Генерация переменного по амплитуде и частоте синусоидального сигнала

Здравствуйте форумчане, у меня для вас чашечка чая.

Есть необходимость генерировать синусоиду 40 кГц с переменной частотой (+-1кГц) и амплитудой (+-90%). При этом и частота и амплитуда должны меняться автоматически с заданными частотами.

Есть примерное понимание, как это должно быть исполнено, вот оно:

За основу думаю взять вот такой конструктор ,все равно его пришлось бы переделывать под управление
Генератор с Али

После него нужен усилитель, а вот какой я не могу понять. Но он должен автоматически регулироваться по коэффициенту усиления.

На выходе устройства будет стоять (пока что) пьезоэлемент:
Пьезоэлемент с Али

Логическая схема мне это видится как (осторожно впереди, возможно, бред):
некий генератор синуса, который на выходе меняет емкость конденсатора основного генератора синуса, и это меняет частоту основного сигнала. То же самое с усилителем - генератор синуса управляет коэффициентом усиления.

Возможно, кто-то скажет, что проще такое собрать на одной плате, одной схеме. Я, к сожалению, совсем плох в пайке микросхем, мне проще собрать что-то из блоков с минимумом капания в самих схемах.

Буду очень рад вашим советам и ссылкам, спасибо!

Элементарно!
ГКЧ (генератор качающейся частоты) с девиацией +/-1 кГц и промодулировать амплитудной модуляцией с коэффициентом модуляции 90%.
Хе!..... Такие вещи делаются в кружке юных техников....

Сообщение отредактировал Rezo - 23.11.2016, 20:41

Ооо, круто. Вот я например даже словосочетания такого не додумался придумать...ГЧК... В кружках юных техников не был=( Только в авиамодельном=)

Очень рад, что моя задача решается,судя по всему, легко. Буду работать в этом направлении.

Все же заочно продолжу тему - что с усилителем? Или я могу собрать ГЧК сразу достаточно мощный?

Так всё зависит от исходных данных и конечной задачи.
- Кроме Вас никто не знает какая необходима стабильность частоты и стабильность амплитуды как таковой, так и стабильность её модуляции.
- Кроме Вас никто не знает необходимую мощность на выходе и на какой именно нагрузке.
- Кроме Вас никто не знает нагрузочную способность, которая требуется от УНЧ, точность и приоритетный вариант согласования.
- Кроме Вас никто не знает, допускается или нет гальваническая связь генератор-нагрузка.
- Кроме Вас никто не знает температурный диапазон работы устройства (для возможной доп.термокомпенсации).
- Кроме Вас никто не знает длинна линии от генератора до нагрузки.
Ну и так далее....
Вы спросили концептуально - я ответил концептуально.

Сообщение отредактировал Rezo - 23.11.2016, 19:53

Да=) Проблема в том, что я тоже этого не знаю. Мне, квантовому химику, сложно это все=)

У меня есть только теоретические расчеты, подкрепленные иностранным практическим опытом. В расчетах УЗ поля все гладко, т.е., переводя на ваш язык, все идеально стабильно, математически стабильно. Я совершенно не представляю, какой должна быть схема, чтобы соответствовать моим запросам...

На выходе будет потребитель в 40 Вт, 20 Ом.

Это все, что я могу сказать, наверное.

Могу сказать две вещи:
1. Блок-схема будет иметь примерно (возможны некоторые вариации) следующую конфигурацию - задающий ГКЧ/буфер-усилитель/модулятор/выходной каскад с согласованием по нагрузке.
2. Вообще-то это сайт электриков, а не электронщиков или радиотехников.
Здесь на такие вопросы вряд ли получите точные ответы.
Поэтому лучше обратиться на соответствующие страницы форумов - я так думаю....

Спасибо, обращусь на радиокот уже с более точными формулировками.

