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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Гель из молочного белка помогает с алкогольной интоксикацией 10.05.2024 Проблема алкогольной интоксикации и ее последствий остается актуальной в современном мире. Недавние исследования, проведенные международной группой ученых, привели к созданию инновационного геля, который обещает эффективно справиться с этой проблемой. Открытие в области медицины может значительно улучшить процесс восстановления от алкогольного отравления. Международная группа ученых разработала гель на основе молочного белка, который оказался эффективным в борьбе с алкогольной интоксикацией у лабораторных мышей. Кроме того, этот гель снижает токсическое воздействие алкоголя на внутренние органы. Ученые надеются, что это новое средство станет эффективным способом борьбы с последствиями алкогольного отравления у людей. Для создания геля-антидота ученые использовали нановолокна сывороточного белка, известного как бета-лактоглобулин, и соединили их с частицами железа, чтобы воспроизвести структуру фермента, ответственного за расщепление этанола. Группа мышей, имеющая неограниченный доступ к алкоголю в течение 10 дней, получала этот гель в пищу. Уровень алкоголя в крови мышей уменьшился на 55 процентов всего через 5 часов после приема геля. Также было отмечено значительное снижение уровня ацетальдегида - вредного продукта распада алкоголя. В другой части эксперимента группа мышей получала как алкоголь, так и гель-антидот. Ученые обнаружили, что состояние их внутренних органов почти не отличалось от состояния органов мышей, не потреблявших алкоголь. Ученые считают, что структура геля имитирует фермент, который помогает организму расщеплять алкоголь до менее токсичных продуктов. Это может быть эффективным способом предотвратить вредные последствия алкогольного употребления. Исследователи надеются, что после успешных испытаний на людях, этот гель станет доступным и эффективным средством для борьбы с алкогольной интоксикацией, а также поможет людям с алкогольной зависимостью. Открытие нового геля на основе молочного белка открывает новые перспективы в лечении алкогольной интоксикации. Этот прорыв может привести к улучшению здоровья людей, страдающих от последствий чрезмерного употребления алкоголя, и стать важным инструментом в борьбе с алкогольной зависимостью.

Другие интересные новости:

▪ Домашние животные отражают наш характер

▪ Мощные SoC-процессоры AMD

▪ Заработала самая высокая в мире астрономическая обсерватория

▪ Флэш-накопитель Apacer AH650 с емкостным дактилоскопическим датчиком

▪ Реле контроля уровня жидкости 72 серии от Finder

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Подборка статей

▪ статья Защита от токсичных выбросов. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Сколько разновидностей кузнечиков употребляли в пищу на Ближнем Востоке в библейские времена? Подробный ответ

▪ статья Седум скальный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Что такое PIC? Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Усовершенствование паяльника Момент. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026