Универсальный функциональный генератор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Введение в относительно несложный функциональный генератор нв микросхеме МАХ038 функций качания частоты и генератора меток позаоляет проводить разнообразнейшие измерения, регулировки и контроль работоспособности различной радиоэлектронной аппаратуры в широком диапазоне частот. Интересные возможности применения, которые имеет этот генератор, могут быть получены введением аналогичных узлоа и в другие функциональные генераторы, описания которых опубликованы в нашем журнале в последние два-три года.

При проведении ряда измерений функциональный генератор, наряду с мультиметром и осциллографом, является обязательным прибором, входящим, пожалуй, в основной необходимый комплекс домашней лаборатории радиолюбителя.

Генератор качающейся частоты тоже бывает незаменим при исследовании, например, амплитудно-частотных характеристик. Он позволяет наблюдать за изменением характеристик в зависимости от вариации параметров исследуемых цепей, при этом в некоторых случаях время настройки резонансных цепей может быть в десятки, а то и сотни раз меньше, чем в классическом методе исследования АЧХ по точкам.

Обычно в несложных функциональных генераторах с небольшим частотным диапазоном отсутствуют регулировки скважности прямоугольных импульсов, а такжв времени прямого и обратного хода напряжения пилообразной формы, нет возможности получения частотно- или широтноимпульсного модулированного сигнала. Что касается генераторов качающейся частоты, то в них обычно много резонансных контуров, они трудны в настройке, их изготовление зачастую не под силу и радиолюбителям средней квалификации.

В простых ГКЧ [2] обычно отсутствуют сигналы частотных меток, и поэтому без частотомера толку от таких приборов очень мало.

Предлагаемый вниманию радиолюбителей-конструкторов генератор свободен от перечисленных недостатков. Большая часть прибора собрана на цифровых микросхемах, что максимально упрощает его налаживание. Изготовить его может даже радиолюбитель с небольшим стажем. В описании приведены рекомендации по изменению некоторых характеристик "под свой вкус".

Основные технические хврактеристики генератора

Рабочий диапазон частот разбит на девять поддиапазонов:

1) 0,095 Гц...1,1 Гц;

2) 0,95 Гц... 11 Гц;

4) 95 Гц...1100 Гц;

5) 0,95 кГц...11 кГц;

6) 9,5кГц...110 кГц;

7) 95кГц...1100 кГц;

8) 0,95 МГц... 1 МГц;

9) 9 МГц...42 МГц*.

Форма выходного сигнала - прямоугольная, синусоидальная, треугольная, пилообразная. Размах выходного напряжения от пика до пика (на сопротивлении нагрузки RH= 50 Ом) - 1 В.

Скважность прямоугольных импульсов - 0,053... 19. Регулировка частоты и скважности выходного сигнала - взаимонезависимая.

Сигналы частотных меток можно устанавливать с интервалами 10 и 1 МГц, 100, 10 и 1 кГц, а также 100 Гц.

Максимальная модулирующая частота по входам ШИМ и ЧМ - 2 МГц, девиация частоты Fo (ЧМ) внешним модулирующим сигналом - до ±50 %.

Основу генератора (его схема приведена на рис. 1) составляет микросхема МАХ038 фирмы MAXIM, подробное описание которой приведено в [1].

(нажмите для увеличения)

"Девиация" находится в крайнем нижнем по схеме положении. Форма выходного сигнала генератора определяется логическими уровнями на входах АО, А1 и зависит от положения переключателя SA6. Было замечено влияние нестабильности управляющих сигналов для входов АО и А1 на общую нестабильность частоты генерации. Для цели минимизации данного эффекта предназначены конденсаторы С12, С13, уменьшающие уровень наводок и пульсации источника питания.

