Генератор частот от 1 герца. Генератор синусоидального сигнала

Генератор – это автоколебательная система, формирующая импульсы электрического тока, в которой транзистор играет роль коммутирующего элемента. Изначально, с момента изобретения, транзистор позиционировался как усилительный элемент. Презентация первого транзистора произошла в 1947 году. Презентация полевого транзистора произошла несколько позже – в 1953 г. В генераторах импульсов он играет роль переключателя и только в генераторах переменного тока он реализует свои усилительные свойства, одновременно участвуя в создании положительной обратной связи для поддержки колебательного процесса.

Наглядная иллюстрация деления частотного диапазона

Классификация

Транзисторные генераторы имеют несколько классификаций:

по диапазону частот выходного сигнала;
по типу выходного сигнала;
по принципу действия.

Диапазон частот – величина субъективная, но для стандартизации принято такое деление частотного диапазона:

от 30 Гц до 300 кГц – низкая частота (НЧ);
от 300 кГц до 3 МГц – средняя частота (СЧ);
от 3 МГц до 300 МГц – высокая частота (ВЧ);
выше 300 МГц – сверхвысокая частота (СВЧ).

Таково деление частотного диапазона в области радиоволн. Существует звуковой диапазон частот (ЗЧ) – от 16 Гц до 22 кГц. Таким образом, желая подчеркнуть диапазон частот генератора, его называют, например ВЧ или НЧ генератором. Частоты звукового диапазона в свою очередь также подразделяются на ВЧ, СЧ и НЧ.

По типу выходного сигнала генераторы могут быть:

синусоидальные – для генерации синусоидальных сигналов;
функциональные – для автоколебания сигналов специальной формы. Частный случай – генератор прямоугольных импульсов ;
генераторы шума – генераторы широкого спектра частот, у которых в заданном диапазоне частот спектр сигнала равномерный от нижнего до верхнего участка частотной характеристики.

По принципу действия генераторов:

RC-генераторы;
LC-генераторы;
Блокинг-генераторы – формирователь коротких импульсов.

Ввиду принципиальных ограничений обычно RC-генераторы используются в НЧ и звуковом диапазоне, а LC-генераторы в ВЧ диапазоне частот.

Схемотехника генераторов

RC и LC генераторы синусоидальные

Наиболее просто реализуется генератор на транзисторе в схеме емкостной трехточки – генератор Колпитца (рис. ниже).

Схема генератора на транзисторе (генератор Колпитца)

В схеме Колпитца элементы (C1), (C2), (L) являются частотозадающими. Остальные элементы представляют собой стандартную обвязку транзистора для обеспечения необходимого режима работы по постоянному току. Такой же простой схемотехникой обладает генератор, собранный по схеме индуктивной трехточки – генератор Хартли (рис. ниже).

Схема трехточечного генератора с индуктивной связью (генератор Хартли)

В этой схеме частота генератора определяется параллельным контуром, в который входят элементы (C), (La), (Lb). Конденсатор (С) необходим для образования положительной обратной связи по переменному току.

Практическая реализация такого генератора более затруднительна, поскольку требует наличия индуктивности с отводом.

И тот и другой генераторы автоколебания находят преимущественно применение в СЧ и ВЧ диапазонах в качестве генераторов несущих частот, в частотозадающих цепях гетеродинов и так далее. Регенераторы радиоприемников также основаны на генераторах колебаний. Указанное применение требует высокой стабильности частоты, поэтому практически всегда схема дополняется кварцевым резонатором колебаний.

Задающий генератор тока на основе кварцевого резонатора имеет автоколебания с очень высокой точностью установки значения частоты ВЧ генератора. Миллиардные доли процента далеко не предел. Регенераторы радиостанций используют только кварцевую стабилизацию частоты.

Работа генераторов в области низкочастотного тока и звуковой частоты связана с трудностями реализации высоких значений индуктивности. Если быть точнее, то в габаритах необходимой катушки индуктивности.

Схема генератора Пирса является модификацией схемы Колпитца, реализованной без применения индуктивности (рис. ниже).

Схема генератора Пирса без применения индуктивности

В схеме Пирса индуктивность заменена кварцевым резонатором, что позволило избавиться от трудоемкой и громоздкой катушки индуктивности и, в то же время, ограничило верхний диапазон колебаний.

Конденсатор (С3) не пропускает постоянную составляющую базового смещения транзистора на кварцевый резонатор. Такой генератор может формировать колебания до 25 МГц, в том числе и звуковой частоты.

Работа всех вышеперечисленных генераторов основана на резонансных свойствах колебательной системы, составленной из емкости и индуктивности. Соответственно, частота колебаний определяется номиналами этих элементов.

RC генераторы тока используют принцип фазового сдвига в резистивно-емкостной цепи. Наиболее часто применяется схема с фазосдвигающей цепочкой (рис. ниже).