Вы серьёзно хотите собрать электронную установку для научных экспериментов своими силами, задавая вопросы на форуме? Впрочем, это действительно задача для кружка радиолюбителей, только надо иметь элементарные навыки электронного конструирования, некоторую базу инструментов, измерительных приборов... или хотя бы приятелей, у которых это можно одолжить...
Как мне кажется, практическая польза от такой игрушки будет только при серьезном подходе.
Вам по сути нужны:
1) Функциональный генератор сигнала со свободно задаваемыми параметрами модуляции.
Эту часть я бы попытался сделать на базе компьютера (звуковой караты) или какой-то приставки к нему.
Хотя бы потому, что вам захочется задавать параметры модуляции по каким-то алгоритмам (а не крутить ручки), и смотреть, что получается. Потом захочется вести автоматическую регистрацию в динамике (добавив датчики обратной связи от объекта на вход компьютера), потом статистическую обработку получаемого массива данных и т.д., без чего немыслимы современные научные исследования. Кстати, для моделирования и обработки результатов есть соответствующие программные пакеты и САПР. В общем, без аппаратного компьютерного моделирования воздействия на объект и автоматической обработки получаемых результатов вся ваша затея не потянет даже на кружок юного техника. Время открытий "на коленке" давно прошло. ИМХО, конечно.
2) Усилитель сигнала для пьезоизлучателя. С этим проще. Если не хочется паять, купите готовый вроде ЭТОГО. Он на базе микросхемы TDA2050, которая имеет полосу частот до 80 кГц.
3) Согласующее устройство для пьезоизлучателя. Возможно, не понадобится. Микросхема имеет напряжение питания до 30В, что неплохо согласуется с параметрами пьезоизлучателя, да и частота 40 кГц позволяет проводить резонансные опыты даже чайнику.
4) Блок питания. Думаю, с эти проблем не будет.

Компьютерная звуковуха способна выдать 40 кГц?

Этот вопрос надо изучить, поэтому и в скобках написал. Для стандартных карт - 20 кГц. Есть специальные функциональнные генераторы в виде слотов, но цена не ширпотребовская. Есть разные ардуино и т.п.

Со звуковой карты снять 40кГц не получится. Сильно прошаренный по железу человек мне разъяснил. Там кучка фильтров, вырезающих все выше 22.5кГц. Есть редкие карты, которые выдают больше, но они стоят как крыло от самолета.

За усилитель спасибо отдельное. Искал как раз что-то такое - готовую плату. У меня только вопрос - там 32Вт, а потребитель у меня 40ВТ. Мои скромные познания говорят, что сгорит.

Насчет коленок - это смотря какие коленки знаете-ли. У меня вот на коленках пленка полимерная, поглощающая ИК диапазон и вырабатывающая из него электричество.

Так, еще в предложенной вами ссылке полоса частот до 20кГц, выходит мне это не подойдет?

Напротив не сгорит, но вы получите не совсем верные 1 Вт, вместо 40.
Цитирую: Как видите, заявленная мощность будет на нагрузке 4 Ом, а у Вас какое сопротивление нагрузки - 20?
И вообще..... после того, как приглядитесь хотя бы к этим данным, то поймёте, что это..... если не "лохотрон", то нечто вроде этого. Правильно мыслите!
Если нужно что-то индивидуальное, то и нужно всё изначально и делать индивидуальное с конкретными параметрами под себя и свои запросы.
А ширпотреб - так он и есть ширпотреб, со всеми своими преимуществами и недостатками.
Да и с компьютером под это дело нужно поаккуратней - не всё так однозначно в реале для того или иного случая, как в теоретическом желании и предложении.
Да и не получите Вы с карты компа реально чистую синусоиду - не получите. Цифра - есть цифра!
Ещё неизвестно, какие требования нужны к Вашей синусоиде (нелинейные и фазовые искажения, скорость нарастания, гармоники и прочее....).
Сейчас "мода" на компьютеризацию задушила многое и внедряется до безумия без явной необходимости.
Например.... как Вы думаете, очень нужно, что бы внутри обычного утюга была мини-ЭВМ (миникомп)?
Неужели без процессоров и прошивок не обойтись никак там? Например обычным термостатом?
И где в итоге надёжнее будет?
Ах да..... сейчас это не нужно - главное преподнести "супер-чудо" и что бы побольше был спрос....

PS: Я не отрицаю развитие, но во всём должен быть принцип разумной достаточности.

PPS:Полвольте поинтересоваться - если скажем Ваше устройство будет потреблять скажем 100 Вт/час, то сколько за это время Вы можете снять с плёнки?

