ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

Я радиолюбитель

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

В качестве источников испытательных сигналов радиолюбители в последнее время все чаще используют так называемые функциональные генераторы. Основа такого прибора — кольцо из выполненных на ОУ триггера Шмитта и интегратора: выход первого из устройств соединен с входом второго, а выход последнего — с входом первого. В подобной системе возникают колебания, причем на выходе триггера Шмитта появляется напряжение прямоугольной формы, на выходе интегратора — треугольной. Размах треугольного напряжения зависит от разности уровней срабатывания (гистерезиса) триггера, скорость нарастания (убывания) — от параметров интегрирующей RC-цепи,. поэтому частота генерируемых колебаний определяется и тем, и другим. Синусоидальное напряжение формируется из треугольного специальным устройством: аппроксимирующей диодной цепью, дифференциальным каскадом или еще одним интегратором.

Описанные в радиолюбительской литературе функциональные генераторы и их синусоидальные преобразователи собраны обычно на дискретных элементах или ОУ широкого применения и требуют для питания одно- или дву-полярного стабилизированного напряжения. Предлагаемое вниманию читателей устройство — первый опыт использования в функциональном генераторе микросхемы К548УН1, предназначенной для предварительного усиления сигналов ЗЧ. Как выяснилось, в необычном включении усилители микросхемы хорошо работают при напряжении питания 4...4,5 В, обеспечивая достаточную линейность вырабатываемых напряжений в диапазоне частот 2...20 000 Гц.

Как и остальные приборы-приставки комплекса, генератор относительно прост и собран из доступных деталей, имеет неплохие технические характеристики. Недостатком является довольно значительный (до 5 %) коэффициент гармоник Кг синусоидального напряжения (впрочем, это свойственно

всем функциональным генераторам), поэтому прибор непригоден для оценки искажений, вносимых высококачественной звуковоспроизводящей аппаратурой. Это ограничение выполняемых измерений (по сравнению с традиционными RC-генераторами) с лихвой окупается разнообразием выходных сигналов, с помощью которых становятся возможными новые, интересные исследования.

Основные технические характеристики

Рабочий диапазон частот,

Гц

2 20 000

(2 20

20 200,

200 2 000

2 000 20 000)

Изменение частоты при уменьшении напряжения питания с 4,5 до 4 В % не более

2,5

Выходное напряжение, мВ синусоидальное (среднеквадратическое значение)

770 7 7

(770 77

77 7 7)

прямоугольное и треугольное (размах)

2180 22

(2180 220, 220 22)

Скорость нарастания напряжения прямоугольной формы, В/мкс

2

Выходное сопротивление, Ом

10

Минимальное сопротивление нагрузки, Ом

600

Потребляемый ток (без нагрузки), мА

7

Напряжение на выходе генератора можно изменять скачком на 20 дБ и плавно в пределах такого же значения. Предусмотрена защита от короткого замыкания в нагрузке. Имеется выход с уровнями ТТЛ, к которому можно подключить до 20 входов микросхем серии K155, а также выход для запуска развертки осциллографа. Для питания используется гальваническая батарея авометра. Генератор может работать одновременно с описанными в предыдущих номерах журнала микровольтметром и фазомером-частотомером.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1. Триггер Шмитта собран на усилителе DA1.1. Положительная обратная связь, придающая триггеру гистерезисные свойства, создается через резистор R1, отрицательная (по постоянному напряжению) — через цепь R3C1.

Верхний уровень выходного сигнала триггера Шмитта на микросхеме К548УН1 зависит от напряжения питания [Л]. Стабилизация этого уровня осуществляется цепью, состоящей из стабилитрона VD1 и эмиттерного перехода ключевого транзистора VT1. С коллектора последнего снимается сигнал, пригодный для подачи на вход микросхем ТТЛ. Суммарная емкость стабилизирующей цепи успевает заряжаться и разряжаться через низкое выходное сопротивление усилителя DA1.1 за время 1...2 мкс, благодаря чему фронты напряжения прямоугольной формы не затягиваются.

На усилителе DA1.2 выполнен инвертирующий интегратор. Тот или иной поддиапазон частот выбирают включением одного из конденсаторов С2—С5 в цепь охватывающей его ООС. Внутри поддиапазона частоту регулируют переменным резистором R6.1. Выход интегратора соединен с неинвертирующим входом усилителя DA1.1 через резистор R5.

Форма напряжения на выходе второго интегратора (DA2.1) параболическая, близкая к синусоидальной (проверка других известных формирователей синусоидального напряжения показала, что при низковольтном нестабилизированном напряжении питания они работают неудовлетворительно). По частоте интегратор перестраивают переключением конденсаторов С8— С11 и изменением сопротивления резистора R6.2 синхронно с изменением частоты треугольного сигнала на входе.