Частота генерируемого сигнала зависит от емкости СF, подключенной к выводу COSC (конденсаторы С1 - С8) напряжения на входе SADJ и втекающего тока на вход IIN. Выбор поддиапазона производится переключателем SA1. Плавная регулировка частоты внутри поддиапазона происходит по входу IIN. Величина тока, поступающего на вход, определяется сопротивлением резисторов R12, R13, коэффициентом усиления ОУ DA1.1 и положением движка переменного резистора R 20. Для поддиапазонов 2 - 8 она составляет 21...240 мкА. При переходе на 9-й поддиапазон увеличивается масштаб усиления DA1.1 за счет уменьшения ООС (введение R19) и величина тока IIN возрастает до 160...750 мкА. Это необходимо из-за ограничения минимально допустимой величины емкости CF в 20 пФ. При переключении на первый поддиапазон вводится R17, уменьшая падение напряжения на R20, R21 в десять раз и уменьшая соответственно IIN до 2,1...24 мкА.

Таким образом, для поддиапазонов 1 - 8 коэффициент перекрытия равен 11 и при переключении с одного поддиапазона на другой выходная частота изменяется в 10 раз, что позволяет использовать одну проградуированную шкалу плавного изменения частоты. Для девятого диапазона необходима отдельная шкала, он более растянут, коэффициент перекрытия - около 4,7. Для каждого конкретного экземпляра DA2 лучше экспериментально подбирать ширину девятого диапазона по значению граничной частоты генерации микросхемы. В любом случае для расширения, сужения или сдвига диапазонов частот можно воспользоваться формулами:

Fmin-UminR9/[CFR' ·(R12+R13)];

Fmax UmaxR9/[CFR' ·(R12+R13)],

где Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 - для поддиапазонов 1 - 8, R'= R19 - для поддиапазона 9; CF= C1 ...C8 (для соответствующего поддиапазона).

Параметры, представленные в формулах, измеряются соответственно: F - в килогерцах, U - в вольтах, R - в омах, С - в пикофарадах.

Надо отметить, что для первого поддиапазона из-за введения резистора R17 величины Umin и Umax, подставляемые в формулы для расчета частоты, необходимо уменьшить в десять раз относительно полученной. Конденсаторы С10, С11 предназначены для улучшения стабильности постоянного управляющего напряжения, поступающего на вход 5 0У DА1.1.

Относительная расстройка частоты (±50 % от F0) осуществляется резистором R4 (SA3 в положении "F0"). Для получения частотно-модулированных колебаний на вход ЧМ подают внешний модулирующий сигнал и переводят SA3 в верхнее по схеме положение (положение ЧМ).

Для широтно-импульсной модуляции используют соответствующий вход ШИМ; регулировка скважности производится резистором R2. Понятие "скважность" здесь применяется несколько условно, точнее - это изменение соотношения положительной полуволны относительно длительности периода в процентах: для прямоугольных колебаний это действительно скважность, но для колебаний треугольной формы - это соотношение времени прямого и обратного хода (сигнал меняется от "прямой" пилы до "обратной"), для синусоидального сигнала - изменение (искажение) формы сигнала. Последнее может быть полезно для минимизации коэффициента гармоник генератора подстройкой формы синусоиды.

Амплитуда модулирующих сигналов для входов ЧМ и ШИМ должна быть не более ±2,3 В.

Переключатели SA4, SA5 предназначены для отключения управления скважностью и частотой по входам DADJ и FADJ микросхемы DA2, при этом скважность устанавливается равной 2 (50 %), а частота точно соответствует выставленной резистором R20.

Выходной сигнал поступает с выхода OUT DA2 через резистор R44 на гнездо "Выход генератора 1". Входы COSC, DADJ, FADJ микросхемы очень чувствительны к внешним наводкам, их соединение с переключателями целесообразно проводить экранированным кабелем или узел генератора расположить в экранированном отсеке.

Для регулирования уровня выходного сигнала удобно пользоваться внешним аттенюатором, подключаемым между выходом генератора и входом исследуемого устройства. Можно рекомендовать аттенюатор, приведенный в [2], он обеспечивает диапазон ослабления от 0 до 64 дБ с шагом 1 дБ и хорошо согласуется по входному и выходному сопротивлению.

