Схемотехника №1 2005 стр. 55

Низкочастотный измерительный генератор с аналоговым частотомером

https://www.radioradar.net/articles/technics_measurements/unch_generator.html

В статье описан измерительный генератор синусоидальных сигналов звуковой и ультразвуковой частот, совмещенный с аналоговым частотомером. Прибор обеспечивает параметры и погрешность, достаточные для большинства практических работ, проводимых радиолюбителями.

   Когда в домашней лаборатории возникла необходимость заменить после многолетней службы звуковой генератор ГЗ-102, то оказалось, что в продаже сейчас почему-то встречаются в основном только функциональные генераторы, которые для измерений параметров звуковой аппаратуры не очень удобны, да и недешевы. Сделать самому и проще, и значительно дешевле. Публикаций на эту тему очень много, поэтому изобретать ничего не надо, но удобных для повторения полностью законченных простых конструкций не так уж много. Пришлось на макетах проверить повторяемость и параметры некоторых вариантов генераторов и на их основе создать наиболее простой и удобный для повторения прибор.

   По моему мнению, один из наиболее удобных генераторов для работы со звуковой аппаратурой - ГЗ-102, поскольку ступенчатые регуляторы и кнопочные переключатели в иных конструкциях очень усложняют работу. Компьютерные же "виртуальные приборы" годятся для экспериментов и полезны при поверке, но малопригодны для повседневной работы. Опять же, модные генераторы с "ультранизкими искажениями" (обычно на фиксированной частоте) тоже не очень удобны при разнообразии измерений в полосе звуковых частот.

   В домашней лаборатории хотелось иметь перестраиваемый генератор небольших габаритов, но по удобству работы и параметрам он не должен сильно отличаться от ГЗ-102. При изготовлении прибора важно избежать предварительного отбора элементов для получения требуемых характеристик, поэтому пришлось сразу отказаться от схем задающего генератора с использованием моста Вина или двойного Т-моста. При таком ограничении заслуживают внимания генераторы на фазовращателях [1], генератор, предложенный Е. Невструевым [2], и генераторы с гиратором [3]. На макетах этих устройств самый низкий коэффициент гармоник (Кг) удалось получить в генераторе по схеме из [2]. На частоте 1 кГц и при выходном напряжении около 1 В измеритель нелинейных искажений (ИНИ) С6-11 показал Кг= 0,016 %. Возможно, этот прибор меньше просто не может показать (по паспортным данным минимальное измеряемое значение Кг = 0,03 %). Но, к сожалению, в этом генераторе получить устойчивую генерацию во всем диапазоне частот очень трудно. С этой точки зрения устройство довольно капризное. Генератор с фазовращателями сложнее других и содержит больше элементов.

Рис. 1

   Явное преимущество по простоте и стабильности в работе показал генератор по предложенной в [3] схеме (на рис. 1 она упрощена). Там лампа накаливания, действующая как бареттер, подключена к выходу усилителя тока на транзисторе, чтобы снизить нагрузку на цепь генератора. Такой же усилитель предусмотрен и в схеме [2]. Но оказалось, что при выходном напряжении 1 В исключение усилителя на параметрах генератора не сказывается: нить лампы почти не нагревается, а амплитуда выходного сигнала при перестройке частоты практически не изменяется. Возможно, при выходном напряжении 4 В усилитель полезен, но для задающего генератора (ЗГ) необходимости в нем нет. Кроме усилителей на транзисторах, при проверке на макете вместо обычных ОУ были опробованы и микросхемы SSM2135 и SSM2275, обеспечивающие значительно больший выходной ток. В этом случае лампа может разогреваться без всякого дополнительного усилителя, но тоже никакой разницы в стабильности амплитуды и уровне искажений не замечено. В схеме генератора из [2] наименьшие искажения сигнала достигаются при определенном оптимальном выходном напряжении, выбираемом с помощью подстроечного резистора. В генераторе по схеме, показанной на рис. 1 в [3], никаких регуляторов не предусмотрено, а амплитуду выходного сигнала можно изменить подбором резистора R3. Для получения напряжения 1 В потребовался резистор R3 сопротивлением около 13 кОм.

   Увеличение амплитуды одновременно позволяет повысить верхнюю граничную частоту генерации при тех же элементах. На мой взгляд, необходимость в использовании частоты выше 100 кГц в практике занятий звукотехни-кой возникает крайне редко. При экспериментах обнаружилось, что коэффициент гармоник и выходное напряжение несколько изменяются при замене лампы стабилизации. При измерениях в макете ЗГ использованы микролампы оптронов. На частоте 1 кГц результаты получены следующие: для ОЭП-2 Кг равен 0,11 и 0,068%; для ОЭП-11 - 0,23 и 0,095%; для ОЭП-13 - 0,1 и 0,12% (по два экземпляра). Для нескольких ламп других типов Кг оказался равным 0,17, 0,081, 0,2 и 0,077%. Измерения показали, что разогрев нити чрезвычайно мал (сопротивление фоторезистора оптрона практически не изменяется), хотя стабилизация амплитуды ЗГ очень эффективна. Не хуже стабилизируют амплитуду выходного сигнала и полевые транзисторы, но искажения получаются больше.

   Нужно отметить, что на самой высокой частоте (100 кГц) в исследуемом варианте ЗГ могут работать не все ОУ. Легко обеспечивают генерацию на этой частоте сдвоенные ОУ ОР275 или NE5532, а микросхема SSM2135 - на частотах не выше 92 кГц.