Стабильность амплитуды сформированного синусоидального напряжения зависит от рассогласования секций сдвоенного переменного резистора R6 (чем оно меньше, тем стабильность выше).

Второй усилитель микросхемы DA2 выполняет функции буферного — он развязывает выходы формирователей испытательных сигналов от нагрузки. Выходное напряжение регулируют переменным резистором R12 и кнопкой SB8, переключающей резисторы R13, R14 в цепи ООС, охватывающей усилитель DA2.2. Достоинство такого построения выходной цепи (по сравнению с традиционным, при котором для регулировки сигнала используется резистивный аттенюатор) — постоянство выходного сопротивления генератора (оно равно выходному сопротивлению усилителя и в данном случае не превышает 10 Ом) и независимость выходного напряжения от нагрузки. Форму испытательного сигнала выбирают переключателями SB5—SB7.

Как уже говорилось, генератор не боится короткого замыкания в нагрузке. Обеспечивается это ограничителем выходного тока, имеющимся в микросхеме К548УН1.

Конструкция и детали. Все детали прибора, кроме переменных резисторов, переключателей и розеток, смонтированы на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита.

Она рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ-0,125 (МЛТ-0,25), конденсаторов К50-6 (С1, С7, С12, С13), К53-1 (С5) и КМ-5, КМ-6 (остальные). Для облегчения налаживания конденсаторы С2—С5 и С8—С11 необходимо подобрать. Абсолютные значения емкости некритичны — они могут отличаться от указанных на схеме на +_20 %, главное условие — емкости соседних (по позиционным обозначениям в группах) конденсаторов должны отличаться ровно в 10 раз (допустимое отклонение +_2 %). Невыполнение этого условия приведет к увеличению погрешности установки частоты и. колебаниям амплитуды синусоидального напряжения при переходе с одного поддиапазона на другой.

Для регулировки частоты в генераторе применен сдвоенный переменный резистор СПЗ-23б, амплитуды выходного напряжения — одинарный резистор СПЗ-23а. Кнопочный переключатель SB1—SB8—П2К (4 кнопки с зависимой фиксацией, остальные — с независимой). Установлены эти детали на крышке корпуса, которая имеет такие же размеры, как и основание (ненужные вырезы под розетки заделаны компаундом после извлечения заготовки из формы). Выводы кнопочного переключателя укорочены с обеих сторон

до 3 мм, обращенные к ним поверхности корпусов переменных резисторов обклеены лентой КЛТ. Розетки XS1, XS2 и смонтированная печатная плата размещены в основании корпуса.

Для соединения прибора с авометром можно использовать любой двухпроводный кабель, в том числе и экранированный.

Налаживание генератора начинают с его калибровки в поддиапазоне 20... 200 Гц. Для этого резистор R5 временно заменяют переменным (сопротивлением 100 кОм), нажимают на кнопку SB3 и устанавливают движок переменного резистора R6 в крайнее правое (по схеме) положение. Затем подключают генератор и фазомер-частотомер к авометру, соединяют вход частотомера с ТТЛ-выходом (гнезда 1,2 розетки XS2) и, изменяя сопротивление переменного резистора, замещающего резистор R5, добиваются частоты выходного сигнала, равной 200 Гц. После этого питание отключают, измеряют сопротивление введенной части переменного резистора и заменяют его постоянным такого же сопротивления. Подождав несколько минут, пока резистор остынет до комнатной температуры, и убедившись, что частота (200 Гц) не изменилась, градуируют шкалу переменного резистора R6 по частотомеру и наносят на нее отметки от 2 до 20.

Далее вместо фазомера-частотомера к авометру подключают микровольтметр, а переменным резистором (100 кОм) заменяют резистор R13. Установив движок резистора R12 в крайнее левое (по схеме) положение, нажимают на кнопку SB5 и подсоединяют микровольтметр к выходу генератора (гнезда 2, 3, 5 розетки XS2). Требуемого выходного напряжения, соответствующего 0 дБ (770 мВ на частоте 200 Гц), добиваются переменным резистором, установленным вместо резистора R13, после чего его заменяют постоянным. Резистор R14 подбирают таким образом, что его сопротивление было ровно в 10 раз меньше, чем резистора R13.

В заключение при нажатой кнопке SB6 подбирают резистор R9, а при нажатой кнопке SB7 — резистор R10, добиваясь в обоих случаях такого же размаха выходного напряжения, как и при синусоидальном сигнале. В первом случае микровольтметр должен показывать 800 мВ, во втором — 850 мВ.

И. БОРОВИК

г. Москва

ЛИТЕРАТУРА

Боровик И. Низковольтное питание ИС К548УН1.- Радио. 1984, № 3, с. 30—32.

РАДИО № 9, 1985 г., с. 44






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.