Сообщение отредактировал Rezo - 24.11.2016, 20:03

Сгореть не должен, при грамотном согласовании. Ведь 40Вт - это параметр потребителя, его максимальная потребляемая мощность без повреждения. При меньшей подводимой мощности ваш потребитель выдаст в окружающую его среду ультразвука "на 32 Вт", это если на пальцах объяснять. Или ещё аналогия: имеем 100-ваттные колонки, подключенные к 20-ваттному усилителю - и ничего. В такой ситуации всё работает: усилитель на пределе, колонки - с большим запасом. Плохо, если наоборот.
А вообще, скачайте документацию на первоисточник, набрав в поисковике "tda2050 datasheet". Там есть про полосу 80 кГц и про 50 Вт музыкальной мощности. Спросите вашего сильно прошаренного по железу человека, если останутся вопросы.
И потом, вам правильно посоветовали насчет форума электронщиков - там опытные ребята, возможно, помогут готовым решением (ультразвуковые ванны используют радиолюбители для очистки деталей от окислов перед пайкой).
Насчет ваших коленок не сомневаюсь - всё получится, ничего сложного в этой задаче нету.
Я про другие коленки имел ввиду - о подходе к научным исследованиям. Но тут не мне вас учить, у меня это всё осталось в далекой прошлой жизни.

На всякий случай уточню.
Это стандартные условия для испытаний при 1 кГц, не принимайте это к своей ситуации
На 40 кГц и 20 Омах комплексного сопротивления нагрузки на этой резонансной частоте получим максимум половину мощности при соответствующем напряжении питания и настройке (согласовании). Не забываем о грамотном теплоотводе (радиаторе) для микросхемы. Иначе не проработает и минуты.

Ааа, все, с мощностью разобрался.

Data sheet глянул, действительно 80кГц -_-

Про пленку - не понял в чем связь УЗ генератора и пленки? Это просто прозрачная пленка, поглощающая ИК диапазон, это другой мой проект.

Насчет компьютеризации согласен полностью. У нас на кафедре выкидывают хорошие аналоговые машины, заменяют на китайские ширпотребные выкидыши...

Ааа, еще веселое, про форум электронщиков. Первое предложение там было - А с аудиокарты нельзя? Просто забавно, с форума аудиофилов кидают на электронщиков со словами "проще спаять", с форума электронщиков отправляют к аудифолам со словами "Ищи нужную аудиокарту"...

Да связь самая непосредственная.
Например для Вашей установки с мощностью 40 Ватт синусоиды, потребуется затратить около 100 Вт электроэнергии.
Ну вот мне интересно стало, сколько предполагаете получить электроенергии за ту же единицу времени, затратив 100 Вт при этом.

Да при чем тут пленка? Генератор мне не нужен для выращивания пленки... Пленка делается другим способом...

Вопрос на засыпку, ничего зазорного в этом варианте усилителя не видите?

https://ru.aliexpress.com/item/UTC-TDA2050-...2691662468.html

Извиняюсь - значит неправильно Вас понял. Зазорного нет, но и ничего подходящего для непосредственного применения то же.
Смотрите на характеристики:
микросхема TDA2050 - монолитная интегральная микросхема усилителя мощности звуковой частоты класса АВ.
Выходная мощность при напряжении питания ±25В и при нагрузке 4Ом - 35Ватт,
при нагрузке 8 Ом - 22 Вт
А сколько будет при Вашей нагрузке 20 Ом? Догадываетесь?
Я же об этом уже говорил.
Поймите!.... Готовое в аудиоразделе вряд ли получится, поскольку это всё "заточено" под бытовуху с её нагрузкой 4-6-8 Ом (в крайнем случае может быть и на 16).
Даже если найдёте что-то подходящее (а я не сомневаюсь в такой возможности), то всё равно нужно согласовывать выход усилителя с Вашей нагрузкой.
Только в этом случае можно говорить о чём-то.
Но и в вопросе согласования, то же есть свои моменты (для данной частоты).
Как бы там ни было, но без изготовления какого-либо штучного блока для Вашего устройства в целом, вряд ли обойтись....
Так что.... Всё же Ваш путь лежит к радиоинженерам, а не к электроинженерам.....