen funktionsgenerator-ic (ICL8038 o.ä.) ?
... oder gehts dir um das gefühl des selber-bauens ?
joa,.. so ähnlich,.. evtl. bin ich auch einfach zu geizig um mir das ic zu kaufen. und wenn es so auch klappt ;-)

SEIDL. chemie ich komme,..

[skillii]

Die Lösung von SprinterSB gefällt mir!
Die werd ich einmal ausprobieren, wenn ich etwas Zeit finde.

[skillii]

Und noch was. Bist du sicher, daß die obige Dioden-Schaltung einen Sinus erzeugt? Ich würde eher darauf tippen, daß es eine Kurve höherer Ordnung ist, die aussieht wie ein Sinus. Aber deshaltist es noch lange keiner...


Naja ganz sicher bin ich mir eigentlich nicht, aber wenn man sich das Frequenzspektrum ansieht erscheint bei der Grundfrequenz ein Strich und bei der dreifachen Frequenz noch ein ganz ganz kleiner Strich, der aber im Vergleich zur Amplitude der 1. Harmonischen viel kleiner ist (mindestens faktor 15 oder 20).
==> Es ist eigentlich schon ein Sinus.

Ich habe auch schon probiert die Oberwellen mit einem TP 1. Ordung noch etwas wegzufiltern, es hat super funktioniert, nur das Problem dabei ist, dass man die Grenzfrequenz des TP's auch verstellen müsste(Es sei denn man braucht nur einen Sinus mit einer fixen Frequenz, was aber bei einem Funktionsgenerator nicht der Fall ist ...).

Gibt es eigentlich einen Tiefpass, dessen Grenzfrequenz man man mit einer Spannung verändern kann???

[PICture]

Hallo!

@Benedikt.Seidl

bei Erzeugung des Dreiecks vom Rechteck mit einem Integrator, also Rechteck->Dreieck.

MfG

[Benedikt.Seidl]

oh mann,.. ich bin soo doof,.. dann trifft dieses problem ja bei beiden methoden auf.

ich hoffe ich geh euch nicht auf die nerven, aber gibt es auch dafür eine lösung? ich nehme an, die wird nicht mehr so schön einfach sein, oder?

noch mals dankeschön, dass ihr mir bis hier her geholfen habt.


SEIDL.

[skillii]

Welches Problem?
Stehe ich gerade auf der Leitung?

Mir gehst du nicht auf die Nerfen, das schafft keiner so schnell!(zumindest mit Fragen nicht) ;)

[PICture]

ich habe schon erwähnt, dass Stabilisation der Amplitude des Dreiecks notwendig ist. Bei grossem Frequenzenbereich, (z.B. 20kHz/10Hz=2000) wird sich die Amplitude auch so ändern (z.B. 2V bei 10Hz/1mV bei 20kHz=2000). Deswegen bei Funktionsgeneratoren findet sie keine Anwendung.

MfG

[Benedikt.Seidl]

Welches Problem?
Stehe ich gerade auf der Leitung?

das problem, dass die amplitude des dreieckssignals von der frequenz abhängig ist.

keine ahnung wie man das löst oder umgeht.

SEIDL.

[skillii]

Vielleicht die Amplitude nachher wieder Frequenzabhängig verstärken....

gibt aber bestimmt eine bessere Variante ...

[skillii]

Ich habe gerade folgende Schaltung gefunden (siehe Anhang), Ich glaube mit dieser kann man die Amplitude des Dreiecksignals einstellen, die Amplitude ist aber leider trotzdem noch frequenzabhängig :(

[skillii]

Jetzt habe ich noch etwas gefunden:

siehe:
http://www.eseo.de/generator.htm

[PICture]

Hallo!

@skillii (vorletzter Beitrag)

Die Amplitude des Dreiecks ist unabhangig von der Frequenz durch den Komparator OV4 bestimmt. Die Eingangsspannung (Us?) wird mit den OV1 und OV2 in zwei symetrische Spannungen gewandelt (V1=Us und V2=-Us). Durch die Schalter T1 und T2, die durch den Komparator umgeschaltet werden, wird die Spannung auf den Eingang des Integrators zugeführt und integriert. Je höher die Spannung, um so höher die Frequenz.

Den gleichen Zweck erfüllt diese einfache Schaltung:



||C
+--||--+----------------> /\ /\
3/2 R 3/2 R | || | / \/ \
___ ___ | |\ |
+-|___|-+-|___|-+-|-\ | |\
| | ___ |I >-+----|-\ _ _
Us>0 >---+-------|-|___|-+-|+/ |K >-+--+---> | | | |
| 2R | |/ +-+-|+/ | | _| |_| |_
+-|| .-. | | |/ .-. |
<-|| R| | .-.| | | |
+-||-+ | | | || Ro| | |
| | -' Ri| || '-' |
=== | | '-'| | |
GND | === | +------+ |
| GND === |
| GND |
+----------------------+

MfG

[ruediw]

Die Erzeugung eines Sinus über einen *grossen* Freuenzbereich mit sehr gutem Klirfaktor ist *nicht* möglich...

Jedenfalls nicht auf analogem Wege.

Aber nimm doch einen uC und einen DA-Wandler...

Sich ändernde Amplituden eines analog aufgebautem Sinusozillators
(Dreieck/Rechteck und Dreieck mit Dioden verzerrt) kannst du minimieren
indem Du eine Verstärkungsregelung machst. Du vergleichst die Spannung deines Oszillators mit dem Sollwert und regelst nach...

[PICture]

Die Erzeugung eines Sinus über einen *grossen* Freuenzbereich mit sehr gutem Klirfaktor ist *nicht* möglich...
... aber auch beim Funktionsgenerator (Wobbler) nicht nötig, weil es nicht als Generator zum Messen des Klirfaktors benutzt wird. Geht es heutzutage nichts mehr ohne Mikrokontroller mit A/D und/oder D/A Wandler ?.
Das wäre aber traurig...

MfG