数字步进正弦波发生器电路

在这篇文章中，我们学习如何构建一个简单而精确的数字正弦波产生电路，它基本上是一个振荡器电路，增强后通过递增步骤产生方波，最终看起来像一个阶梯正弦波。

由罗恩Mackenzy

之间的区别模拟正弦波发生器而数字正弦波发生器，在模拟设计中主要利用运算放大器来形成平滑的指数增长的纯正弦波，而在数字模式中，波形也呈指数增长，但其形状是交错的，或以阶梯的方式。

优势

数字正弦波与模拟正弦波相比的主要优点是，模拟正弦波不能用于开关mosfet或功率晶体管的特定应用，如正弦波逆变器、转换器、电机控制等，而数字正弦波则非常适合这些应用。不会引起设备发热。

这是因为，晶体管不“喜欢”传导模拟信号，或平稳上升/下降的指数波形，相反，这些器件的内部特性允许他们更适合逻辑波形，触发高或低的逻辑信号。

电路如何工作

该电路由几个级组成，每个级本身可能有几个有价值的应用:一个振荡器使用一组EX(包含)OR门，以及一个通过一对普通触发器创建的除以3电路。

基本振荡器由一个非反相门(N1)和一个反相门(N2)组成。如果使用简单的反相门，这个振荡器至少需要3个左右，然而，一个非反相门可以通过一对串联的反相门来构建。

电路功能如下：我们将假设在开始时，N1（引脚2）的输入低。因此，N1的输出也会很低，导致N2的输出高。

电容C1随后通过电阻R2充电。过了一段时间，N1输入就会上升到R1整个过程就会反转。除以3部分包括几个人字拖，每个人字拖除以2。简单地说，可以预期这些加起来可能会被分成四个。

话虽如此，在FF2的输出和FF1的输入之间可以看到一个额外的EXOR门(N3)。这有效地倒置时钟输入信号，每当FF2的输出翻转其极性。如果N3没有被使用，触发器的输出状态不会在正在进行的时钟间隔结束之前切换。

在N3的帮助下，时钟信号反转，其正向边缘每半个时间周期激活一次触发器。因此，这个过程中的分割元素是三个，而不是四个。正弦波信号是由一对电阻(R3和R4)产生的。

一旦两个电阻器上的输入低（逻辑零），就不会看到输出电压。一旦输入到两个电阻器的输入变高（逻辑一），输出电压变高。如果施加到电阻器的一个输入，而另一个输入高，则导致输出电压为电源（高）水平的1/4或3/4。

波形

当然，上述情况可以通过公式来证实，但一种不太复杂的技术是通过波形图分析一个正弦波间隔来描述它。

一个小矩形可以在SineWave的中心使用，以象征逻辑1级。然后可以在第一尺寸的一对额外的矩形矩形。最后一对矩形的Sinewave内的区域将是第一个的一半。数字仿真方法使用如上所述的完全相同的区域产生信号。

在构建这个特殊的数字正弦波产生电路时，必须考虑到CMOS输入不能保持“浮动”。
这意味着，外部芯片（N4）的引脚12和13必须附接到地（0V）。

使用IC 4046的阶梯式正电压电压发生器

阶梯正弦波电压发生器是一种设计用于产生类似于正弦波的顺序阶梯电压波形的电子电路。但有一个阶梯电压模式，依次向上上升到峰值，然后以相同的步骤，依次向下下降到0V线，完成一个周期的波形。

电路如何工作

下图展示了IC 4066四路双向开关的一个有用的应用。在该电路中，4066 (U1)被配置为进行顺序切换，以产生均匀的阶梯波形;如下图所示。如所示，发电机的波形由3个向上和3个向下的步骤通过1V增量。

4066内部开关的触发由一个4017十进制计数器/分频器(U2);一个567年音调译码器像方波发生器一样设置，为IC 4017提供所需的时钟脉冲。

4017被设置为从0到5(0-1-2-3- 5)顺序计数，并通过耦合U2的引脚5(输出6)到引脚15(复位)在第七步的上升边缘上复位。

一旦输出6 (U2的引脚5)变高，U2的重置终端推动输出0(引脚3)从低翻转到高，重新开始图案。

U2的高引脚3输出(输出0)给第1个U1开关的控制引脚，将其打开，从而将R4和R5的交集与输出总线连接。

第一步的电压为1伏。随着来自567的以下时钟脉冲，4017在引脚2产生高输出，通过D4应用到另一个引脚5的开关控制，使其接通。

这将R3, R4与输出总线连接起来。第二步是2伏的输出。对于通过U3获得的后续脉冲，U2的引脚4转高，触发第三个开关(在U1中)激活，它响应生成3伏特的输出，准备用于步骤3。

来自U3的第4个脉冲导致引脚7变得高，接通最后一个开关，从而为步骤4创建4伏特输出。

第5个脉冲给U2的引脚10提供一个高电平，它通过D4移动到第3个开关的控制输入端，使之接通(第二次)，并为第5个步骤提供3伏输出。

对于后续的时钟脉冲，连接到U1引脚6的开关再次被激活，为步骤6产生2伏输出。在第6步完成后不久，计数器复位，并通过切换第1步的第1个开关重新开始。

每个波形步骤可以通过使用每个步骤的特定分压器来布置出任何电压从零到100％的电源电压。另外，可以缓冲发电机的输出以提供足够的电压和电流输出，以提供半导体曲线示踪剂的上升电压或电流供应。

另一个简单的步进正弦波电压发生器使用IC 4017

下面的下一个设计甚至更简单，因为它只使用一对集成电路来创建所需的阶梯波形。

然而，步进正弦波发生器的设计是在手动模式下实现的，其中波形的顺序步骤是通过按下按钮S1在特定的时间速率。每次按下导致IC 4017的输出从引脚3向上移动到引脚11。

在该过程中，电阻器的公共端部由于变化IC 4017逻辑在电阻器R2和地面上的相互作用而形成的变化电位分频器的效果，发生了序列上升和下降的阶梯电压。电阻R13。

由于电阻的共同连接端一起馈电到共发射极BJT级的基极，阶跃电压在发射极复制2N2222晶体管具有更高的电流水平，可以与任何合适的外部电路级集成，以便期望执行。

手动控制的开关可以替换为自动振荡器级，如下例所示，显示了上述阶梯电压发生器在警灯效果模拟器电路中的实现。

应用程序

你会发现这种电路有多种用途。步进正弦波形发生器可以产生大量的渐进电压，以检查许多CMOS单元的开/关开关点。可以有效地用于制作高效正弦波逆变器和转换器。

应用电路

一个阶梯波形可以非常有效地用于制作正弦波逆变器，如下面的例子所示: