Quasi-Sinus aus Rechteckwellen erzeugen

Einführung

Nur wenige Dinge sind befriedigender als perfekte Rechteckwellen, die von Komponenten wie 555-Timern ausgegeben werden. Wenn es sich bei dem Ausgangssignal jedoch um ein Audiosignal handeln soll, stellt sich schnell heraus, wie rau dieses Signal auf das menschliche Ohr wirkt. Eine einfache Lösung verwendet eine Reihe von Kondensatoren und Widerständen, die die Rechteckwelle in eine sinusähnliche Welle umwandeln, was zu einem komfortablen, natürlich klingenden Audiosignal führt.

Beispiel

Der ursprüngliche Digi-Keyer wurde entwickelt, um einheitliche Morsezeichen und Leerzeichen an Amateurfunk-Sender zu übertragen. Ein Projekt zur Nachbildung des 50 Jahre alten Digi-Keyers wurde um eine Audioausgabe erweitert, damit die Benutzer die erzeugten Zeichen hören können. Da sich auch der 555-Timer zum 50. Mal jährt, wurde er für die Erzeugung der Töne ausgewählt. Der Ausgang des 555 ist ein Rechtecksignal. Die folgenden Konvertierungsschritte wurden mit Hilfe der Oszilloskop-Funktion des PC-basierten Multi-Tools Analog Discovery II von Digilent veranschaulicht.

555-Ausgabe

Die ursprüngliche Rechteckwelle am Ausgang ist über ein Potentiometer in der Tonhöhe einstellbar. Abbildung 1 ist der Schaltplan für den 555-Tongenerator, der am Reset-Pin durch Signale von anderen Digi-Keyer-Schaltungen aktiviert wird. Die Signalproben werden an den Prüfpunkten TP4 bis TP6 entnommen.

Abbildung 1: 555-Tongenerator mit Testpunkten.

Wellenform-Transformation

Ein 750-Ohm-Widerstand am Ausgang des 555 und ein 0,22-uf-Kondensator an TP4 sorgen für die erste Umwandlung von einer perfekten Rechteckwelle in eine „Haifischzahn“-Form. Siehe Abbildung 2. Eine weitere Widerstand/Kondensator-Kombination an TP5 führt zu einer „Sägezahn“-Welle, gefolgt von einer mehr sinusförmigen Welle an TP6. Der abschließende Ausgangskondensator verleiht der Welle eine definiertere Sinusform und entkoppelt alle Gleichstromsignale. Durch die zusätzlichen Widerstände wird der Ausgang auf Kopfhörerpegel gedämpft, was zusammen mit der Wellenformung angenehme Töne erzeugt.

Abbildung 2: Wellenformen an den Testpunkten.

Zusammenfassung

Das Abtasten der einzelnen Testpunkte über einen Kopfhörer mit integrierter Lautstärkeregelung ist eine gute Möglichkeit, die Härte der Rechteckwelle im Vergleich zur Sanftheit der Quasi-Sinuswelle zu erleben. In diesem Beispiel werden einfache passive Komponenten verwendet, um die Rechteckwelle zu verändern. Aufwändigere Schaltungen können mit Zählern oder Operationsverstärkern in Wien-Brücken-Konfiguration aufgebaut werden.

Ressourcen

Wie funktioniert der Digi-Keyer

Aktualisierung des Original-Digi-Keyers

Wie JK-Flipflops funktionieren

Was sind RC-Zeitschaltungen?

Zusammenbau des Digi-Keyers

Sind Sie daran interessiert, den Digi-Keyer zu bauen und zu lernen, wie er funktioniert? DigiKey bietet im folgenden Repository den vollständigen Satz von Plänen, Stücklisten, Programmiercode, Platinenlayout-Dateien und mehr:

https://media.digikey.com/pdf/Project%20Repository/Digikeyer.zip