ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

РАДИОСХЕМЫ



СХЕМЫ И СТАТЬИ


РАДИОБЛОГИ
Правила замены микросхем операционных усилителей

Зарядное для авто из блока питания ноутбука

Сварочник из микроволновки с китайским модулем управления

Универсальный цифровой изолятор сигналов

Плазменный шар питаем от батареек вместо 220V

Как подобрать встраиваемую розетку

Плазменная свеча Tesla HFSSTC

Стрелочный ваттметр



ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР



В данной статье представлена разработка простого функционального генератора сигналов на основе специализированной микросхемы  icl8038. Необходимо было построить такой генератор, который уже можно было назвать полноценным прибором для использования в радиолюбительской практики, но без применения громоздких и сложных в настройке схем. 

Основные параметры генератора

    Рабочий диапазон частот перекрывается 6 поддиапазонами:

  •     0,1...1 Гц
  •     1...10 Гц
  •     10...100 Гц
  •     100...1000 Гц
  •     1...10 кГц
  •     10...100 кГц

Максимальное выходное напряжение перекрывается четырьмя поддиапазонами:

  •     0...10 В
  •     0...1 В
  •     0...0,1 В
  •     0...0,01 В

Форма сигналов может быть трех видов:

  •     синус
  •     треугольный 
  •     прямоугольный

Регулировка коэффициента заполнения сигнала не мене +-30%. Искажения формы синусоидального сигнала не более 1%. Наличие выхода синхронизации амплитудой 5 В и скоростью нарастания фронтов не хуже 20  нс.

Принципиальная схема генератора

Принципиальная схема прибора состоит из четырех функциональных узлов: генератор, формирователь меандра и синхросигнала, схемы смещения уровней и выходного усилителя. Рассмотрим каждый узел по отдельности.

На схеме выше представлен узел генератора. Он включает в себя непосредственно саму микросхему генератора, ее обвязку и пару локальных стабилизаторов напряжения. Здесь выбор конденсатора С2...С6 осуществляет переключение поддиапазона, резистором R3 производится плавная перестройка частоты в пределах поддиапазона. Подстроечными резисторами R1 и R2 обеспечивается регулировка верхнего и нижнего предела регулировки частот.

Резистор R4 позволяет в некоторых пределах регулировать скважность выходного сигнала, причем на больших частотах диапазон регулировки уменьшается. С регулировкой скважности связан еще один неприятный эффект, ее изменение приводит к уходу частоты генератора, который может составлять 15% в крайних положениях движка R4. Этот эффект удалось несколько снизить увеличением емкости частотозадающих конденсаторов С2...С6, изначально их номинал был кратен 1, в нынешней схеме он составляет 2,2. Еще большее увеличение этого номинала ограничено свойствами самой микросхемы - происходит срыв генерации при верхнем (по схеме) положении движка R3.

Резисторы R8 и R10 балансируют внутренний преобразователь треугольник-синус. Их подстройка позволяет получить минимальные гармонические искажения синусоидального сигнала. Применение отдельных микросхем стабилизаторов обусловлено невозможностью работы микросхемы при напряжении питания +-15 В, при котором происходил срыв генерации на максимальной частоте. Небольшой разбаланс напряжений в плечах питания никак не влияет на работоспособность генератора. С выхода микросхемы генератора прямоугольный сигнал подается на формирователь меандра и синхросигнала, а сигналы синуса и треугольника на схему смещения уровней.

Оба формирователя собраны на двух логических микросхемах 2И-НЕ. Применение не самых быстродействующих отечественных компонентов обусловлено разумной достаточностью и большими их залежей. Прямоугольный сигнал с генератора поступает на пару включенных последовательно инверторов DD1.1 и DD1.2, запитаных от двухполярного питания +-5 В. Тем самым на выходе получаем сигнал с крутыми фронтами амплитудой чуть менее 5 вольт симметричный относительно нуля. Для точной подстройки симметрии напряжение отрицательного плеча питания сделано регулируемым. На второй микросхеме DD2.1 и DD2.2 собран формирователь синхросигнала. Она преобразует двухполярный сигнал +-5 В в однополярный. Транзисторы Т1 и Т2 применяются для умощнения выхода, полученный сигнал через резистор согласования R4 поступает на разъем "синхронизация" расположенный на передней панели прибора. 

Схема смещения уровней предназначена для точной установки нуля и предварительного усиления сигналов треугольной и синусоидальной формы. Оба канала идентичны и построены на основе неинвертирующего усилителя, на который подается смещение через повторитель напряжения. Подобная схема включения пусть и не является самой оптимальной, однако позволяет получить требуемую полосу при сохранении высокого входного сопротивления при применении минимума деталей, и в данном применении вполне удачна. Так как амплитуда колебаний у треугольного сигнала выше, чем у синуса, усиление в этом канале ниже. Регулировка выходного смещения осуществляется подстроечными резисторами R3 и R4. После усиления и масштабирования все три сигнала синус треугольный и меандр поступают на коммутатор, роль которого выполняет галетный переключатель, после чего сигнал подается на выходной усилитель мощности.

