Для генерации синусоидальных колебаний необходимо, чтобы условия возникновения автоколебаний – баланс амплитуд и баланс фаз – выполнялись в узкой полосе частот. Поэтому в схеме генератора либо усилитель, либо цепь обратной связи должны обладать явно выраженными частотными свойствами. В частности, полосовые фильтры с высокой добротностью являются потенциальными генераторами. Наиболее часто используются два типа генераторов – с колебательными контурами (LC -генераторы) и с резистивно-емкостными цепями (RC -генераторы).
LC-генераторы используют для получения синусоидальных колебаний фильтрующие свойства колебательного LC -контура, а компенсация потерь в контуре осуществляется при помощи усилителя.
Пример LC -генератора на операционном усилителе показан на рис. 5.16. Считая ОУ идеальным, определим условия генерации с использованием подхода, изложенного в п. 1.2 настоящего учебного пособия. Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для неинвертирующего входа ОУ:
(5.7)
В силу принципа мнимой земли
U 2 = U 1 R 2 /(R 1 + R 2).
Выражаем отсюда U 1 , подставляем в (5.7) и дифференцируем (5.7). Получаем:
Таким образом, процессы в генераторе описываются дифференциальным уравнением второго порядка с отрицательным коэффициентом при первой производной. Это уравнение неустойчивой системы: условие баланса амплитуд выполняется в любом случае. Однако уравнение (5.7) написано для идеальной индуктивности. В реальных колебательных контурах существуют потери, поэтому отношение R 1 /R 2 настраивается для получения устойчивого самовозбуждения. Напряжение на выходе ОУ будет отличаться от синусоидального, так как амплитуда колебаний растет вплоть до насыщения усилителя. Напряжение на колебательном контуре остается практически синусоидальным даже при глубоком насыщении, поэтому выходное напряжение обычно снимают с колебательного контура. Однако такой генератор обладает низкой нагрузочной способностью.
Генераторы на ОУ отличаются ограниченным диапазоном частот (в лучшем случае не более единиц МГц) из-за того, что частота единичного усиления ОУ сравнительно низка. В более высокочастотном диапазоне (до сотен МГц) применяются транзисторные LC - генераторы.
Наиболее распространены три типа схем транзисторных LC -автогенераторов: с трансформаторной обратной связью (схема Майсснера), индуктивная трехточка (схема Хартли) и емкостная трехточка (схема Колпитца). Для каждого типа известно множество вариантов, которые отличаются включением колебательного контура (в цепь эмиттера, в цепь коллектора, между эмиттером и базой), способами создания ПОС и схемой включения транзистора (с общим эмиттером, с общей базой). Во всех случаях граничная частота передачи по току применяемых транзисторов должна быть на порядок (рекомендуется не менее чем в 10 раз) выше генерируемой частоты.
На рис. 5.17, а
показан пример генератора с трансформаторной ПОС.
Первичная обмотка трансформатора, имеющая индуктивность L , вместе с конденсатором С образует колебательный контур с резонансной частотой
Базовые и эмиттерное сопротивления R б1 , R б2 , R э задают режим усилительного каскада по постоянному току, конденсаторы C б и C э уменьшают сопротивление контура ОС. Условие баланса амплитуд обеспечивается при выполнении соотношения h 21э > w к /w б; практически данное неравенство выполняют с запасом в 1,5 – 3 раза. Условие баланса фаз обеспечивается согласованием включения обмоток.
Основным недостатком рассмотренного автогенератора с трансформаторной ПОС является то, что требуются две катушки индуктивности. Поэтому на практике часто используют схемы так называемых трехточек – автогенераторов, в которых колебательный контур соединен с остальной частью схемы в трех точках. При этом напряжение обратной связи снимается с части колебательного контура. Существует два типа трехточечных схем: индуктивная трехточка и емкостная трехточка. В схеме индуктивной трехточки (рис. 5.17, б ) использована автотрансформаторная ОС. Напряжение ОС снимается с верхней по схеме части катушки и подается в базу транзистора через разделительный конденсатор C ос, сопротивление которого на частоте колебаний незначительно. В схеме емкостной трехточки (рис. 5.17, в ) для передачи сигнала ОС использован емкостной делитель напряжения, что упрощает конструкцию катушки индуктивности. Особенностью данного варианта генератора является то, что транзистор включен по схеме с общей базой; подобное включение возможно и в схеме индуктивной трехточки.