   Представленных здесь сведений по схемам вполне достаточно для изготовления измерительного генератора, но за более подробной информацией и методикой расчета можно обратиться к статьям [2, 3].

   Для получения максимального выходного напряжения около 10 В эфф. необходим выходной усилитель, повышающий напряжение задающего генератора в 10 раз. В полноценном приборе нужно контролировать частоту и напряжение выходного сигнала. Проще всего снабдить генератор простыми частотомером и вольтметром. Эти совершенно независимые устройства размещены на отдельных платах, что облегчало экспериментальную проверку всех узлов и устраняло их взаимовлияние.

Рис. 2

   Полная схема измерительного генератора с частотомером и вольтметром показана на рис. 2.

   На одной плате собран задающий генератор (DA1), на второй - частотомер (DA3), на третьей - выходной усилитель и вольтметр (DA2). Получается, что весь прибор, кроме блока питания, собран всего на трех микросхемах, поэтому монтаж легко выполнить на отрезках макетной печатной платы.

   Основные технические параметры

    Частотные интервалы ЗГ и частотомера, Гц, в поддиапазоне

I ......................7...110
II ....................89...1220
III .................828...11370
IV...............8340...114500
Напряжение на выходе генератора, В ..................0...10
Затухание аттенюатора, дБ . .10/20/30/40
Выходное сопротивление,
Ом .....................100/160
Коэффициент гармоник ЗГ, %, в поддиапазоне
I (выше 30 Гц) .............0,16
II ......................0,105
III ......................0,065
IV .......................0,09

   Для каждого из поддиапазонов указано среднее значение коэффициента гармоник, которое получено без всякого подбора элементов (кроме выбора лампы накаливания) при измерениях сигнала на выходе задающего генератора. При перестройке частоты амплитуда сигнала изменялась очень мало.

   Задающий генератор на микросхеме DA2 работает в четырех поддиапазонах с небольшим перекрытием по краям. Перестройка частоты осуществляется с помощью сдвоенного переменного резистора R17. Для перестройки можно использовать и одиночный резистор, но перекрытие в поддиапазоне окажется значительно меньше. При наличии встроенного частотомера нет необходимости точно подгонять границы диапазонов или обеспечивать линейное изменение частоты, применяя переменные резисторы группы Б с нелинейной характеристикой регулирования. Пользуясь шкалой частотомера, требуемую частоту сигнала генератора можно выставить без труда.

   Простые аналоговые частотомеры обычно собирают на микросхемах ТТЛ, так как на них проще обеспечить измерение высоких частот. Поэтому некоторые неожиданности возникли при подключении такого частотомера, который вносил заметные помехи: на частоте 100 кГц ИНИ показал увеличение коэффициента гармоник до 0,7 %. В этом приборе использована микросхема КМОП К561ЛА7 (DD1). Потребляемый ток и помехи от частотомера получаются значительно меньше. Чтобы свести эти помехи к минимуму, сопротивление разделительного резистора R1 нужно выбирать не менее 100 кОм, тогда на 100 кГц значение Кг не превышает 0,3 %. На других диапазонах практически подключение частотомера не сказывается. Чтобы еще больше снизить уровень помех от частотомера, на его входе установлен истоковый повторитель VT1 (КПЗОЗБ).

   Принцип работы аналоговых частотомеров известен, а описание работы одновибратора можно найти в [4, 5]. Переключение поддиапазонов частотомера производится тем же переключателем SA1, который переключает частоту генератора. Если есть возможность подобрать конденсаторы С2, СЗ, С4 и С5, чтобы их емкости отличались ровно в 10 раз, то нет необходимости устанавливать подстроечные резисторы R6-R9.

   Но можно использовать конденсаторы без подбора и подстроить показания в каждом поддиапазоне, пользуясь внешним частотомером (например, в ИНИ С6-11).

   Еще одной неожиданностью стала заметная нелинейность шкалы используемых в приборе микроамперметров. Исходя из наличия и эстетических соображений в частотомере использован микроамперметр М4247 на 100 мкА, а в вольтметре - М4387 на 300 мкА. Оба типа приборов устанавливали в магнитофоны для контроля уровня записи сигнала, обычно они имеют одну шкалу, градуированную в децибелах. Понятно, что особая точность здесь не требовалась. Но с нанесенной настоящей шкалой показания измерительных приборов одного типа(!) существенно отличались либо в начале, либо в конце шкалы. Однако, располагая компьютером и принтером, новую шкалу можно сделать очень быстро. Сложность заключается в аккуратном вскрытии корпуса микроамперметра для установки шкалы, но это придется сделать, так как в вольтметре кроме обычной шкалы на 10 В нужно иметь шкалу на 3,16 В, а для всех занимающихся звукотехникой важно иметь возможность отсчета и в децибелах. Естественно, ничто не мешает использовать иные микроамперметры более высокого класса с готовыми шкалами.

   Выходной каскад на ОУ DA5.2 (TL082 либо ТL072), увеличивающий амплитуду сигнала до 10 В, несколько увеличивает и нелинейные искажения. Этот каскад отличается от описанного в [6] только тем, что дополнительно введен переключатель SA2 "хО,316" для изменения уровня выходного сигнала на 10 дБ (установка подстроечным резистором R30) и включенной параллельно ему кнопки SB1. При разомкнутых контактах переключателя этой кнопкой можно быстро получить скачкообразные изменения уровня на 10 дБ, что очень удобно при настройке авторегуляторов уровня и измерителей уровня. Использование предельного напряжения питания (+/-17,5 В) для усилителя позволило получить максимальную амплитуду выходного сигнала без ограничения не менее 10 В. В блоке питания для этой цели установлены стабилизаторы с регулируемым напряжением.

