正弦波発振器チップがないのはなぜですか？[閉まっている]

私は、1Vpp @ 1kHzを生成するシンプルだが優れた正弦波ジェネレーターを作成しようとしています。

正弦波は自然の振動です。どこにでもあります。電子サイン波を作るのは簡単だと思うでしょう。どうやらそうではありません。SEは、それらを作成する方法に関する質問でいっぱいです。現在、この画面の右側に9つの類似した質問が表示されています。それらのほとんどに問題があるようです。

ローパスフィルター、ハイパスフィルター、リングオシレーター、1960年からのエキゾチックなフィラメント電球を備えたウィーンブリッジ。デジタルアナログコンバーターとArduinos。ほとんどは動作していないようであるか、シミュレーションパッケージで発振させることはできません。サインの代わりに三角形を生成するものもあります。一部の設計では、インダクタの知識が必要です。

なぜこんなに難しいのですか？方形波、のこぎり波、三角波は簡単なように見えますが、自然界にはなかなか存在しません。それらは非常に便利なので、サインオシレータチップ（NE555サインバリアントなど）を購入し、抵抗とコンデンサを追加して、99.99％の純粋な波で行くと思っていたでしょう。何か不足していますが、単純な電子機器は正弦波発生器と特に互換性がないようです。

99.99％の純粋な信号が必要な場合、通常の正方形、ノコギリ波、および三角形の信号発生器は失敗します。あなたが書いたように、これらの信号は自然には存在せず、この形状の本当に正確な技術的な信号も存在しません。完璧なステップ遷移は存在せず、完璧なランプも現実的ではありません。

正確なアナログ信号発生器の問題は、必要な振幅調整です。増幅が少し少なくなると、信号はゆっくりと消え、少しずつ大きくなり、洞信号が歪んでいきます。完全な振幅調整は、低速の洞信号では困難です。

正弦波生成の主な問題は、180°の位相シフトを生成するためにタンゴに2つの共振要素が必要なことです。従来は、インダクタとコンデンサです。RFでは、これは問題ではありません。インダクタは簡単です。ただし、低周波数になると、関連する大きなインダクタが扱いにくくなるため、複数のRCネットワーク、フィルター、またはシェーパーネットワークに基づく代替正弦波生成アプローチが使用されます。RCネットワークまたはフィルターアプローチは、固定周波数の正弦波に適しています-ヒューレットの時代のWienブリッジはまだ実行可能な回路であり、ゲイン安定化のための白熱電球に代わるものがあるため、ランプなしのデュアルオペアンプの周囲に実装するのに十分なほど簡単です- LTC AN43で図43ここにあなたの友人がいます。以下に再現します（このアプリノートにはより良いバージョンがありますが、概念を示すには図43で十分です）。

ただし、低周波数で機敏な正弦波ソースが必要な場合、デュアルギャングポテンショメーターまたは同等の電子素子に対するWienブリッジの要件は低下します。ここで、ICL8038 / MAX038やXR2206などのすべてのアナログファンクションジェネレーターICが登場しました。基本的に、数十年にわたって妥当な（1〜2％以内の）THDで求めたものを提供します。これらのICはすべて、同じ基本的なアプローチを使用しました。正方形と三角形の出力を追跡する非安定型で、その三角波を「サインシェーパー」と呼ばれる回路に送ります。ここで十分に説明されているいくつかのサインシェーパーアプローチがあります。より洗練されたアプローチでは、完全にトランスリニアなサインシェーパー回路を使用しますが、オーバードライブペアを使用してIC設計に効果を発揮できます（廃止）AD639。ただし、概要リンクに記載されているJFETのアプローチは、振幅感度にもかかわらず、個別部品の実験に対してより実用的です。

しかし、モノリシックなアナログ関数発生器を最終的に殺したのはデジタル技術でした。AD9833などの最新のアジャイルサインソースは、三角波から正弦波へのアプローチに相当するデジタルシンセシスであり、位相アキュムレータを使用して高速方形波クロックをその後、ランプからサインへのルックアップテーブルを提供する数値ランプ。もちろん、これはマイクロコントローラでも実行できますが、これにより動作の頻度がかなり制限されます。

興味深いことに、アナログの世界では、正確な正弦に対する需要がさえRFで、最近は減少してきた- RFミキシング機能がされていることを実現最高のデジタルスイッチングの方法で実装方形波RF局部発振器がはるかに実行可能であることを意味し彼らが最初に見えるよりもオプション。

「何かが足りないのですが、単純な電子機器は正弦波発生器と特に互換性がないようです。」

次の文から答えを始めましょう。

「優れた高調波（線形）発振器には適切な非線形性が必要です」

この明らかな矛盾の理由は、別の回答ですでに説明されています。各「正弦波」発振器には振幅調整メカニズムが必要です。振幅が小さい場合（発振の開始時）、ループゲインはユニティよりわずかに大きくする必要があります。したがって、発振を確立できます。ただし、ハード制限が発生する前に（電源レール）、ループゲインを自動的に低下させて、それ以上の増加を停止する必要があります。

したがって、振幅に依存する回路が必要です。つまり、非線形です。その結果、ループゲインは「1」を中心に周期的にスイングし、閉ループポールはsプレーンの右半分（立ち上がり振幅）と左半分（減衰振幅）の間でわずかにスイングします。（理論的な振動基準で要求されるように）極をimagに直接配置することはできません。s平面の軸。

現在、問題は次のとおりです：非線形性は、（a）振動の安全な起動を可能にするのに十分な大きさ（すべての許容誤差を考慮して）、および（b）高調波歪みに関して可能な限り小さくする必要があります。したがって、トレードオフが必要です。

この目的で使用されているさまざまな非線形要素があります（ダイオード、FET抵抗、抵抗としてのOTA、電球、サーミスタなど）。ただし、最適な結果は、比較的大きな時定数を持つ追加の調整ループ（整流および制御されたアクティブゲインブロックを含む）を使用して得られます。この時定数により、極の周期的な動きが決まります（前述のとおり）。このような原理を使用すると、0.01％程度のTHD値が可能です。

編集：（追加情報）。

優れた機能を備えた2つ以上のオペアンプを備えたオシレータトポロジがあります。オペアンプの1つは「ソフト振幅制限」を実行し、他のアンプユニットの出力は最初のオペアンプのローパス/バンドパスフィルターバージョンです。この構造により、驚くほど小さいTHD値が可能になります。例：2つの積分器ループ（時定数が異なる）およびGICベースの発振器。

いくつかの優れた関数発生器IC、Exar XR2206およびMaxim MAX038が使用されていました。

XR2206は、0.01 Hz〜1 MHzの正弦波、方形波、三角波、ランプ波、およびパルス波形を生成しました。0.1 Hzから20 MHzまで同じマキシム。

どちらもDigi-Keyで廃止されたものとしてリストされていますが、たとえばJamecoでそれらを見つけることができます。注：7.95ドルの「クリアランス」。同じ価格で香港から1ドルのキットを入手できます。

廃止された理由がわかりません。おそらく、マイクロコントローラー+ DAC +ルックアップテーブルを使用する方が簡単だと思われます。