LC -генераторы имеют сравнительно высокую стабильность частоты (типичная относительная нестабильность 10 -3 – 10 -4) и без дополнительных мер обеспечивают низкий уровень гармоник за счет фильтрующих свойств колебательного контура. Они эффективно работают в диапазоне частот от 100 кГц и выше, вплоть до сотен МГц. При более низких частотах падает добротность колебательного контура, и возрастают габариты индуктивных элементов. Перестройка частоты в колебательных контурах затруднена. Кроме того, моточные изделия низкотехнологичны в массовом производстве и с конструктивной точки зрения плохо сочетаются с современной микроэлектронной аппаратурой. Поэтому в диапазоне частот ниже 10 6 Гц широкое распространение получили генераторы с частотно-избирательными RC-цепями.
RC-генераторы характеризуются простотой и дешевизной, малыми массогабаритными показателями, способностью формировать колебания частотой от долей Гц. Их преимущества перед LC -генераторами проявляются тем ярче, чем ниже частота. Однако в отношении стабильности они несколько уступают LC -генераторам.
Наиболее широко известны два типа RC -генераторов: с фазосдвигающей цепочкой (рис. 5.18, а ) и с мостом Вина (рис. 5.18, б ).
 |
В генераторе по схеме рис. 5.18, а фазосдвигающая цепочка имеет лестничную структуру. Каждое звено дает фазовый сдвиг менее 90°, поэтому для получения 180° необходимо минимум три звена. Частота автоколебаний, соответствующая углу сдвига фаз точно 180°, равна
. На этой частоте модуль коэффициента передачи цепи ОС равен 1/29. Поэтому вместо ОУ может быть использован любой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления не менее 29, например, однотранзисторный усилительный каскад.
В генераторе с мостом Вина две цепи обратной связи. Цепь ПОС имеет комплексный коэффициент передачи
(5.8)
Как видно из (5.8), цепь ПОС дает нулевой фазовый сдвиг на частоте ω 0 = 1/RC , что в соответствии с условием баланса фаз и определяет частоту генерации. Модуль коэффициента передачи на этой частоте равен 1/3. Поэтому для выполнения условия баланса амплитуд цепь ООС, представляющая собой безынерционный делитель напряжения R1-R2 , должна иметь коэффициент передачи чуть меньше 1/3.
Общим недостатком всех RC -генераторов является то, что RC -цепи не обладают, подобно LC -контурам, выраженной частотной избирательностью. Поэтому условия генерации выполняются в широком диапазоне частот. Поскольку выполнить абсолютно точно условие баланса амплитуд К у К ос = 1 нельзя, то при незначительном снижении коэффициента петлевого усиления меньше единицы колебания будут затухать, а при незначительном превышении единицы амплитуда колебаний будет нарастать до тех пор, пока усилитель не выйдет в область насыщения, после чего форма колебаний будет сильно отличаться от синусоидальной. Подобное происходит и в LC -генераторе, но там высшие гармоники подавляются колебательным контуром. В RC -генераторах для обеспечения минимума искажений приходится вводить обратную связь по амплитуде колебаний.
Степень искажения синусоидального сигнала принято оценивать при помощи коэффициента нелинейных искажений или при помощи коэффициента гармоник .
Коэффициент нелинейных искажений К НИ равен отношению среднеквадратичной суммы высших гармоник выходного сигнала к среднеквадратичной сумме всех его гармоник. Коэффициент гармоник К Г равен отношению среднеквадратичной суммы высших гармоник выходного сигнала к напряжению первой гармоники:
где A i – амплитуда i -й гармоники.
Величины К НИ и К Г связаны соотношением:
При малых уровнях искажений оба показателя практически совпадают.
Искажения с К НИ более 3% ощутимы на слух, при 5% заметны на экране осциллографа.
Одним из приемов уменьшения нелинейных искажений в генераторе является охват усилителя дополнительной нелинейной ООС, например, с помощью стабилитронов (показана пунктиром на рис. 5.18, б ). При увеличении амплитуды колебаний до уровня, при котором начинается пробой стабилитрона, происходит шунтирование резистора R 1, вследствие чего увеличивается глубина ООС, следовательно, уменьшается коэффициент усиления по напряжению, и амплитуда стабилизируется.
Другим решением является замена резистора R 2 элементом с сопротивлением, зависящим от температуры (полупроводниковый терморезистор с положительным ТКС или микромощная лампа накаливания). При увеличении амплитуды выходного напряжения возрастает рассеиваемая на этом элементе мощность, следовательно, возрастает сопротивление, что приводит к увеличению глубины ООС. Так как в данном варианте в схему не вносятся нелинейные элементы, то искажения формы очень малы (порядка 0,5%). Недостатком этого решения является зависимость амплитуды сигнала от температуры окружающей среды.