   Несимметричное ограничение амплитуды можно выровнять подстройкой соответствующего напряжения питания. Максимальное напряжение 10 В на выходном разъеме Х1 устанавливают резистором R31. Затем размыкают переключатель SA2 и устанавливают подстроечным резистором R30 напряжение ровно на 10 дБ ниже, т. е. 3,16 В. Для этого выходной вольтметр имеет вторую шкалу. В делителе напряжения необходимо подобрать резисторы, чтобы обеспечить точное изменение амплитуды выходного сигнала ступенями по 20 дБ. Иногда достаточно просто поменять местами в делителе два резистора одного номинала. Достоинство такого аттенюатора - неизменное выходное сопротивление генератора при любом выходном напряжении (здесь 160 Ом).

   Измерения показали, что при выходном напряжении 7,75 В на частоте 20 Гц генератор имеет Кг= 0,27 %; а при напряжении 77 мВ (-40 дБ) - К= 0,14%. В диапазоне II при Uвых = 7,75 В Кг<0,16%, в диапазоне III Kr = 0,08...0,09 %. В полосе частот 10...20 кГц при 11ВЫХ = 7,75 В Кг= 0,06 %, а на более высоких частотах возрастал до 0,32 % на частоте 100 кГц. Для обычной эксплуатации прибора это вряд ли имеет значение, хотя возможно подобрать для выходного усилителя другой ОУ. Увы, популярный в звукотех-нической аппаратуре ОУ NE5532 на высокой частоте превращает синусоиду амплитудой 10 В в "пилу".

   Весь генератор потребляет от источника питания по цепи +17,5 В ток не более 14 мА, а по цепи -17,5 В - не более 18 мА, поэтому в качестве Т1 можно использовать любой маломощный трансформатор, обеспечивающий нужные напряжения (2x18 В).
   Внешний вид прибора показан на фото рис. 3. Генератор размещен в пластмассовом корпусе размерами 200x60x170 мм; подобных корпусов в продаже достаточно много. В приборе использованы переключатели ПГ2-15-4П9НВ и тумблеры П1Т-1-1В, а также кнопка КМ1-1. Все оксидные конденсаторы, кроме С8, - на напряжение 25 В. Выходной разъем Х1 - JACK6.3. Насколько оправдано применение такого разъема, показывает опыт эксплуатации. Первые впечатления подтверждают, что иногда этот прибор удобнее ГЗ-102, а на низких частотах стабилизация амплитуды более устойчива, при этом никакого подбора деталей не требуется. После сборки на некоторое время нужен доступ к ИНИ, например С6-11, для настройки. Подстроечными резисторами можно достаточно быстро выставить показания приборов и проверить параметры генератора. Если окажется, что во всех поддиапазонах искажения велики, следует подобрать другую лампу (можно рекомендовать СМН6.3-20 или аналогичные). Для налаживания можно использовать и другие приборы - вольтметры, частотомеры.

   Для создания шкалы приборов нужно нанести линейную шкалу и записать показания напряжения во всем диапазоне перестройки. Затем с помощью ПК нужно изготовить новую шкалу с учетом измеренных погрешностей и распечатать ее с помощью принтера на фотобумаге. Говорить о точности здесь бессмысленно, поскольку она зависит от правильности показаний используемых при калибровке приборов. Сейчас службы ремонта и контроля в основном упразднены; теперь предлагается использовать сертифицированные приборы. Но сертификация, хотя и увеличивает цену приборов, никак не влияет на точность их показаний. Так, при экспериментах с генераторами было использовано три И НИ С6-11, и их показания несколько различались.

   ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Генератор 34 с малыми нелинейными искажениями. - Радио, 1984, № 7, с. 61.
   
2. 
   Невструев Е. Генератор сигналов 34. - Радио, 1989, № 5, с. 67-69.
   
3. 
   Петин Г. Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах. - Радио, 1996, № 11, с. 33, 34.
   
4. 
   Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990.
   
5. 
   Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1987.
   
6. 
   Синусоидальный генератор. - Радио, 1995, № 1,с.45.
   

   Автор: Э. Кузнецов, г. Москва

Генератор НЧ на транзисторах, с перестройкой одним резистором.

https://nowradio.nm.ru/generator%20NCH%20na%20tranzistorax%20s%20perestroykoy%20odnim%20rezistorom.htm