Усилитель мощности представляет инвертирующий на ОУ с двухтактным истоковым повторителем на полевых транзисторах с ограничением выходного тока. Отечественный ОУ применен не из патриотичных соображений, а по причине простой коррекции. При использовании других типов ОУ необходима настройка переходной характеристики усилителя при требуемой ширине полосы. Рабочая полоса частот усилителя составляет более мегагерца. Это необходимо для корректной передачи формы прямоугольного сигнала. Коррекция усилителя осуществляется подбором конденсаторов С2 и С3. Стабилитроны VD1 и VD2 задают ток покоя выходных транзисторов.

Транзисторы Т2 и Т3 образуют защиту выходного каскада по току, благодаря которому усилитель может работать на любую нагрузку, в том числе при коротком замыкании выхода. Питающие напряжения +-15 В получают с помощью соответствующих стабилизаторов напряжения. Выходной каскад усилителя питается нестабилизированным напряжением от выпрямителя, для обеспечения полного размаха выходного напряжения. С выхода усилителя усиленный сигнал подается на лестничный аттенюатор, с которого поступает непосредственно на выходной разъем расположенный на передней панели прибора. Сетевой трансформатор и диодный мост на схеме не показаны. 

На рисунках ниже представлены осциллограммы работы генератора при различных режимах работы.

Сигнал прямоугольной формы амплитуды 10 В и частотой 100 кГц.

Работа генератора в режиме ограничения выходного тока.

Фронт синхросигнала на согласованной нагрузке составляет порядка 20 нс.

АЧХ масштабирующего усилителя на NE5532. Подъем вероятно обусловлен работой на емкость кабеля. Метка соответствует частоте 1 МГц, размах по вертикале 1 дБ/клетка.

АЧХ выходного усилителя. Метки соответствует частотам 1 и 2 МГц, размах по вертикале 1 дБ/клетка.

Генератор собран на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, верхний слой которого используется в качестве общего провода. Проводящий слой под сетевым трансформатором удален.

Контактные точки отмеченные красным припаиваются к верхнему земляному слою. Проводники отмеченные красным выпилены перемычками из изолированного провода.

Настройка генератора

Перед первым включением не устанавливается операционный усилитель в выходном усилителе, его выводы 3 и 6 на плате замыкаются перемычкой, стабилитроны VD1 и VD2 временно заменяются на переменные резисторы сопротивлением порядка килоома, которые устанавливаются в минимальное положение. Все движки подстроечных элементов устанавливают в среднее положение.

После включения выставляется примерно -5 В в плече питания  формирователя меандра. Регулировкой переменных резисторов которые установлены на месте стабилитронов VD1 и VD2 производится установка тока покоя выходного каскада и нулевого напряжения на выходе усилителя. Ток покоя контролируется на резисторах R8 R9. После чего полученные напряжения на резисторах измеряются вольтметром и на их место устанавливают стабилитроны с близкими рабочими напряжениями. Перемычка установленная на место ОУ удаляется и сам операционный усилитель устанавливается на место.

При минимальном положении регулятора громкости на выходе генератора должно быть напряжение близкое к нулю. Затем к выходу синхронизация подключается частотомер и производится укладка диапазонов подбором частотозадающих конденсаторов С2...С6 и подстройкой резисторов  R1 и R2. Генератор переводится в режим генерации прямоугольного сигнала с частотой в пределах звукового диапазона, на выход подключается осциллограф, и производится регулировка напряжения отрицательного плеча формирователя резистором R3 до получения строго симметричных положительных и отрицательных полупериодов.

Далее выбрав синусоидальную форму сигнала, на выход подключается измеритель коэффициента нелинейных искажений и путем регулирования резисторов R8 и R10 производится подстройка формы синуса до получения минимальных возможных искажений. При отсутствии измерителя КНИ настройка возможна путем визуального наблюдения сигнала на экране осциллографа.

После чего следует подстройка амплитуды выходных сигналов. На генераторе выставляется сигнал прямоугольной формы и максимальной выходной амплитуды и контролируя размах выходного сигнала по осциллографу производят подбор резистора R2 в выходном усилителе так, что бы амплитуда на выходе составляла 10 В. Затем форма сигнала переключается на следующую и производится подстройка выходной амплитуды по средствам подбора резисторов R7 и R8 в узле регулировки смещения. При каждом изменении этих резисторов необходимо подстраивать ноль на выходе резисторами R3 и R4. На этом настройку генератора можно считать законченной. Материал предоставил SecreTUseR.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР



В КАКОМ НАПРАВЛЕНИИ ТЕЧЕТ ТОК

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.


СХЕМА И ТЕСТ МИНИ ПАЯЛЬНОЙ СТАНЦИИ

Тестирование, схема и разборка мини паяльной станции из Китая KSGER STM32 V3.1S OLED T12.


МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.


ПРОСТЕЙШИЙ ГАУСС ГАН

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.



   Радиосхемы » Измерители



© 2010-2022 "Радиосхемы". All Rights Reserved  Почта  PDA