При создании прецизионных RC
-генераторов (например, в измерительных генераторах синусоидальных сигналов) обеспечить жесткие требования к содержанию гармоник и к стабильности амплитуды можно путем введения отдельной цепи ООС по амплитуде (рис. 5.19). Принцип стабилизации основан на том, что полевой транзистор при малых напряжениях сток-исток ведет себя как управляемое сопротивление. Элементы VD2
, C1
, R3
образуют однополупериодный выпрямитель с фильтром, стабилитрон VD1
обеспечивает более высокую чувствительность к изменению амплитуды. В первоначальный момент после включения питания конденсатор C1
разряжен. Сопротивления R
1 , R
2 и сопротивление сток-исток R
си полевого транзистора VT1
подобраны так, чтобы выполнялось условие
R
1 /(R
2 + R
си) > 2, при этом в схеме после включения питания возникают возрастающие колебания. Когда амплитуда колебаний начинает превышать напряжение пробоя стабилитрона VD1
, на конденсаторе C1
появляется напряжение отрицательной полярности, что приводит к увеличению R
си и как следствие к увеличению коэффициента передачи по цепи ООС. В результате амплитуда колебаний стабилизируется.
Рассмотренные способы построения RC -генераторов синусоидальных колебаний можно назвать традиционными. Используется также еще ряд способов – менее распространенных, но обладающих заслуживающими внимания особенностями.
В качестве частотно-избирательного звена может быть использован колебательный контур, в котором взамен индуктивности включен ее RC -аналог. На рис. 5.20, а показан пример такого аналога. Усилитель с конечным коэффициентом усиления К должен иметь бесконечное входное и нулевое выходное сопротивления. Анализ схемы показывает, что ее входное операторное сопротивление
При K = 1 Z вх (p ) = R (3 + 4pRC + p 2 R 2 C 2). Соответственно для синусоидального сигнала Z вх (j ω) = R (3 – ω 2 R 2 C 2) + j 4ωR 2 C . Отсюда видно, что относительно входных зажимов цепь ведет себя как последовательное соединение эквивалентного сопротивления R экв = R (3 – ω 2 R 2 C 2) и эквивалентной индуктивности L экв = 4R 2 C . На частоте
цепь представляет собой идеальную индуктивность, включив которую в колебательный контур, можно получить как узкополосный RC -фильтр, так и генератор синусоидальных колебаний.
Емкость контура С к определяется из выражения для частоты резонанса:
(5.10)
Из сравнения (5.9) и (5.10) получаем соотношение С = 12 С к.
В качестве усилителя с коэффициентом усиления К можно использовать эмиттерный повторитель на транзисторах (рис. 5.20, б ) либо ОУ в режиме повторителя напряжения (рис. 5.20, в ). Диапазон генерируемых частот – от 0,01 Гц до 15 МГц. Подбором сопротивления R 0 добиваются сочетания большой амплитуды и хорошей формы колебаний. В схеме рис. 5.20, б резистор R 1 необходим для задания точки покоя усилителя; для сохранения параметров времязадающей цепи необходимо выдержать соотношение R 1 R 2 /(R 1 + R 2) = R . Пара сопротивлений R э1 и R э2 , удовлетворяющие условию R э1 << R э2 , введены для небольшого увеличения коэффициента передачи составного повторителя, с тем,. чтобы возможно точнее установить К = 1. Рассмотренные генераторы характеризуются редкой для RC -схем стабильностью частоты: порядка 4∙10 –5 /°С.
Еще один способ получения синусоидального сигнала – формирование прямоугольного (еще лучше – треугольного) сигнала с последующим подавлением высших гармоник при помощи высокодобротного полосового RC -фильтра. Схема генератора отличается повышенной сложностью, зато позволяет добиться хорошей стабильности частоты и амплитуды, а также очень низкого содержания гармоник.
Кварцевые генераторы
При необходимости получить колебания с повышенной стабильностью частоты используются кварцевые генераторы. В них роль резонансного контура выполняет кварцевый резонатор – пластинка, кольцо или брусок, вырезанные определённым образом из кристалла кварца. Материал резонатора обладает хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами, сущность которых заключается в поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновении механических деформаций диэлектрика под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). При деформации кварцевой пластины на её поверхностях появляются электрические заряды, величина и знак которых зависят от величины и направления деформации. В свою очередь, появление на поверхности пластины электрических зарядов вызывает её механическую деформацию. В результате механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот.
Кварцевые резонаторы имеют ряд существенных преимуществ перед колебательными контурами:
Намного большее значение добротности (10 4 – 10 5) эквивалентного колебательного контура;
Малые размеры (вплоть до долей мм);
Большая температурная стабильность;
Лучшая технологичность, связанная с тем, что резонатор является законченным монолитным изделием массового изготовления;
Большая долговечность.