Схема RC генератора с фазосдвигающей цепочкой

Элементы (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) выполняют сдвиг фазы для получения положительной обратной связи, необходимой для возникновения автоколебаний. Генерация возникает на частотах, для которых фазовый сдвиг оптимален (180 гр). Фазосдвигающая цепь вносит сильное ослабление сигнала, поэтому такая схема имеет повышенные требования к коэффициенту усиления транзистора. Менее требовательна к параметрам транзистора схема с мостом Вина (рис. ниже).

Схема RC генератора с мостом Вина

Двойной Т-образный мост Вина состоит из элементов (C1), (C2), (R3) и (R1), (R2), (C3) и представляет собой узкополосный заграждающий фильтр, настроенный на частоту генерации. Для всех остальных частот транзистор охвачен глубокой отрицательной связью.

Функциональные генераторы тока

Функциональные генераторы предназначены для формирования последовательности импульсов определенной формы (форму описывает некая функция – отсюда и название). Наиболее часто встречаются генераторы прямоугольных (если отношение длительности импульса к периоду колебаний составляет ½, то такая последовательность называется «меандр»), треугольных и пилообразных импульсов. Самый простой генератор прямоугольных импульсов – мультивибратор, подается как первая схема начинающих радиолюбителей для сборки своими руками (рис. ниже).

Схема мультивибратора – генератора прямоугольных импульсов

Особенностью мультивибратора является то, что в нем можно использовать практически любые транзисторы. Длительность импульсов и пауз между ними определяется номиналами конденсаторов и резисторов в базовых цепях транзисторов (Rb1), Cb1) и (Rb2), (Cb2).

Частота автоколебания тока может изменяться от единиц герц до десятков килогерц. ВЧ автоколебания на мультивибраторе реализовать невозможно.

Генераторы треугольных (пилообразных) импульсов, как правило, строятся на основе генераторов прямоугольных импульсов (задающий генератор) путем добавления корректирующей цепочки (рис. ниже).

Схема генератора треугольных импульсов

Форма импульсов, близкая к треугольной, определяется напряжением заряда-разряда на обкладках конденсатора С.

Блокинг-генератор

Предназначение блокинг-генераторов состоит в формировании мощных импульсов тока, имеющих крутые фронты и малую скважность. Длительность пауз между импульсами намного больше длительности самих импульсов. Блокинг-генераторы находят применение в формирователях импульсов, сравнивающих устройствах, но основная область применения – задающий генератор строчной развертки в устройствах отображения информации на основе электронно-лучевых трубок. Также блокинг-генераторы с успехом применяются в устройствах преобразования электроэнергии.

Генераторы на полевых транзисторах

Особенностью полевых транзисторов является очень высокое входное сопротивление, порядок которого соизмерим с сопротивлением электронных ламп. Перечисленные выше схемотехнические решения универсальны, просто они адаптированы под использование различных типов активных элементов. Генераторы Колпитца, Хартли и другие, выполненные на полевом транзисторе, отличаются только номиналами элементов.

Частотозадающие цепи имеют те же соотношения. Для генерирования ВЧ колебаний несколько предпочтительнее простой генератор, выполненный на полевом транзисторе по схеме индуктивной трехточки. Дело в том, что полевой транзистор, имея высокое входное сопротивление, практически не оказывает шунтирующее действие на индуктивность, а, следовательно, работать высокочастотный генератор будет стабильнее.

Генераторы шума

Особенностью генераторов шума является равномерность частотной характеристики в определенном диапазоне, то есть амплитуда колебаний всех частот, входящих в заданный диапазон, является одинаковой. Генераторы шума находят применение в измерительной аппаратуре для оценки частотных характеристик проверяемого тракта. Генераторы шума звукового диапазона часто дополняются корректором частотной характеристики с целью адаптации под субъективную громкость для человеческого слуха. Такой шум называется «серым».

Видео

До сих пор существует несколько областей, в которых применение транзисторов затруднено. Это мощные генераторы СВЧ диапазона в радиолокации, и там, где требуется получение особо мощных импульсов высокой частоты. Пока еще не разработаны мощные транзисторы СВЧ диапазона. Во всех других областях подавляющее большинство генераторов выполняется исключительно на транзисторах. Причин этому несколько. Во-первых, габариты. Во-вторых, потребляемая мощность. В-третьих, надежность. Вдобавок ко всему, транзисторы из-за особенностей своей структуры очень просто поддаются миниатюризации.

Данная схема генератора низкой частоты гармонического синусоидального сигнала предназначена для настройки и ремонта усилителей звуковой частоты.

Генератор синусоидального сигнала совместно с милливольтметром, осциллографом или измерителя искажений создает ценный комплекс для настройки и ремонта всех каскадов усилителя звуковой частоты.