В режиме качания частоты вход " √ " генератора соединяют с соответствующим выходом осциллографа. Управление частотой ГКЧ синхронно с разверткой осциллографа производится по входу NN микросхемы DA2. Сигнал со входа поступает на конденсатор С9, где отсекается постоянная составляющая. Далее с движка переменного резистора R6, который регулирует размах управляющего сигнала и соответственно ширину полосы качания генератора, поступает на инвертирующий усилитель-сумматор DA1.1. Просуммированный с постоянной составляющей, определяющей центральную частоту качания и регулируемую резистором R20, сигнал поступает на вход UN DA2. Стабилитрон VD1 ограничивает максимально допустимый ток для входа IIN до уровня 750 мкА.

Генератор частотных меток состоит из задающего генератора на DD1.1 - DD1.3, делителей на DD3 и DD4, триггера DD5.1 и компаратора на DA1.4. Кварцевый задающий генератор вырабатывает сигнал частотой 10 МГц, который поступает на вход делителя DD3 (коэффициент деления 10). Далее с выхода DD3 сигнал в 1 МГц поступает на вход делителя с переменным коэффициентом деления DD4. В зависимости от положения переключателя SA7.1 на входе С триггера DD5.1 будет присутствовать сигнал частотой 10 МГц, 1 МГц или сигнал, частота которого определена коэффициентом деления DD4. На входы JK-триггера поступает с выхода SYNC DA2 сигнал, частота которого равна частоте выходного сигнала генератора, а фаза сдвинута на 90 град. К выходу триггера подключен ФНЧ на элементах R40, С22-С27 (частота среза определяется положением SA8).

Таким образом, на входе компаратора DA1.4 получаем низкочастотные биения выходной частоты генератора и частот, кратных частоте на тактовом входе DD5.1. Амплитуда биений тем выше, чем ближе расположены вышеуказанные составляющие по оси частот. Следовательно, при плавном изменении выходной частоты сигнала генератора на входе DA1.4 будут присутствовать всплески сигнала биений, указывающие на кратность частоты выходного сигнала генератора частоте сигнала меток. Ширина всплесков (во времени) зависит от ширины полосы ФНЧ и определяется положением SA8, это сделано для получения четких меток при разных полосах обзора и на различных диапазонах генератора. Резистором R36 определяется порог срабатывания компаратора, отсекая шумы биений ниже заданной амплитуды. Амплитуда меток регулируется резистором R46 и складывается с основным сигналом на R45. Коэффициент деления DD4 выбирается переключателем SA7.2 и позволяет получить на выходе делителя сигнал с частотами 100, 10, 1 кГц, 100 Гц. При положении SA7 в двух крайних (верхних по схеме) положениях DD4 производит однократный счет и останавливается - сигнала на его выходе Q нет.

Для расширения возможностей генератора можно дополнить сетку частот сигнала меток необходимым набором частот, например 465 кГц, для настройки УПЧ радиоприемников. В этом случае коэффициент деления выбирают исходя из формулы:

N = М (1000Р1+100Р2+10РЗ+ Р4)+ Р5,

где N - коэффициент деления; М - модуль, определяемый кодом на Ка, Кb, Кс; Р1 - множитель тысяч, определяется кодом на J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 - множители сотен, десятков, единиц, они определяются кодом на J13-J16, J9- J12, J5-J8; Р5 - остаток, который определяется кодом J1-J4.

Подробное описание работы микросхемы К564ИЕ15 приведено в [3]. Генератор имеет отдельный выход "Метки", который может быть полезен в ряде измерений, где необходимо иметь образцовую кварцованную частоту.

Вспомогательный генератор звуковой частоты на DA1.2 собран по типовой схеме, он может использоваться для модуляции основного генератора по частоте или широтно-импульсной модуляции либо как отдельный генератор.

Детектор (рис. 2) собран по схеме удвоения напряжения и позволяет работать в диапазоне 10 кГц...50 МГц при использовании частоты развертки осциллографа не более 100 Гц.

Для исследования низкочастотных цепей частота развертки должна быть очень низкой, применение обычного осциллографа не позволяет видеть АЧХ. При наличии запоминающего осциллографа возможно наблюдение частотных характеристик, начиная с частоты 0,1 Гц. При этом необходимо применить другую входную цепь синхронизации, например, показанную на рис. 3.