Недостаток кварцевых генераторов – невозможность перестройки частоты в широких пределах.
Характерный диапазон частот кварцевых генераторов составляет от 10 кГц до 300 МГц. Типичная относительная нестабильность частоты генерируемых колебаний порядка 10 -6 , при принятии дополнительных мер по термостабилизации – до 10 –9 .
Кварцевые генераторы широко применяются в современной радиоэлектронике. Они используются в аппаратуре радиосвязи, в технике передачи данных, в качестве генераторов тактовых импульсов в цифровых устройствах, для точного измерения частоты и временных интервалов.
Массовое применение находят кварцевые генераторы для часовых схем. Резонансная частота часовых кварцевых резонаторов составляет 32768 = 2 15 Гц или 4194304 = 2 22 Гц. После деления в 15 - или 22-разрядном двоичном счетчике получаются импульсы с периодом 1 секунда.
Типичные параметры эквивалентной схемы замещения резонатора на частоту 4 МГц: L = 100 мГн; С = 0,015 пФ; R = 100 Ом; С 0 = 5 пФ.
Для определения параметров резонанса запишем полное сопротивление кварцевого резонатора, пренебрегая малым значением R :
(5.11)
Из выражения (5.11) видно, что существуют две резонансные частоты: частота последовательного резонанса f s , при которой Z = 0:
и частота параллельного резонанса f p , при которой Z = ¥:
Частота последовательного резонанса зависит только от строго определенных параметров резонатора, а частота параллельного резонанса – еще и от менее определенной величины С 0 , на которую влияет также емкость монтажа.
При необходимости можно подстраивать частоту кварцевого генератора в небольших пределах для достижения требуемого значения частоты. Для этого последовательно с кварцевым резонатором включают регулировочный конденсатор, емкость которого значительно больше емкости С . При этом изменяется только частота последовательного резонанса. При параллельном подключении регулировочного конденсатора меняет свое значение только частота параллельного резонанса. На генерируемую частоту влияет также эквивалентная емкость усилителя, которая, по сути дела, играет ту же роль, что и регулировочная емкость. Поэтому производители резонаторов практикуют настройку резонаторов при определенном значении нагрузочной емкости, которая указывается производителем в технической документации. Резонансная частота кварца, включенного в реальную электрическую цепь, будет изменяться в некоторых пределах при разных значениях емкости нагрузки.
Для формирования частот более 35–40 МГц часто используют колебания третьей, пятой и более высоких гармоник кварцевых резонаторов. Эта информация обычно отмечается в документации производителя. Чаще всего используется третья гармоника. Обычно генерация на неосновных гармониках менее устойчива и стабильна, чем на основной гармонике.
 |
Кварцевые генераторы синусоидальных колебаний обычно строятся на основе типовых схем автогенераторов, в которых кварцевый резонатор включается вместо колебательного контура либо в цепь обратной связи. На рис. 5.22, а показан генератор по схеме индуктивной трехточки. Включение транзистора по схеме с общей базой обеспечивает малое сопротивление последовательной цепи, в которую встроен резонатор, что является необходимым условием его высокой добротности. Другой пример (рис. 5.22, б ) представляет собой генератор на полевом транзисторе по схеме емкостной трехточки, в котором индуктивность заменена кварцевым резонатором.
Импульсные кварцевые генераторы могут быть выполнены на базе мультивибраторов, в которых кварцевый резонатор включен на место времязадающей емкости. В современных цифровых устройствах чаще всего используются кварцевые генераторы на КМОП-инверторах (рис. 5.23).
 |
В последние годы ряд фирм выпускает в виде готовых изделий кварцевые генераторы, содержащие в одном корпусе кварцевый резонатор и схему автогенератора. В этом случае гарантируется паспортная частота, отпадает необходимость расчета и настройки генератора, устройство имеет минимальные габариты.
Генератор синусоидальных колебаний легко собрать на операционном усилителе. На рисунке показана принципиальная схема такого генератора, вырабатывающего сигнал частотой 400 Гц.
Пакеты прямоугольных импульсов с заданным количеством импульсов в пакете удобно использовать при отладке цифровых устройств.
В радиолюбительской практике часто бывают необходмы делители частоты с большим коэффициентом деления (1000... 10000 и выше). Обычно для этого используют или 4-5 счетчиков-делителеи на 10, или микросхему К561ИЕ15.
Генератор, схема которого приведена на рис.1, может найти применение в различных преобразователях однофазного напряжения в трехфазное. Он проще описанных в .
