Gerador de sinais harmônicos com estabilidade de um oscilador de cristal. Esquema, descrição

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Gerador de sinais harmônicos com estabilidade de um oscilador de cristal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Este artigo explica como produzir um sinal de onda senoidal de alta precisão com desvio de baixa frequência, sintetizando uma onda senoidal de uma fonte de sinal digital. Esta onda senoidal estável e de alta precisão é ideal para servoacionamentos, instrumentação e sistemas de telecomunicações.

Servo drives, equipamentos de instrumentação e sistemas de telecomunicações requerem uma fonte de onda senoidal estável e de alta precisão para operar. Existem muitos circuitos geradores de sinais harmônicos diferentes, mas encontrar um circuito com qualidade de sinal satisfatória e estabilidade de alta frequência é um desafio.

Mas se você sintetizar um sinal senoidal a partir de um sinal digital, poderá obter uma senóide com baixo desvio e um sinal de alta qualidade. Como uma onda quadrada inclui uma frequência fundamental mais um número infinito de harmônicos ímpares, é possível produzir uma onda senoidal na frequência do sinal fundamental removendo os harmônicos usando um filtro passa-baixa. Um filtro baseado em capacitores chaveados é adequado para isso (Fig. 1). IC3 é um filtro passa-baixo Butterworth de 8ª ordem.

Gerador de sinal harmônico com estabilidade do oscilador de cristal
Arroz. 1. Filtrar os harmônicos de um sinal retangular permite obter uma senóide na saída com estabilidade de frequência semelhante à de um oscilador de quartzo

O sinal do oscilador de cristal com frequência de 8 MHz é alimentado ao divisor de 8, e a frequência resultante de 1 MHz é então alimentada ao capacitor C1. (Os sinais de 2 MHz e 500 kHz da saída do IC1 podem ser usados para gerar uma onda senoidal em outras frequências.) O transistor Q1 converte o nível do sinal de 1 MHz no nível necessário para operar o contador IC2A. (Para obter um sinal de saída de polaridade única, você pode usar uma fonte de tensão unipolar aplicando metade da tensão de alimentação ao pino comum do IC3 e adicionando um capacitor de desacoplamento). O contador síncrono IC2 divide a frequência de 1 MHz por 256, resultando em uma frequência de saída de 3906 Hz, e o IC3 filtra os harmônicos.

A frequência do clock do filtro é obtida do primeiro divisor por dois do chip IC2 para produzir um sinal com ciclo de trabalho de 50%. IC2 divide ainda este sinal por 128 de modo que o sinal na entrada do filtro de 1MHz/256 caia na parte plana de sua resposta de frequência. O ciclo de trabalho de 50% na saída do contador IC2 produz uma onda senoidal simétrica na saída do filtro. O pólo principal do filtro, ou frequência de canto, é constante em relação à frequência do clock e tem uma proporção de 100:1 em relação a ela. O filtro reduz a amplitude dos harmônicos mais baixos para um nível de -80 dB.

Como a frequência na entrada do filtro e a frequência do clock estão na proporção de 1:128, uma mudança na frequência fornecida ao capacitor C1 alterará proporcionalmente a frequência do sinal harmônico na saída. Alterar esta frequência, por exemplo de 2 MHz para 500 kHz, alterará a frequência de entrada de 7812 Hz para 1953 Hz. Neste caso, a amplitude do sinal de saída não muda, uma vez que a faixa de operação fica muito abaixo da frequência angular de 25 kHz. O efeito de aliasing também não é um problema, uma vez que as frequências que representam uma causa potencial de aliasing neste circuito são harmônicos ímpares, com frequências acima da metade da taxa de amostragem tendo amplitudes desprezíveis.

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