Также для этой цели лучше изготовить отдельную детекторную головку, увеличив емкости конденсаторов С1 и С2 (см. рис. 2). Увеличение их емкости расширяет частотный диапазон снизу, одновременно уменьшая допустимую частоту развертки осциллографа. Для получения меток на низких частотах необходимо выбрать соответствующий коэффициент деления DD4 и вместо фильтра на R40, С22-С27 применить высокодобротный фильтр; ограничение все же имеется - выделить биения на низких частотах затруднительно.

Блок питания (рис. 4) собран по обычной схеме и вырабатывает питающие напряжения ±5 В и +12 В. Токи потребления по соответствующим шинам не превышают указанных пределов: +5 В - 300 мА; -5 В - 100 мА;+12 В-50 мА; -12 В-50 мА.

В устройстве использованы резисторы МЛТ 0,125, в качестве переменных допускается использовать СП, СП0, СП4. Частотнозадающие конденсаторы должны иметь малый ТКЕ - применимы серии КЛС, КМ-5 (С5-С8), К73-9, К73-16, К73-17 (С2-С4). Полярный конденсатор С1 - К52-1 с малым током утечки; остальные конденсаторы - любые. Переключатели SA1, SA6-SA8 - ПГ. Микросхемы DD1 - DD3, DD5 заменимы на аналогичные серий К155, К555, К533, нужно лишь учитывать соответственное изменение тока потребления. Микросхему серии 564 или К564 (DD4) вполне заменит К561ИЕ15.

Печатная плата для генератора не разрабатывалась. При размещении элементов и соединений на плате необходимо как можно дальше разнести все цепи, связанные со входами (выводы 3-10) DA2 от остальных цепей.

Настройку генератора начинают с подбора конденсаторов С1-С6, чтобы при переключении диапазонов частота менялась точно в десять раз. Конденсаторы С7, С8 лучше дополнительно подобрать после окончательной сборки конструкции, так как на общую емкость CF для поддиапазонов 8,9 влияют емкость соединительного кабеля, монтажная и другие паразитные емкости.

После этого градуируют две шкалы для резистора R20 (для поддиапазонов 1-8 и 9). Далее проверяют форму выходного сигнала в зависимости от положения SA6 и пределы регулирования скважности и расстройки. Диапазон их регулировки можно изменить, пересчитав делитель R1-R4, учитывая при этом, что напряжения на входах FADJ и DADJ должны быть в пределах ±2,3 В. Затем на вход "√" подают сигнал от осциллографа, вход Y осциллографа подключают к выводу 7 DA1.1, движок резистора R20 выставляют на середину одного из поддиапазонов, R6 ставят в верхнее по схеме положение и подбором R5 добиваются, чтобы сигнал на выводе 7 DA1.1 был в пределах 0,2...7,5 В. Это соответствует максимальной полосе качания. Внутри полосы частота может меняться в 300 раз, для уменьшения этого значения сопротивление R5 увеличивают до требуемой величины.

Настройку генератора частотных меток начинают с установки частоты задающего генератора. Частотомер подключают к выводу 6 DD1.3 и подстройкой конденсатора С18 выставляют частоту, равной 10 МГц. Далее проверяют соответствие частот на выходе частот меток положениям переключателя SA7. После этого проверяют наличие сигнала биений на выводе 13 DA1.4 и резистором R36 выставляют порог срабатывания компаратора до получения четких узких меток на выходе DA1.4. На этом настройку генератора можно считать законченной.

Вспомогательный генератор звуковой частоты на DA1.2 (см. рис. 1) настраивают подстройкой R23 до получения устойчивой генерации синусоидального сигнала.

Настройка блока питания заключается в выставлении соответствующих выходных напряжений с помощью резисторов R1, R4, R6.

Для исследования АЧХ собирают установку по схеме на рис. 5.

Переключатель SA6 переводят в положение генерации синусоидального сигнала. Предполагаемое расположение АЧХ выставляют переключателем SA1 и резистором R20, резистором R6 устанавливают необходимую полосу качания (обзора). С помощью переключателя SA7 выбирают необходимые частотные метки. Переключателем SA8 добиваются получения на экране осциллографа четких устойчивых меток. Изменяя параметры исследуемого устройства, отслеживают изменение характерных точек АЧХ: по частоте - относительно меток, по амплитуде - относительно положений аттенюатора.