Генератор НЧ от 18 Гц до 30 Кгц. Диапазон разбит на четыре поддиапазона. Для стабилизации выходного напряжения применена система АРУ. Уровень выходного напряжения на нагрузке 15 кОм – не менее 0,5 в. Для дальнейшего использования генератора нужно применить выходной каскад с низким выходным сопротивлением. Например, эмиттерный повторитель с низкоомной нагрузкой.  Основной частью генератора является трёхкаскадный усилитель на транзисторах Т4, Т5 и Т1 с коэффициентом передачи около 1. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью, в цепь которой включены два фазовращающих каскада, собранных на транзисторах Т2, Т3. Каждый из них вносит фазовый сдвиг, изменяющийся от нуля до 180о при изменении частоты от нуля до бесконечности. Модуль коэффициента передачи этих каскадов не зависит от частоты и вносимого фазового сдвига и близок к 1.  Таким образом, на одной из частот, являющейся квазирезонансной частотой генератора, суммарный фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем, оказывается равным 180о и обратная связь становиться положительной. Если при этом коэффициент передачи достаточен, то устройство начинает генерировать на данной частоте. Построение данного генератора позволяет получить достаточно высокий коэффициент перекрытия по частоте на поддиапазонах (более 10), однако увеличивать его долее 6-8 нецелесообразно из-за сжатия шкалы частот в конце поддиапазона. На высоких частотах фазовый сдвиг, вносимый транзисторами, несколько увеличивает перекрытие по частоте. Для стабилизации амплитуды выходного сигнала применена система АРУ с задержкой. Детектор АРУ выполнен на диодах Д1 и Д2, подключен к выходу генератора через эмиттерный повторитель на транзисторе Т6. Это позволило избежать нелинейных искажений детектором АРУ. При возрастании выходного сигнала его амплитуда оказывается больше напряжения открывания диодов Д1 и Д2. Последние открываются, и на конденсаторе С9 возрастает постоянное напряжение. В результате увеличивается коллекторный ток транзистора Т5 и, следовательно, уменьшается коллекторный ток транзистора Т4. В результате уменьшается эквивалентное сопротивление положительной обратной связи, соответственно и уменьшается и коэффициент усиления, а, следовательно, и выходного сигнала. Уменьшение вносимых системой АРУ нелинейных искажений достигается отрицательной обратной связью, которой охвачены каскады на транзисторах Т4 и Т5. Задержка АРУ происходит из-за применения кремниевых диодов Д1, Д2 и транзистора Т5, напряжение база-эмиттер которого закрывает диод Д1. При налаживании генератора следует подстроечным резистором R1, установить выходное напряжение в пределах 0,5-0,55 в, а резисторами R4 и R9 добиться минимальных нелинейных искажений.    

 

Генератор НЧ с мостом Винна

http://radioclon12.px6.ru/NCH%20generator%20s%20mostom%20Vinna%2010-140Kgc.htm

Применяя мостик Винна в цепи обратной связи, из обычного усилителя можно получить генератор гармонических колебаний. Запитываемый от 9-вольтовой батарейки (потребляемый ток 10 мА), генератор вырабатывает синусоидальный сигнал амплитудой 1 В  в диапазоне частот от 10 Гц до 140 кГц. Генерирующая часть образована операционным усилителем OP1 с петлей положительной обратной связи, образованной RC-цепочкой Винна из резисторов R3, R4, потенциометров 100к и конденсаторов С1-С8. Поддиапазон выбирается сдвоенным переключателем, а плавная настройка внутри поддиапазона производится двухсекционным потенциометром 100к. Для поддержания стабильной амплитуды выходного сигнала в цепь отрицательной обратной связи включены ограничительные диоды VD1, VD2 и резистор R7. Второй операционный усилитель выполняет функцию буферного усилителя, изолирующего цепочку Винна от влияния внешней нагрузки. С помощью потенциометра VR2 регулируется уровень выходного сигнала. Положениям переключателя соответствуют следующие частотные поддиапазоны:    "1" - 10... 140 Гц; "2" - 100... 1400 Гц; "3" -1...14 кГц; "4" - 10... 140 кГц. Устройство легко монтируется на универсальной монтажной плате и помещается в компактном корпусе.

Радио-Парад №3 2004г стр. 24

Генератор вырабатывает переменное напряжение симметричной прямоугольной, треугольной и синусоидальной форм и предназначен для проверки и настройки различной низкочастотной аппаратуры. Простота схемы и функциональные возможности делают генератор доступным для повторения. Электрическая принципиальная схема приведена на рисунке.

Синусоидальный генератор НЧ

https://nowradio.nm.ru/sinusoidalnuy%20generator%20NCH.htm

На схеме показан простой синусоидальный генератор, выполненный из доступных элементов. Его параметры вполне отвечают требованиям, предъявляемым к измерительным генераторам по стабильности генерируемых колебаний, нелинейности, плавности и ступенчатости регулирования уровня выходного напряжения, малого тока потребления энергии. Этот генератор может быть использован как источник низкочастотных колебаний при настройке и проверке элементов трактов радиоприемников, громкоговорителей, для проверки других измерительных приборов.

Основные технические характеристики.

Диапазон генерируемых колебаний, Гц                                                          10-100000

Коэфф. нелинейных искажений не более, %,

в поддиапазонах: 10...40 и 85000... 100000 Гц                                                0.8

40...85000 Гц                                                                                                  0,3

Максимальный размах выходного напряжения, В                                           18

Изменение амплитуды выходного напряжения во всем диапазоне

частот не более, дБ                                                                                         0,2

Потребляемая мощность не более. Вт                                                              2



