¿Diseño para un oscilador analógico que no se desvíe en frecuencia?

Utilice piezas con coeficientes de temperatura más bajos (NP0 o C0G para condensadores cerámicos, por ejemplo). Esta suele ser la opción más costosa, pero es la más simple en una optimización de primer paso.

Utilice un regulador de voltaje de calidad para alimentar el oscilador, uno que sea inmune a la variabilidad de la temperatura dentro del rango de temperatura de funcionamiento del diseño.

Minimice la dependencia de componentes variables (condensador, inductor o resistencia) para la sintonización. Rellene los componentes variables con componentes fijos para minimizar los valores de los componentes variables. Por ejemplo, reemplace un 100k$\Omega$potenciómetro con resistencias de 47k en las dos patas de un 10k$\Omega$El potenciómetro como potenciómetro puede tener un coeficiente de temperatura de 1000 ppm, mientras que las resistencias de película metálica fija al 1% pueden tener un tempco de 200-500 ppm.

Utilice piezas con coeficientes de temperatura complementarios de los componentes (o componentes adicionales con una variabilidad de temperatura que esté bien caracterizada como un termistor, por ejemplo, +10 ohmios por aumento de grado) que anulan un cambio en los valores cuando cambia la temperatura. P.ej. Circuito de corrección de deriva del oscilador (principalmente en referencia a la deriva del oscilador de RF , pero los principios son consistentes)

Podría considerar un oscilador de cristal de baja frecuencia, como el de 32,768 kHz, comúnmente conocido como cristal de reloj, ya que se usa normalmente en circuitos de reloj en tiempo real (RTC), así como en microcontroladores de baja potencia. Utilizándolo en un VXO con una capacidad de sintonización pequeña (también conocida como "pull"), creo que ~ 10% y un divisor de frecuencia, puede generar un oscilador de audio muy estable que se puede sintonizar en un rango estrecho.

La otra es hacer que el entorno del circuito del oscilador sea térmicamente estable utilizando a) aislamiento para minimizar y retardar el cambio térmico y, si es necesario, b) calor/refrigeración con temperatura estabilizada, como un oscilador de cristal controlado por horno, OCXO.

Si observa módulos de osciladores de cuarzo o "latas", preste atención a su tipo de salida, la mayoría están diseñados para cronometraje digital/generación de reloj y solo emiten una señal digital, aunque hay módulos de onda sinusoidal o de onda sinusoidal recortada o XO disponibles.

En respuesta a la estabilidad necesaria, eso depende de la aplicación. Si desea poder igualar la frecuencia de los osciladores a lo largo del tiempo (como en un estudio de grabación de múltiples pistas, donde las pistas se superponen y cada pista se graba por separado), la estabilidad es importante porque, si bien la precisión absoluta de la audición humana es moderada (no mejor del 1%, supongo ), el desajuste de frecuencia relativa es fácilmente detectable en un grado mucho menor (nuevamente, supongo que aproximadamente 0.1 - 0.01%).

Los osciladores analógicos se van a desviar. Para sus propósitos, un cristal es lo suficientemente exacto. Puede intentar ajustar un oscilador analógico usando algo derivado de un cristal como referencia. Pero si ya tiene el cristal allí, también puede usarlo para hacer las frecuencias deseadas directamente.

Incluso un DSP de gama baja sincronizado desde un cristal puede sintetizar ondas sinusoidales de audio. Incluso puede producir digitalmente cada uno de los senos internamente y luego agregarlos para crear una señal de salida compuesta. Pueden ser varios armónicos con sus propias ganancias y cambios de fase, o incluso frecuencias arbitrarias. Hay una razón por la que ya no ves sintetizadores analógicos.

Entro en detalles sobre cómo generar ondas sinusoidales dentro de un procesador en esta respuesta .

Solo para intervenir, reparé sintetizadores analógicos durante unos 10 años y estoy muy familiarizado con el problema de la deriva. A muchos músicos les gusta el oscilador analógico precisamente por sus imperfecciones y, en mi humilde opinión, esto no es tanto "aceite de serpiente" sino una cuestión de gusto y preferencia. No olvidemos que las formas de onda perfectas no necesariamente hacen que la música sea más agradable.

Si puede descargar un manual de servicio de moog MicroMoog (disponible gratis en Internet), en la sección 2-8 hay una descripción de su oscilador que (para mí) era impresionantemente estable. El oscilador es tan estable debido al inteligente circuito descrito en la sección 2-3-3, que actúa como fuente de corriente.

Básicamente, el circuito está diseñado para mantener una temperatura constante en la matriz de transistores IC que impulsa el oscilador. Pensé que esto funcionó muy bien: el instrumento se encendió, se calentó (en menos de un minuto) y luego se mantuvo estable después de eso, a diferencia de muchos otros sintetizadores analógicos.

Mucha suerte con tu proyecto. Si se le ocurre un buen diseño, publíquelo. Chris Rowland

La solución en uso desde la década de 1970 ha sido usar un par de transistores PNP emparejados para formar un convertidor exponencial de voltaje a corriente. El voltaje de entrada base-emisor está exponencialmente relacionado con la corriente del colector. Al tener el segundo transistor configurado, de modo que su corriente esté en la dirección opuesta a la del primero, se cancela la mayor parte de la dependencia de la temperatura.

Cualquier dependencia de temperatura restante se trata mediante el uso de un termistor en contacto térmico con el par de transistores emparejados, en la ruta de retroalimentación de un verano de voltaje de amplificador operacional en su entrada.

El diseño aparentemente simple de Thomas Henry VCO-1 pone esto en práctica.

Solía ​​trabajar con un dispositivo que generaba ondas sinusoidales de alta calidad/baja distorsión y al mismo tiempo tenía estabilidad TCXO. El truco que usaron los diseñadores fue un VCO, que estaba controlado por la salida de un PLL. El PLL a su vez fue alimentado con la señal del oscilador analógico y con un reloj digital de un microcontrolador. Ese microcontrolador que era capaz de generar cualquier frecuencia contando (y finalmente dividiendo por 2 para convertirla en una onda cuadrada).

Utilice el (ahora difícil de encontrar) CEM3340 IC.

Por cierto, para algunos usuarios la inestabilidad de un VCO analógico no es un problema. Da un interés adicional a las posibles creaciones de sonido, con él como un componente. Los instrumentos musicales tradicionales no electrónicos también cambian de tono con la temperatura (y la humedad).

Un oscilador de cristal típico es bueno para +/- 50 pm. Como dijo Olin Lathrop, esto es lo suficientemente bueno. Por ejemplo, el concierto A de 440 Hz sería 440 +/ 0,022 Hz. No creo que la mayoría de la gente pueda escuchar eso.

Sin embargo, si desea calibrar una forma estándar, es con una tabla de calibración. Dado que parte de la deriva se debe a la temperatura, mide la frecuencia a varias temperaturas y la almacena en una PROM. Luego usa un sensor de temperatura y esa tabla para calcular a qué configurar la entrada de VCO.