*Верхняя частота девятого поддиапазона определяется конкретным экземпляром микросхемы МАХ038: ее типовое значение - около 40 МГц, минимальное - 20 МГц.

Литература

1. Ковалев В. Многофункциональный генератор МАХ038. - Радио, 1996, № 10, с. 53.
2. Нечаев И. Функциональный генератор с диапазоном частот 0,1 Гц... 10 МГц. - Радио, 1997, № 1, с. 34,35.
3. Скрыпник В. А. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры. - М.: Патриот, 1990, с. 5.
4. Алексеев С. Применение микросхем серии К561. - Радио, 1987, № 1, с. 43.

Автор: А.Матыкин, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Текстиль сам регулирует аэродинамику при движении 04.11.2025 Специалисты Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона Полсона (SEAS) представили ткань, способную самостоятельно регулировать свои аэродинамические свойства. Это открытие может изменить подход к созданию спортивной одежды, а в перспективе - повлиять на развитие авиации, судостроения и даже архитектуры. Главная особенность нового материала заключается в его способности динамически изменять поверхность при растяжении. Когда ткань подвергается натяжению, на ней образуются крошечные углубления, напоминающие ямочки на мячах для гольфа. Эти микроструктуры воздействуют на поток воздуха, снижая турбулентность и, следовательно, аэродинамическое сопротивление. В экспериментах в аэродинамической трубе удалось достичь уменьшения сопротивления воздуха на 20%, что делает материал особенно перспективным для спортивных костюмов, где важен каждый процент эффективности. Работа над проектом велась под руководством аспиранта кафедры машиностроения Дэвида Фаррелла. Чтобы определить оптимальную структуру поверхности, команда провела более 3000 компьютерных симуляций, моделируя тысячи возможных форм и размеров углублений. Анализ показал, что различные конфигурации ямочек подходят для разных скоростей ветра, что позволяет адаптировать ткань под конкретные условия - например, под высокоскоростной бег или движение дрона в воздухе. Конструкция ткани представляет собой двухслойный композит. Наружный слой выполнен из плотного синтетического материала, похожего на тот, что используется в ремнях рюкзаков, а внутренний - из мягкого эластичного трикотажа, обеспечивающего гибкость и комфорт при ношении. Слои соединены при помощи лазерной резки и термопрессования, формируя решетчатую структуру, которая позволяет материалу растягиваться вдоль тела, не теряя формы. Ученые отмечают, что этот подход принципиально отличается от традиционных технологий в текстильной промышленности. Обычные ткани при растяжении деформируются и теряют прочность, тогда как новая структура превращает механическое напряжение в функциональное преимущество - способность управлять воздушным потоком. Результаты работы, опубликованные в журнале Advanced Materials, подтверждают, что созданный метаматериал способен изменять аэродинамический профиль в реальном времени. При движении человека или объекта ткань подстраивается под скорость и направление воздушного потока, регулируя размер и форму своих микрорельефов. Таким образом, она может оптимизировать аэродинамику без внешнего вмешательства. По мнению исследователей, подобные "умные" материалы открывают путь к созданию целого класса активных поверхностей - от спортивной экипировки, повышающей скорость и выносливость спортсменов, до обшивок летательных аппаратов, снижающих расход топлива.

Другие интересные новости:

▪ Музыка настраивает детский мозг на речь

▪ Внешние аккумуляторы HyperJuice для мобильной техники

▪ Радиоуправляемые гены

▪ КМОП-сенсор изображения 2 мегапикселя толщиной 6 мм

▪ Определен возраст твердого ядра в центре Земли

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Жизнь замечательных физиков. Подборка статей

▪ статья Самолет Вояджер. История изобретения и производства

▪ статья Почему детям до двух лет вредно смотреть телевизор? Подробный ответ

▪ статья Специалист по социальным вопросам. Должностная инструкция

▪ статья Схема цифрового индикатора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Телефонный интерфейс. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026