Generatore di funzioni di forme d’onda rettangolari e triangolari

Viene fornita una descrizione di un oscillatore RC quadrifase di forma sinusoidale e rettangolare. Un segnale di forma triangolare si ottiene sommando in controfase semionde di segnali sinusoidali sfasati l’uno rispetto all’altro di 90 gradi.

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È stato precedentemente dimostrato che con l’aggiunta antifase di segnali sinusoidali rettificati da raddrizzatori a due semiperiodi spostati l’uno rispetto all’altro di 90 gradi, è possibile ottenere un segnale di forma triangolare quasi ideale [1–5]. Vengono fornite la descrizione matematica della forma d’onda e lo schema di implementazione pratica di tali generatori [3–5].

I generatori di funzioni sono solitamente costituiti da un generatore di impulsi rettangolari, che vengono poi convertiti in segnali di forma triangolare e sinusoidale. Questa funzione generatore multifase funziona secondo un principio diverso: innanzitutto viene utilizzato un generatore sintonizzabile di un segnale sinusoidale quadrifase. Quindi, i segnali sinusoidali vengono convertiti in segnali rettangolari utilizzando comparatori. Successivamente, i segnali sinusoidali delle quattro fasi vengono inviati al raddrizzatore, gli elementi chiave controllati dalle uscite dei quattro comparatori. I segnali raddrizzati vengono miscelati alla resistenza di carico e formano un segnale a forma di triangolo con il doppio della frequenza, Figura 1.

Figura 1 Sintesi di un segnale di forma triangolare dalla somma di segnali sinusoidali antifase raddrizzati da raddrizzatori a due semiperiodi spostati di 90 gradi.

figura 2 mostra uno schema elettrico di un generatore di segnale a onda sinusoidale quadrifase che funziona nella gamma di frequenza di 50–500 Hz. Il generatore è realizzato su quattro amplificatori operazionali U1.1–U1.4 del chip LM324. Il potenziometro R2 è regolato per ottenere oscillazioni sinusoidali stabili con una distorsione minima. La frequenza di generazione è impostata dai circuiti RC C2-R8-R10.1, C3-R9-R10.2 ed è regolata da un doppio potenziometro R10.1, R10.2. I segnali quadrifase vengono rimossi dalle uscite degli amplificatori operazionali: 0, 90, 180 e 270 gradi.

figura 2 Il generatore di segnale a onda sinusoidale quadrifase che opera nella gamma di frequenza di 50–500 Hz.

I segnali provenienti dalle uscite di un generatore quadrifase, Figura 1, vengono inviati agli ingressi dei formatori di segnale di forma rettangolare, Figura 2. I formatori nella Figura 2 contengono quattro comparatori U1.1–U1.4 del chip LM339. Dalle uscite dei comparatori vengono rimossi i segnali di forma rettangolare con uno sfasamento di 0, 90, 180 e 270 gradi.

Contemporaneamente, i segnali dalle uscite dei comparatori U1.1–U1.4, Figura 2, vengono inviati agli ingressi di controllo di quattro interruttori analogici U2.1–U2.4 del chip CD4066. I segnali provenienti da un generatore di segnali sinusoidali vengono inviati agli ingressi degli interruttori analogici. Dalle uscite dei tasti, i segnali raddrizzati vengono inviati al sommatore resistivo R3–R7. I tasti analogici U2.1–U2.4 vengono commutati dai segnali dei comparatori U1.1–U1.4 in modo tale che alle uscite dei tasti si formino segnali raddrizzati di due semiperiodi antifase con uno sfasamento di 90 gradi . Ciò consente di implementare un segnale di forma triangolare all’uscita del dispositivo con una frequenza raddoppiata rispetto al generatore di segnale sinusoidale (100–1000 Hz), Figura 1.

Figura 3 mostra la forma dei segnali sinusoidali e rettangolari prelevati dalle uscite del generatore e dei comparatori e Figura 4 mostra la forma dei segnali quadrifase alle uscite del generatore di segnale sinusoidale e alle uscite dei formatori di segnale rettangolari.

Figura 3 La forma dei segnali sinusoidali e rettangolari presi dalle uscite del generatore e dei comparatori.

Figura 4 La forma dei segnali quadrifase sulle uscite del generatore di segnali sinusoidali e sulle uscite dei formatori di segnale rettangolari.

Figura 5 mostra come apparirebbe un chip generatore di funzioni a quattro fasi, mostra anche uno schema della sua connessione utilizzando un numero minimo di elementi esterni. La necessità di regolare la resistenza del resistore di regolazione R2 potrebbe richiedere l’uso di altri due pin del chip.

Figura 5 Possibile vista del chip generatore di funzioni quadrifase e del suo schema di collegamento.

Michael A. Shustov è un dottore in scienze tecniche, candidato in scienze chimiche e autore di oltre 750 opere stampate nel campo dell’elettronica, chimica, fisica, geologia, medicina e storia.

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Riferimenti

1. Shustov MA “Segnale additivo ex della forma triangolare”. Radioingegneria (RU), 2003, n. 1, pp. 95–96.
2. Shustov MA “Ingegneria dei circuiti. 500 dispositivi su chip analogici”. San Pietroburgo, Scienza e tecnologia, 2013, 352 p.
3. Shustov MA, Shustov AM “Circuiti elettronici per tutti”. Londra, Elektor International Media BV, 2017, 397 pag.; “Elettronica per tutti: un manuale di elettronica pratica”. Niš: Agenzia EHO, 2017; 2018, 392 S. (Serbia).
4. Shustov MA, Shustov AM “Generatore funzionale semplice”. Elektor, 16 maggio 2018. https://www.elektormagazine.com/labs/simple-function-generator-160548
5. Shustov MA, Shustov AM “Generatore di funzioni semplici. Con la creazione del segnale in ordine inverso”. Elektor, 2020, V. 46, № 7–8 (502), P. 20–23.