Низкочастотный синусоидальный генератор на микросхеме DA1 выполнен по мостовой схеме Робинсона-Вина. Выбор поддиапазона (10... 100 Гц, 0,1 ..1 кГц, 1 10 кГц, 10.. 100 кГц) осуществляется переключателем SA1, а плавная установка частоты - сдвоенным переменным резистором R2. Для получения пропорциональности между углом поворота и изменением частоты необходимо, чтобы переменный резистор имел показательную характеристику изменения сопротивления (группа В). Требования к идентичности сопротивлений каждого из двух переменных резисторов не столь высоки, так как небольшие различия могут быть компенсированы подстроечным резистором R7. В цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя включено динамическое звено, состоящее из резистора R4 и транзистора VT1. Работой этого звена достигнута стабилизация амплитуды генерируемых колебаний во всем диапазоне. Управляется звено изменением напряжения на затворе полевого транзистора, которое подано с выхода ОУ. Любое изменение на выходе микросхемы DA1 вызывает изменение сопротивления канала сток-исток, а это, в свою очередь, приводит к изменению коэффициента усиления каскада. Низкочастотное напряжение с выхода первого каскада через делитель напряжения на R10R11 подано на неинвертирующий вход усилителя на микросхеме DA2. Коэффициент передачи этого каскада составляет 10. Балансировка работы каскада по постоянному току выполнена подстроечным резистором R12. На выходе каскада подключен аттенюатор с затуханием 0-20-40-60 дБ. Питание устройства от сети переменного тока через понижающий трансформатор с переменным напряжением на вторичной обмотке 21+21 В. При выполнении конструкции генератора, конденсаторы С1 - С8 следует выбрать с допуском отклонения номинала не более 1% расположив их непосредственно между ламелями галетного переключателя SA1. Монтаж устройства производят на печатной плате из фольгированного гетинакса. Настройку генератора выполняют в такой последовательности. К общей точке резисторов R10, R11 подключают осциллограф. Переключатель SA1 устанавливает в положение второго поддиапазона. Подстроечными резисторами R6 и R7 добиваются возбуждения генератора, и вращением переменного резистора R2 проверяют наличие генерации во всем диапазоне перемещения его движка. Затем устанавливают первый поддиапазон, а переменный резистор R2 в положение 2/3 от максимального значения сопротивления. Регулировкой подстроенных резисторов R6 и R7 выбирают такое их положение, где искажения синусоиды минимальны. Для получения указанного в технических характеристиках значения коэффициента нелинейных искажений настройку следует производить с использованием измерителя нелинейных искажений. К выходу микросхемы DA2 следует подключить вольтметр с пределом измерения 0,5...1 В, и подстроечным резистором R12 произвести балансировку работы усилителя на микросхеме DА2. Градуировку регулятора плавного изменения выходного сигнала (R11) производят при измерении напряжения непосредственно на выходном разъеме XS1 в положении аттенюатора 0 дБ. Устанавливая последовательно значения 1, 2. 3 В и так далее, отмечают риски на шкале регулятора.

Радиолюбитель №5 2001г стр. 22

Функциональный генератор 15Гц – 15КГц

https://nowradio.nm.ru/funkcionalnuy%20generator%2015Gc-15Kgc.htm

При налаживании низкочастотной звуковоспроизводящей аппаратуры может понадобиться сигнал не только синусоидальной, но и прямоугольной, треугольной формы.

На рисунке приведена схема функционального генератора, вырабатывающего колебания синусоидальной, прямоугольной, треугольной формы в пределах от 15 Гц до 15 кГц. Весь диапазон перекрывается без переключений одним переменным резистором R2. На операционных усилителях А1.1 и А1.2 сделан мультивибратор. Прямоугольные импульсы снимаются с выхода А1.1. Треугольные снимаются с выхода А1.2 (через буфер на А1.4), а для получения сигнала формы, близкой к синусоидальной (параболической формы) используется формирователь на диодах VD3-VD6 , с которого полученный сигнал поступает на дополнительный усилитель на А1.4. Источник питания - на маломощном силовом трансформаторе Т1, с вторичной обмоткой на 5-7V переменного тока. Однополупериодный выпрямитель на VD7 и VD8 создает двуполярное напряжение, которое стабилизируется стабилитронами VD1 и VD2. Симметричность сигнала, близкого к синусоидальной форме, при налаживании нужно выставить подбором сопротивлений R8 или R9. Диоды VD3-VD6 желательно брать из одной партии.

Радиоконструктор №9 2008г стр. 17

Взято https://monitor.net.ru/forum/-info-80795.html

Или вот




Важно. Этот ФГ из журнала Радио №6 1992 стр. 44.

См. Так же «ГКЧ Лукина 300Кгц» и его преобразователь треугольник – синусоида.

20. Преобразователь треугольного напряжения в синусоидальное. https://zpostbox.ru/u2.htm

17. Преобразователь треугольного напряжения в синусоидальное с последовательной аппроксимацией.

https://zpostbox.ru/u2.htm

48. Нелинейный преобразователь пилообразного напряжения в синусоидальное.

49. Формирователь синусоидального напряжения.

52. Преобразователь пилообразного напряжения в синусоидальное.

Генератор низкой частоты — один из необходимых приборов в лаборатории радиолюбителя. Широкий пе­речень устройств, при налаживании которых необходим этот прибор, определяет высокий уровень требований, предъявляемых к его параметрам. .В последнее время» наряду с классическими схемами генераторов, исполь­зующими в качестве частотозадающего элемента пере­страиваемые резонансные jRC-звенья, все большее рас­пространение получают так называемые функциональ­ные генераторы (ФГ). К их преимуществам относятся: высокая стабильность амплитуды выходного напряже­ния; возможность генерирования инфранизких частот; практически равное нулю время установления выходного напряжения и частоты; отсутствие в конструкции дефи­цитных деталей (например, сдвоенных прецизионных пе­ременных резисторов и термисторов). Кроме того, функ­циональные генераторы позволяют получить напряжение не только синусоидальной, но также прямоугольной и треугольной форм. Однако известные схемы таких гене­раторов [1 — 4] обладают и рядом недостатков, к основ­ным из которых относятся относительно высокий уровень нелинейных искажений синусоидального с
игнала и огра­ниченный частотный диапазон в области ультразвуковых частот.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора

Описываемый функциональный генератор, в котором по возможности уменьшены указанные недостатки, имеет следующие основные параметры:

Форма выходного напряжения . ……. Синусоидальная, треугольная,прямоугольная

Диапазон генерируемых частот, Гц …… 0,1 . . . 3-10⁶

Число поддиапазонов………… б

Коэффициент гармоник, %:

до 50 кГц…………… о,5

до 300 кГц…………… 1,0

Неравномерность амплитудно-частотной характе­ристики: %;

до 50 кГц …………… 1

до 300 кГц…………… 3

Длительность фронтов напряжения прямоуголь­ной формы, не …………… 250

Максимальная двойная амплитуда напряжения-

всех форм, В …-…………. 10

Максимальный ток нагрузки, мА……. 30

Коэффициенты деления выходного делителя на­пряжения, раз … .. . …….. 1, 10, 100, 1000

Плавная регулировка амплитуды выходного на­пряжения . ………….. Не менее 1 :20

В схеме функционального генератора помимо основ­ного выхода имеется дополнительный дифференциаль­ный, амплитуда и форма напряжения на котором уста­навливаются синхронно с основным, а сдвиг по фазе равен 180°. Запаздывание фронта сигнала на дифферен­циальном выходе по отношению к основному — не более 40 не. Предусмотрен также выход прямоугольных им­пульсов с уровнем, соответствующим уровням ТТЛ-ло­гики, и регулируемой скважностью в пределах от 11 до 10.

Основой ФГ служит замкнутая релаксационная си­стема, состоящая из интегратора и компаратора и пред­назначенная для получения колебаний прямоугольной и треугольной форм. Постоянная времени интегратора, выполненного на основе операционного усилителя (ОУ) А1 (рис. 1), и, следовательно, частота генерируемых колебаний зависят от емкости одного из конденсаторов С2…С7, включаемого в цепь отрицательной обратной связи с помощью переключателей S1…S4. Напряжение с выхода интегратора подается на вход двухполярного компаратора на ОУ А2 и по достижении порога его срабатывания полярность напряжения на выходе А2, а следовательно, и на входе интегратора меняется на противоположную, и цикл повторяется. Плавная регули­ровка частоты осуществляется резистором R7.

Проведенные эксперименты показали, что частотный диапазон ФГ ограничен в сторону высших частот в значительной степени быстродействием компаратора, от которого зависит нелинейность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на высоких частотах. В схеме – компаратора был опробован ряд типов операционных усилителей. Наиболее подходящими оказались 153УД1, позволяющие получить быстродействие компаратора, до­статочное для генерации частот до 400 кГц. ЯС-цепочка R9, R13_y С9, С10 позволяет скорректировать нелиней­ность АЧХ, возникающую на последнем поддиапазоне вследствие конечного времени срабатывания компарато­ра. Резистором R10 производится симметрирование по­рогов срабатывания компаратора для положительного и отрицательного напряжения на низких частотах. Для улучшения формы генерируемых прямоугольных импуль­сов на выходе компаратора включен симметричный ограничитель на диодах VL..V4 и стабилитроне V5. Рези­сторами R3 и R4 устанавливают соотношение минималь­ной и максимальной частот поддиапазонов, Конденсатор С1 служит для устранения паразитных ВЧ колебаний, появляющихся иногда на выходе интегратора.

Для преобразования треугольного напряжения в си­нусоидальное использована хорошо зарекомендовавшая себя схема функционального преобразователя на поле­вом транзисторе, подробно описанная в [1]. Для облег­чения налаживания ФГ и повышения качественных по­казателей напряжение на преобразователь поступает с ₍выхода отдельного масштабного усилителя A3. Регули­ровка его коэффициента усиления и смещения нуля ре­зисторами R22 и R23 позволяют оптимизировать форму треугольного напряжения, подаваемого на функциональ­ный преобразователь на транзисторе V8, и значительно улучшить форму синусоидального сигнала. Необходи­мость введения разделительного конденсатора С8 опре­деляется тем, что начиная уже с частот в несколько килогерц на выходе интегратора А1 возникает смещение среднего уровня сигнала, обусловленное асимметрией порогов срабатывания компаратора, появляющейся на высоких частотах. Без конденсатора С8 напряжение треугольной формы на выходе ФГ становится несиммет­ричным относительно нуля, а форма синусоидального сигнала резко искажается.

Напряжение треугольной формы с выхода ^ГАЗ по­дается, кроме функционального преобразователя, на вход триггера Шмитта, выполненного на транзисторе V10 и микросхеме DL Скважность прямоугольных импульсов на выходе 8 D1 можно изменять, регулируя порог сраба­тывания триггера резистором R24.

Напряжение синусоидальной, треугольной или -прямо­угольной форм через переключатели формы выходного сигнала 55, S6.2 подается на оконечный масштабный усилитель А4 и далее на усилитель мощности на тран­зисторах V15, V16. Питание к ОУ А4 подведено через RС-фильтры R43C11 и R47C13, предотвращающие воз­можное возбуждение усилителя. В цепь отрицательной обратной связи усилителя включен переменный резистор R40,. которым плавно регулируют амплитуду выходного напряжения. Такой способ регулирования, в отличие от включения потенциометра на входе ОУ, делает шкалу регулятора амплитуды единой для всех форм выходного напряжения и улучшает отношение сигнал — шум при низких уровнях выходного напряжения.