Несомненным достоинством предлагаемой схемы является её простота. Несмотря на свои необычный внешний вид, схема вполне надежна, автор пользуется ею уже около 2 лет.
Регулируемый генератор прямоугольных импульсов
Это устройство найдет применение в различных приборах автоматики для периодического прерывания тока в цепях нагрузки или для генерирования импульсов с изменяемыми в широких пределах периодом следования и длительности. Скважность импульсов может достигать нескольких тысяч, период их повторения и длительность - десятков секунд.
Создать несложный генератор синусоидальных сигналов , работающий на достаточно высоких частотах,- задача не такая уж и простая. Известные генераторы с мостом Вина позволяют осуществить генерацию колебаний с частотой не более 1 МГц, да и то при использовании быстродействующих операционных усилителей серий К544, K574 и с выходным уровнем не более 50... 100 мВ.
На рисунке изображена схема простого кварцевого генератора , который можно собрать на любом логическом элементе «И - НЕ», входящем в состав какой-либо микросхемы серии К155.
Это несложное устройство представляет собой генератор, управляемый напряжением (ГУН). Его можно использовать для звуковой индикации величины постояннного напряжения тоном меняющейся частоты. Основа ГУНа (см. схему) - интегратор DA1 и триггер Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2.
Генератор (см. рисунок) обеспечивает получение пилообразного напряжения с хорошей линейностью.
Транзистор
Т1
генератора с резистором
R1
в цепи эмиттера представляет собой источник тока с выходным сопротивлением, равным нескольким мегомам. Током этого источника заряжается конденсатор
С2.
Функциональный генератор может быть собран на специальной микросхеме IC 8038. ICL8038-интегральная микросхема способная производить синусоидальные, прямоугольные, треугольные, пилообразные импульсы. Для полнофункциональной работы микросхемы- генератора необходимо минимальное количество внешних компонентов.
Генераторы сигнала - это устройства, которые в первую очередь предназначены для тестирования передатчиков. Дополнительно специалисты используют их для измерения характеристик аналоговых преобразователей. Тестирование модельных передатчиков происходит путем имитации сигнала. Это необходимо, чтобы проверить прибор на соответствие современным стандартам. Непосредственно сигнал на устройство может подаваться в чистом виде либо с искажением. Скорость его по каналам может сильно различаться.
Как выглядит генератор?
Если рассматривать обычную модель генератора сигналов, то на передней панели можно заметить экран. Необходим он для того, чтобы следить за колебаниями и проводить управление. В верхней части экрана располагается редактор, который предлагает на выбор различные функции. Далее ниже идет севенсор, который показывает частоту колебаний. Под ним располагается режимная строка. Уровень амплитуды или смещения сигнала можно регулировать с помощью двух кнопок. Для работы с файлами имеется отдельная мини-панель. С ее помощью результаты тестирования можно сохранить либо сразу открыть.
Чтобы пользователь был способен менять частоту дискретизации, в генераторе имеется специальный регулятор. По числовым значениям можно довольно быстро произвести синхронизацию. Выходы сигналов, как правило, располагаются в нижней части устройства под экраном. Там же имеется копка для запуска генератора.
Самодельные устройства
Сделать генератор сигналов своими руками довольно проблематично из-за сложности устройства. Основным элементом оборудования принято считать селектор. Рассчитан он в модели на определенное число каналов. Микросхем в устройстве, как правило, имеется две. Для регулировки частоты генератору необходим синтезатор. Если рассматривать многоканальные приборы, то микроконтроллеры для них подойдут серии КН148. Преобразователи используются только аналогового типа.
Устройства синусоидального сигнала
Генератор синусоидального сигнала микросхемы использует довольно простые. Усилители при этом могут применяться только операционного типа. Это необходимо для нормальной передачи сигнала от резисторов на плату. Потенциометры включаются в систему с номиналом не менее 200 Ом. Показатель коэффициента заполнения импульсов зависит от скорости процесса генерации.
Для гибкой настройки устройства блоки устанавливаются многоканальные. генератор синусоидального сигнала изменяет при помощи поворотного регулятора. Для тестирования приемников он подходит только модулирующего типа. Это говорит о том, что каналов у генератора должно быть как минимум пять.
Схема низкочастотного генератора
Низкочастотный генератор сигналов (схема показана ниже) включает в себя аналоговые резисторы. Потенциометры должны быть установлены только номиналом 150 Ом. Для изменения величины импульса используют модуляторы серии КК202. Генерация в данном случае происходит через конденсаторы. Между резисторами в схеме должна находиться перемычка. Наличие двух выводов позволяет установить в генератор сигналов (низкочастотный) переключатель.
