Generator 22 kHz – schematy NE555, TL072, Si5351A, AD9850, mostek Wiena

Pytanie

Schemat generatora 22 kHz

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najprostszy i najtańszy generator 22 kHz zbudujesz na astabilnym układzie NE555 (fala prostokątna).
• Gdy potrzebujesz czystej sinusoidy 22 kHz – zastosuj mostek Wiena na wzmacniaczu operacyjnym (np. TL072).
• Największą precyzję i elastyczność daje cyfrowy generator oparty na syntezerze Si5351A lub DDS AD9850.

Szczegółowa analiza problemu

1. Generator prostokątny 22 kHz – NE555 (zasilanie 5-15 V)

                +VCC
                 │
             R1  │ 3,3 kΩ
                 │
       ┌─────────┴─────────┐
       │   NE555 (ast.)    │
GND ───┴─┬──────────────┬──┴─── +VCC
         │7 DISCH  8 VCC│
         │              │
   C1    │2 TRIG  6 THR │ R2 = 1,5 kΩ
 10 nF───┤              ├───┬─── Wyjście 22 kHz
         │1 GND   3 OUT │   │
         │              │  C3 10 nF (filtr)
         │4 RESET       │   │
         └──────────────┘  GND

Wzór:
\[ f=\frac{1,44}{\bigl(R_1+2R_2\bigr)C_1}\approx22\ \text{kHz} \]

Kluczowe cechy
• amplituda ≈ VCC, duty≈60 % (można skorygować potencjometrem w szeregu z R2)
• stabilność 2-5 %, wystarcza do ultradźwięków, PWM, sygnału DiSEqC.

2. Generator sinusoidalny 22 kHz – mostek Wiena (TL072, ±12 V lub 9–18 V pojedyncze)

            +VCC
             │
      +------+-------+
      | TL072 (U1A)  |
OUT ──┤6           3 ├─── Wyjście (sinus 3 Vp-p)
      |            5 │
      +--[Rf]--+    2 │
      |        |   +──┘
      |      [Rg]  │
      |        │   │
      +---R---C----+---R---C--- GND
          7,5kΩ 1nF  7,5kΩ1nF

Warunek:
\[ f=\frac{1}{2\pi RC}\approx22\ \text{kHz}, \quad A_v=1+\frac{R_f}{R_g}\approx3 \] Do stabilizacji amplitudy wstaw w równoległe z Rg diody antyrównoległe lub żarówkę mini-lamp (AGC).

Czystość THD < 0,5 %, stabilność <1 % (zastosuj kondensatory C0G/NP0).

3. Cyfrowy generator 22 kHz – Si5351A (3,3 V lub 5 V)

Blok: MCU (I²C) → Si5351A → Bufor → Wyjście.
Kod przykładowy (Arduino):

#include <Wire.h>
#include <si5351.h>
Si5351 clk;
void setup() {
  clk.init(SI5351_CRYSTAL_LOAD_8PF, 0, 0);   // 25 MHz xtal
  clk.set_freq(22000ULL * 100, SI5351_CLK0); // 22 000 Hz
}
void loop(){}

• Błąd ≤±20 ppm (zależnie od rezonatora)
• Dowolny kształt po filtracji cyfrowej/PWM, trzy niezależne wyjścia.

Aktualne informacje i trendy

• W sprzęcie satelitarnym (LNB) tony 22 kHz generuje się dziś wewnątrz układów zasilających LNBH25S, RT5047A lub ZLPM8014 – wystarczy I²C-enable.
• W generatorach audio/wibracyjnych popularne stają się mini-DDS-y (AD9833/AD9850) z OLED-em i enkoderem, dostępne w modułach < 10 USD.
• Coraz częściej zamiast NE555 stosuje się mikrokontrolery (STM32, RP2040) – wewnętrzne fast-PWM do 100 MHz z roz­dziel­czo­ścią sub-Hz.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Zalecane kondensatory: C0G/NP0 (≤30 ppm/°C) lub foliowe (≤100 ppm/°C).
• Przy 22 kHz w powietrzu fala akustyczna jest już ultradźwiękiem – większość ludzi nie słyszy, ale zwierzęta tak.
• Do wysterowania przetwornika piezo dodaj push-pull na MOSFET-ach (IRLML6344) dla napięć 30-100 Vpp.

Aspekty etyczne i prawne

• Ultradźwięki mogą stresować zwierzęta lub zakłócać czujniki – zachowaj zgodność z lokalnymi normami hałasu (np. PN-EN 61000-6-4).
• W systemach satelitarnych ton 22 kHz podlega standardowi DiSEqC 2.0 – amplituda 650 mV ± 200 mV na linii zasilającej 13/18 V.

Praktyczne wskazówki

• Zasilanie stabilizuj (LDO, LC-filtr). Dryft VCC → dryft częstotliwości (NE555 ≈ 0,3 %/V).
• Ekranowanie przewodów RC przy ~22 kHz nie jest krytyczne, ale skróć pętle masy – unikniesz sprzężenia z siecią 50 Hz.
• Do strojenia używaj trymera 100 pF lub potencjometru wieloobrotowego w szeregu z R2 (NE555).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• NE555 CMOS (LMC555, TLC555) generuje mniej szumów i działa od 2 V.
• Mostek Wiena powyżej 20 kHz wymaga op-ampów o GBW > 5 MHz (TL072, OPA2134).
• Si5351A ma jitter 0,8 ps rms – do audio hi-fi należy dodać filtr RC lub re-clocking.

Sugestie dalszych badań

• Porównaj DDS AD9833 vs. Si5351A pod kątem fazowego szumu przy 22 kHz.
• Zbadaj wpływ temperatury na kondensatory X7R vs. C0G w mostku Wiena.
• Sprawdź technikę CHIRP (sweep 20–25 kHz) w detektorach odległości.

Krótkie podsumowanie

Przebieg 22 kHz można uzyskać:

1. astabilny NE555 – 5 elementów, niski koszt, prostokąt, ±5 %;
2. mostek Wiena – czysta sinusoida, 0,5 % THD, wymaga dobrego op-ampa;
3. syntezer Si5351A/DDS – sub-ppm, dowolny kształt, sterowanie cyfrowe.
   Dobierz topologię do wymagań (kształt, stabilność, koszt), zwracając uwagę na filtrację zasilania i ewentualne skutki uboczne ultradźwięków.