На выходе усилителя включен ступенчатый делитель, .позволяющий получить ослабление выходного сигнала в 10, 100 или 1000 раз. Четыре ступени деления полу­чены с помощью всего двух клавишных переключате­лей — при одновременном нажатии S7 и S8 коэффициент деления равен 1000. Преимуществом такого способа является и то, что при отжатых клавишах (коэффициент деления равен 1) резисторы делителя отключены от вы­хода усилителя, что несколько повышает его нагрузоч­ную способность в этом режиме.

На дифференциальный выход напряжение поступает с аналогичного по схеме инвертирующего усилителя на ОУ А5 и транзисторах V17, V18. Его вход подключен к выходу первого усилителя, а коэффициент усиления по напряжению равен 1. Делитель напряжения диффе­ренциального выхода переключается синхронно с дели­телем основного. Легко заметить, что разность напряже­ний между основным и дифференциальным выходами равна удвоенной амплитуде напряжения на каждом из них. Помимо возможности получения удвоенной ампли­туды сигнала, наличие дифференциального выхода не­обходимо при налаживании ряда устройств с дифферен­циальным входом, например самопишущих приборов или измерительных дифференциальных усилителей.

О той роли, которую играет реле K1, следует сказать особо. Дело в том, что фронты прямоугольных импульсов с выхода компаратора, если их непосредственно подвести к переключателю S6.2, легко проникают через его про-кодную емкость на вход оконечного усилителя и вызы­вают значительные искажения формы треугольного и синусоидального сигналов. Контакты реле K1, коммути­руя цепи, имеющие заметную емкость относительного входа А4, соединяют их при генерации напряжений -ука­занной формы с общим проводом, чем этот вид искаже­ний полностью устраняется.

Питается генератор от любого двуполярного стабили­зированного источника питания напряжением ±15 В, с малыми пульсациями выходного напряжения и допу­стимым током нагрузки не менее 0,15 А. Может быть, например, использован блок питания генератора, опи­санного в [2]. При выборе и налаживании источника питания следует обратить особое внимание на устране­ние самовозбуждения стабилизатора напряжения, весьма вероятного при питании генераторных схем.

Микросхемы К574УД1А можно заменить на К574УД1Б. Если же ограничить рабочую частоту генера-.тора до 30 кГц, возможна замена их на К140УД8Б, без изменения принципиальной схемы. Вместо 153УД1 мож­но использовать К153УД1 или К553УД1 (с любой бук­вой), но при этом для получения максимальной частоты генерации 300 кГц может потребоваться их подбор. На частотах до 100 кГц указанные типы операционных уси­лителей работают без подбора. При применении в каче­стве А2 других типов ОУ получить частоту генерации выше 50…70 кГц при удовлетворительной линейности АЧХ не удается.

В качестве D1 можно использовать любые инверторы серий К133, К155. Транзисторы КТ315 и КТ361 могут быть заменены на любые кремниевые транзисторы ма­лой мощности с соответствующей проводимостью и ана­логичными параметрами. Если в усилителях мощности применить транзисторы серии КТ814, КТ815 (с любой буквой), то нагрузочная способность генератора может быть значительно повышена. При такой замене номина­лы резисторов R53…R56 и R57…R64 следует уменьшить примерно в 5 раз. Диоды Д223 можно заменить любыми кремниевыми высокочастотными, диоды Д311 — Д18, ГД507, а вместо транзистора КП303Е — КП303Г или КП303Ф. Конденсаторы С2, CS — К53-7 или иные непо­лярные. Остальные конденсаторы — керамические типов КМ, КЛС, КТК и т. п. Можно использовать и бумажные конденсаторы. Если предполагается эксплуатация ФГ в значительном диапазоне температур, необходимо вы­брать типы конденсаторов С2…С7 с малым ТКЕ. Предва­рительный подбор номиналов С2…С6 с точностью до 1 % значительно упрощает налаживание.

Резисторы могут быть любого типа, непроволочные, однако R57…R64 следует подобрать с точностью ±1 %. Переключатели — клавишные типа П2К, причем S1…S3 и S5…S6 с зависимой фиксацией, а остальные — с неза­висимой. Реле K1 можно использовать любое малогаба­ритное с соответствующим напряжением срабатывания.

Функциональный генератор собран на печатной плате из двухстороннего фольгироваиного стеклотекстолита , толщиной 1,5 мм. При разработке печатной платы нужно учесть следующее. Детали интегратора и компаратора должны быть размещены как можно компактнее и уда­лены от оконечных усилителей. Печатные проводники, соединяющие конденсаторы С2…С7 с интегратором и переключателем поддиапазонов, установленным на той же плате, должны быть как можно короче. Реле К1 устанавливают как можно ближе к выходу компаратора. Все свободные участки фольги соединяют с общим про­водом. Блок питания размещают на отдельной печатной плате.

Металлический корпус, в котором размещают печат-. ные платы, должен быть электрически соединен с общим проводом.

Налаживание генератора требует внимания и соблюдения стройной последовательности операций. Для налаживания нербходим осциллограф, позволяющий с достаточной точностью измерять амплитуду и длитель­ность и имеющий открытый вход усилителя вертикаль­ного отклонения. Осциллограф следует применять только с выносным делителем, имеющим входную емкость не более 15 пФ при сопротивлении 10 МОм.