Принцип действия модели звукового сигнала
Подключая генератор частоты, первоначально напряжение подают на селектор. Далее переменный ток проходит через связку транзисторов. После преобразования в работу включаются конденсаторы. Отражаются колебания на экране при помощи микроконтроллера. Чтобы регулировать предельную частоту, необходимы специальные выводы на микросхеме.
Максимальную выходную мощность в этом случае генератор звукового сигнала может достичь в 3 ГГц, но погрешность должна быть минимальной. Для этого возле резистора устанавливается ограничитель. Фазовый шум системой воспринимается за счет коннектора. Показатель фазовой модуляции зависит исключительно от скорости преобразования тока.
Схема устройства смешанных сигналов
Стандартная схема генератора такого типа отличается многоканальным селектором. При этом выходов на панели имеется более пяти. В данном случае предельную частоту максимум можно выставлять в 70 Гц. Конденсаторы во многих моделях имеются с емкостью не более 20 пФ. Резисторы чаще всего включаются номиналом в 4 Ом. Время установки первого режима составляет в среднем 2.5 с.
За счет наличия ограничителя пропускания обратная мощность агрегата может достигать 2 МГц. Частоту спектра в данном случае можно регулировать при помощи модулятора. Для выходного импеданса имеются отдельные выходы. уровня в схеме равняется меньше 2 Дб. Преобразователи в стандартных системах имеются серии РР201.
Прибор сигналов произвольной формы
Данные приборы рассчитаны на малую погрешность. Режим гибкой последовательности в них предусмотрен. Стандартная схема селектора предполагает шесть каналов. Минимальный параметр частоты равняется 70 Гц. Положительные импульсы генератором данного типа воспринимаются. Конденсаторы в цепи емкость имеют не менее 20 пФ. Выходное сопротивление устройством выдерживается до 5 Ом.
По параметрам синхронизации данные генераторы сигнала довольно сильно отличаются. Связано это, как правило, с типом коннектора. В результате время нарастания колеблется от 15 до 40 нс. Всего режимов в моделях имеется два (линейный, а также логарифмический). С их помощью амплитуду можно менять. Погрешность частоты в данном случае составляет менее 3%.
Модификации сложных сигналов
Для модификации сложных сигналов специалисты используют в генераторах только многоканальные селекторы. Усилителями они оборудуются в обязательном порядке. Для смены режимов работы используют регуляторы. Благодаря преобразователю ток становится постоянным с 60 Гц. Время нарастания в среднем должно составлять не более 40 нс. С этой целью минимальная емкость конденсатора равняется 15 пФ. Сопротивление системой для сигнала обязано восприниматься в районе 50 Ом. Искажение при 40 кГц составляет обычно 1%. Таким образом, для тестирования приемников генераторы применяться могут.
Генераторы со встроенными редакторами
Генераторы сигнала указанного типа очень просты в настройке. Регуляторы в них рассчитаны на четыре позиции. Таким образом, уровень предельной частоты можно настраивать. Если говорить о времени установки, то оно во многих моделях составляет 3 мс. Достигается это за счет микроконтроллеров. Соединяются они с платой при помощи перемычек. Ограничители пропускания в генераторах данного типа не устанавливаются. Преобразователи по схеме устройства располагаются за селекторами. Синтезаторы в моделях применяются редко. Максимальная выходная мощность устройства находится на уровне 2 МГц. Погрешность в данном случае допускается только 2%.
Устройства с цифровыми выходами
Генераторы сигнала с цифровыми выходами коннекторами оснащаются серии КР300. Резисторы, в свою очередь, включаются номиналом не менее 4 Ом. Таким образом, внутреннее сопротивление резистором выдерживается большое. Тестировать данные устройства способны приемники с мощностью не более 15 В. Соединение с преобразователем осуществляется только через перемычки.
Селекторы в генераторах можно встретить трех- и четырехканальные. Микросхема в стандартной цепи, как правило, применяется типа КА345. Переключатели для измерительных приборов используют только поворачивающиеся. Импульсная модуляция в генераторах происходит довольно быстро, а достигается это за счет высокого коэффициента прохождения. Также следует учитывать малый уровень широкополосного шума на уровне 10 дБ.
Модели с высокой тактовой частотой
Генератор сигналов с высокой тактовой частотой отличается большой мощностью. Внутреннее сопротивление он способен в среднем выдерживать 50 Ом. Полоса пропускания у таких моделей обычно равняется 2 ГГц. Дополнительно следует учитывать, что конденсаторы используются емкостью не менее 7 пФ. Таким образом, максимальный ток выдерживается на отметке в 3 А. Искажение в системе максимум может составлять 1%.
Усилители, как правило, в генераторах можно встретить только операционного типа. Ограничители пропускания в цепи устанавливаются вначале, а также в конце. Коннектор для выбора типа сигналов присутствует. Микроконтроллеры можно встретить чаще всего серии РРК211. Селектор как минимум рассчитан на шесть каналов. Регуляторы поворотные в таких устройствах имеются. Максимум предельную частоту можно выставлять в 90 Гц.
Работа генераторов логических сигналов
Данный генератор сигналов резисторы имеет номиналом не более 4 Ом. При этом внутреннее сопротивление держится довольно высокое. Для уменьшения скорости передачи сигнала устанавливаются типа. Выводов на панели, как правило, имеется три. Соединение с ограничителями пропускания происходит только через перемычки.
Переключатели в приборах установлены поворотные. Можно выбирать два режима. Для фазовой модуляции генераторы сигнала указанного типа использоваться могут. Параметр широкополосного шума у них не превышает 5 дБ. Показатель частотной девации, как правило, находится на отметке в 16 МГц. К недостаткам можно отнести долгое время нарастания, а также спада. Связано это с низкой пропускной способностью микроконтроллера.
Схема генератора с модулятором МХ101
Стандартная схема генератора с таким модулятором предусматривает наличие селектора на пять каналов. Это дает возможность работать в линейном режиме. Максимальная амплитуда при низкой нагрузке выдерживается в 10 пик. Смещение по постоянному напряжению происходит довольно редко. Параметр выходного тока находится на отметке в 4 А. Погрешность частоты максимум способна доходить до 3%. Среднее время нарастания у генераторов с такими модуляторами равно 50 нс.
Форма сигнала меандр системой воспринимается. Тестировать приемники с помощью этой модели можно мощностью не более 5 В. Режим логарифмической развертки позволяет довольно успешно работать с различными измерительными приборами. Скорость перестройки на панели можно менять плавно. За счет высокого выходного сопротивления нагрузка с преобразователей снимается.
Предлагаемый испытательный звуковой генератор, формирующий синусоидальный сигнал, основан на мосте Вина, производит очень низкий уровень искажений синусоиды и работает в диапазоне от 15 Гц до 22 кГц в двух под-диапазонах. Два уровня выходных напряжений - от 0-250 мВ и 0-2,5 В. Схема совсем несложная и рекомендована для сборки даже малоопытными радиолюбителями.
Список деталей для аудиогенератора
- R1, R3, R4 = 330 Ом
- R2 = 33 Ом
- R5 = 50к сдвоенный потенциометр (линейный)
- R6 = 4.7к
- R7 = 47к
- R8 = 5к потенциометр (линейный)
- C1, C3 = 0.022uF
- C2, C4 = 0.22uF
- C5, C6 = 47uF электролитические конденсаторы (50v)
- IC1 = TL082 двойной ОУ с панелькой
- L1 = 28В/40мА лампа
- J1 = BNC разъем
- J2 = RCA Jack
- B1, B2 = 9 В Крона
Схема, выложенная выше, совсем проста, и имеет в основе двойной операционный усилитель TL082, который используется как генератор и буферный усилитель. Примерно по такому типу строят и промышленные аналоговые генераторы. Сигнал на выходе является достаточным даже для подключения наушников 8 Ом. В режиме ожидания потребляемый ток около 5 мА от каждой батареи. Их тут две по 9 вольт, так как питание ОУ двухполярное. Два выходных разъема разных типов установлены для удобства. Для сверхъярких светодиодов можно использовать 4.7к резисторы R6. Для стандартных светодиодов - 1к резистор.
Осциллограмма показывает фактический вид 1 кГц выходного сигнала от генератора.
Сборка генератора
Светодиод служит в качестве индикатора включения/выключения устройства. Относительно лампы накаливания L1, многие типы лампочке были испытаны в процессе сборки и все работали неплохо. Начните с вырезания печатной платы нужного размера, травления, сверления и сборки.
Корпус тут полу-деревянный - полу-металлический. Отрежьте два куска дерева толщиной по сантиметру для боков корпуса. Отрежьте кусок алюминиевой пластины 2 мм для передней панели. И кусок белого матового картона на циферблат шкалы. Согните два куска алюминия, образуя держатели батареи и прикрепить их винтами к бокам.
Самодельные приборы и оборудование
Радиоконструктор 2007 №11
Обычно, генераторы низкочастотных синусоидальных сигналов
строят на операционных усилителях. Но логические элементы
тоже могут работать в аналоговом режиме -в качестве усилителей. В литературе эта тема затрагивалась неоднократно, но в основном это были схемы усилителей аналоговых сигналов (усилители НЧ на КМОП-микросхемах, приёмники прямого усиления и т.п.). Но любой усилитель, даже сделанный из логических элементов, можно превратить в генератор, - все дело в обратной связи...