Перед началом налаживания движки всех подстроеч-ных резисторов устанавливают в среднее положение. Включив питание, резистором R10 устанавливают на выводе 2 ОУ А2 напряжение, равное нулю. Убедившись в наличии генерации (при исправных деталях и отсут­ствии ошибок монтажа она появляется сразу), резистором R1 устанавливают частоту прямоугольных импуль­сов на выходе А2 около 100 Гц на третьем поддиапазоне, а резистором R7 получают скважность импульсов, рав­ную двум. Если конденсаторы С2…С6 подобраны точно, при переключении первых пяти поддиапазонов частота должна изменяться ровно в 10 раз. Границы поддиапа­зонов устанавливают кратными 1 и 30 резисторами R3 и R4 соответственно. Затем, установив частоту 10 кГц на пятом поддиапазоне, переходят на шестой и подбира­ют конденсатор С7 для получения частоты генерации 100 кГц. Установив на этом поддиапазоне максимальную частоту, отмечают амплитуду треугольного напряжения на выходе А1. Затем устанавливают минимальную часто­ту поддиапазона, и резистором R9 восстанавливают прежнюю амплитуду. Повторяя эту операцию, каждый раз уточняют частотные границы поддиапазона резисто­рами R3 и R4. Получив таким путем линейную АЧХ, проверяют соответствие отметок частот 10 и 100 кГц на пятом и шестом поддиапазонах. Если появилось рас­хождение между ними, вновь уточняют емкость кон­денсатора С7 и повторяют все последующие операции. Следует иметь в виду, что при совпадении отметки часто­ты 10 кГц на пятом поддиапазоне и 100 кГц на шестом, перекрытие по частоте на последнем получается немного меньшее и расхождение на краях может достигать 5 %. Частоты на остальных поддиапазонах кратны во всех точках шкалы значению сопротивления резистора RL Отсутствие кратности говорит о наличии заметных уте­чек в конденсаторах С2…С6 или загрязнений на печат­ной плате.

Важнейшей операцией является получение синусои­дального сигнала с минимумом нелинейных искажений. Для этого вначале балансируют оконечный усилитель А4. При крайнем правом (по схеме) положении движка ре­зистора R40 устанавливают на выходе усилителя с по­мощью резистора R45 напряжение, равное нулю. Затем, при максимальном усилении, с помощью резистора R34 устанавливают амплитуду синусоидального сигнала («Выход 1») э пределах 7… 10 В. Регулировку формы сигнала-производят резистором R22, а его симметриро­вание — резистором R23 на частоте около 10 кГц (пятый поддиапазон). Значительно увереннее, чем по экрану осциллографа, эту операцию можно выполнить при наличии измерителя нелинейных искажений, Если в распоряжении радиолюбителя нет промышленного или самодельного измерителя, можно воспользоваться схе­мой, приведенной на рис. 2. Это двойной Г-мост, настро­енный на частоту 10666 Гц. Точно настроив ФГ на час­тоту Г-моста, что определяют по полному подавлению первой гармоники сигнала на экране осциллографа, под­страивают резисторы R22 и R23 до достижения мини­мальной амплитуды и симметричности напряжения гар­моник на выходе 7-моста. Значительного снижения коэф­фициента нелинейных искажений на низкочастотных под­диапазонах можно достигнуть, если применить ту же схему, но с увеличенными в 100 раз емкостями конденса­торов. Подстройка осуществляется аналогичным образом на частоте 106,66 Гц с помощью резистора R10. Коэффи­циент нелинейных искажений на высокочастотных под­диапазонах при этом не меняется. Номиналы резисторов и конденсаторов Г-моста должны быть подобраны воз­можно точнее, во всяком случае не хуже, чем с точ­ностью до 1…2 %.

Рис. 2. Схема настройки ФГ

Затем с помощью резисторов R34, R29, R30 устанав­ливают на «Выходе 1» ФГ максимальную амплитуду напряжения всех трех форм, равную 10 В, а резистором R39 устанавливают равную амплитуду на «Выходе 2», предварительно сбалансировав ОУ А5 резистором R46. При желании можно установить на выходе ФГ иную максимальную амплитуду сигнала, до 20 В амплитуд­ного значения, или проградуировать шкалу резистора R40 в среднеквадратичных значениях выходного напря­жения. В последнюю очередь налаживают триггер Шмит-та; резисторами R20 и R21 устанавливаю? диапазон ре­гулировки скважности импульсов на «Выходе 3» от 1,1 до 10.

По окончании налаживания ФГ градуируют шкалы резисторов Rl, R24 и R40, а движки всех подстроечных резисторов фиксируют с помощью краски.

В заключение можно отметить, что ФГ не выходит из строя вследствие кратковременных коротких замыка­йий в нагрузке, но длительное замыкание может при­вести к перегреву выходных транзисторов усилителей.

Литература

1. Абрамов А., Милехин А. Функциональный генератор. — В помощь радиолюбителю, вып. 59. — М.: ДОСААФ, 1977, с. 37.

2. Алексаков Г., Гаврилин В. Низкочастотный функ­циональный генератор. — Радио, № 5 — 6, 1981, с. 68.

3. Ануфриев Л. Простой функциональный генератор. — Ра­дио, № 11, 1980, с. 42. ,

4. Функциональный генератор. — Радио, № 10, 1981, с. 58.

<предыдущая страница | следующая страница>