На рисунке 1 приводится схема синусоидального генератора НЧ фиксированной частоты, реализованного на двух логических инверторах микросхемы К561ЛН2. Инверторы переведены в аналоговый режим с помощью ООС на резисторах R1 и R3. каждый из которых включен между входом и выходом инвертора. Полученные таким образом усилители включены последовательно (как два каскада) через резистор R4. Причем, коэффициент передачи первого каскада зависит от соотношения сопротивлений R1 и R2. Так как эти резисторы одинаковы, - коэффициент передачи первого каскада равен единице Коэффициент передачи второго каскада определяется соотношением сопротивлений R4 и R3, и его можно подстраивать резистором R4.
Резисторы R1-R2 вместе с ёмкостями С1 и С2 образуют мост Вина , настроенный на некоторую частоту которая определяется по известной формуле:
F=1/(RC), где R=R1=R2, С=С1=С2.
Чтобы получить неограниченную и неискаженную синусоиду нужно отрегулировать соответствующим образом коэффициент передачи усилителя под строенным резистором R4. В данной схеме, при питании от источника напряжением 9V наилучшая форма синусоиды получается при её действующем значении около 1V.
Этот генератор, хотя и выполнен на логических элементах, является чисто аналоговым, и его выходной продукт не содержит каких-то импульсных составляющих или ступенчатого напряжения, нуждающихся в фильтрации.
На рисунке 2 показана схема цифрового кварцевого синусоидального генератора , вырабатывающего синусоидальное напряжение частотой 976,5625 Гц (при частоте кварцевого резонатора 500 кГц). Здесь синусоидальное напряжение формируется из прямоугольных импульсов с помощью ЦАП на элементах микросхемы D2 и резисторах. Период состоит из 32-х ступенек. Окончательно выходной сигнал формируется операционным усилителем А1, и включённой на его выходе RC-цепочкой. которая сглаживает ступеньки, образующие синусоиду.
Частота выходной синусоиды будет в 512 раз ниже частоты кварцевого резонатора или входных импульсов, которые, при работе от внешнего источника импульсов, можно подавать на вывод 11 D1. При этом, детали R1, R2, Q1, С1, С2 исключаются
Схема привлекательна тем, что позволяет получить синусоидальный низкочастотный сигнал кварцевой стабильности частоты.
РадиоМатор 2002 №6
Еще одна простенькая схема синусоидального генератора с применением цифровой микросхемы. Несмотря на свой необычный внешний вид, схема вполне надёжна, автор пользуется ею уже около 2 лет.
Основным элементом генератора является микросхема К155ЛАЗ. Кольцевое соединение трёх инверторов DD1.1...DD1.3 представляет собой неустойчивую структуру, склонную к возбуждению на максимальной рабочей частоте. Резистор R1 задаёт рабочую точку микросхемы вблизи порога переключения. Благодаря наличию у ТТЛ-схем "мёртвой зоны" (диапазона напряжений между порогами логического "0" и логической "1") ИМС переходит в активный режим. Контур L1-C1 создаёт условия для возбуждения на собственной резонансной частоте. Добротность контура большого значения не имеет, схема уверенно запускается и с низкодобротными контурами.
Стабильность частоты зависит исключительно от стабильности контура и достаточно высока. Амплитуда выходного напряжения зависит от добротности контура и может достигать 2,5 В. При максимальной частоте (около 10...15 МГц) амплитуда импульсов раза в 2 меньше, и микросхема начинает греться.
Выходной сигнал можно снимать как с катушки L1, так и с конденсатора С1. Однако лучше снимать его с катушки, в этом случае ёмкость нагрузки (даже весьма значительная) оказывает минимальное влияние на рабочую частоту. Несмотря на это, нагрузку лучше подключать через буфер. Это может быть эмиттерный или истоковый повторитель, буфер на ОУ или катушка связи - все зависит от выходной частоты. Очевидно, что на частоте 1 кГц следует отдать предпочтение ОУ, а на 5 МГц - катушке связи.
Налаживание схемы сводится к подбору рабочей точки ИМС при помощи резистора R1. Для этого к выходу генератора подключают осциллограф и, вращая R1, добиваются появления устойчивой генерации с максимальной амплитудой. R1 лучше взять многооборотный, типа СПЗ-39.
Устройство работоспособно с любыми инверторами ТТЛ- и ТТЛШ-серий. От применения КМОП-микросхем лучше отказаться, т.к. добиться устойчивой генерации на них практически невозможно.
А.УВАРОВ, г.Белгород.