Основные характеристики:

Генерируемые частоты: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц.
Максимальное гармоническое искажение (THD): 0,11% — 1 кГц, 0,23% — 300Гц, 0,05% — 3 кГц
Ток потребления: 4,5 мА
Выбор выходного напряжения: 0 — 77,5 мВ, 0 — 0,775 В.

Схема синусоидального генератора достаточно проста и построена на двух транзисторах, которые обеспечивают высокую частоту и амплитудную стабильность. Конструкция генератора не требует никаких элементов стабилизации, таких как лампы, термисторы, или других специальных компонентов для ограничения амплитуды.

Каждая из трех частот (300 Гц, 1 кГц и 3 кГц) устанавливается переключателем S1. Амплитуда выходного сигнала может быть плавно изменена посредством переменного резистора R15 в двух диапазонах, которые устанавливаются переключателем S2. Доступные амплитудные диапазоны: 0 — 77,5 мВ (219,7 мВ от пика до пика) и 0 — 0,775 В (2,191 В от пика до пика).

На следующих рисунках приведена разводка печатной платы и расположение элементов на ней.

Перечень необходимых радиодеталей:

R1 — 12k
R2 — 2k2
R3, R4, R5, R15 — 1k переменный
R6, R7 — 1K5
R8 — 1k
R9 — 4k7
R10 — 3k3
R11 — 2k7
R12 — 300
R13 — 100k
С1 — 22n
С2 — 3u3
С3 — 330n
С4 — 56n
С5 — 330n
С6, С7 — 100n
D1, D2 — 1N4148
T1, T2, T3 — BC337
IO1 — 78L05

Если все детали установлены правильно и в монтаже нет никаких ошибок, генератор синусоидального сигнала должен заработать при первом же включении.

Напряжение питания схемы может быть в диапазоне 8-15 вольт. Чтобы поддержать стабильную амплитуду напряжения выходного сигнала, линия питания дополнительно стабилизирована микросхемой 78L05 и диодами D1, D2 в результате на выходе стабилизатора около 6,2 вольт.

Перед первым включением необходимо подключить выход генератора к частотомеру или осциллографу и с помощью подстроичных резисторов R3, R4 и R5 установить точную выходную частоту для каждого из диапазонов: 300 Гц, 1 кГц и 3 кГц. При необходимости, если не совсем удается подстроить частоты, то можно дополнительно подобрать сопротивления постоянных резисторов R6-R8.

http://pandatron.cz/?1134&sinusovy_generator_s_nizkym_zkreslenim

Генератор синусоидальных сигналов частотой от 1 Гц до 40 МГц с регулировкой уровня выходного сигнала и встроенным измерителем уровня выходного сигнала (Up/p), а также с режимом генератора качающейся частоты (ГКЧ) с произвольным выбором границ в диапазоне от 1 Гц до 40 МГц

Предлагаю наборы для сборки генератора (GEN) синусоидальных сигналов 1 Гц - 40 МГц с режимом генераторы качающейся частоты (ГКЧ/WOB), дополнительным выходом пилообразного напряжения для синхронизации осциллографа, а также выходом 0/5 В прямоугольных импульсов с частотой качания генератора. Данное устройство разработал польский радиолюбитель Adam Sobczyk (SQ5RWQ). Данная конструкция была опубликована в журнале ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA .

Устройство собрано с применением готового модуля DDS синтезатора AD9850, что значительно упрощает монтаж. Причём использоваться могут оба существующих в продаже модуля DDS AD9850. Конструктивно устройство состоит из двух печатных плат - основной и контроллера. На основной плате установлены разъёмы для платы контроллера, разъёмы для модулей синтезаторов (одновременно может использоваться только одна плата синтезатора), контактные штыри для внешних подключений, винтовой клеммник подачи питания, собраны стабилизаторы питающих напряжений +5В и +9В, в также широкополосный усилитель ВЧ сигнала. На плате контроллера установлен двухстрочный ЖКИ дисплей, энкодер выбора режимов работы и настройки, переменный резистор регулировки уровня выходного сигнала.

Выбор режима работы GEN - генератор или WOB - Wobbulator/ГКЧ выбирается при включении прибора нажатием и удержанием кнопки энкодера. При появлении приветственного меню нужно нажать кнопку энкодера и дождаться появления меню в котором вращением энкодера нужно выбрать режим GEN или WOB и затем подтвержить выбор нажатием на кнопку энкодера. В следующем меню аналогично выбирается режим работы цифрового выхода прямоугольных импульсов 0-5 В, т.е. вращением энкодера выбирается режим ON или OFF и нажатием на кнопку энкодера подтверждается выбор. Выбранные режимы будут сохраняться в энергонезависимой памяти при последующих включениях. Чтобы выбрать другой режим работы нужно обесточить прибор и снова подать напряжение, войти в меню выбора режимов работы и выбрать нужный режим. В режиме генератора шаг перестройки изменяется по кругу нажатием на кнопку энкодера. В режиме ГКЧ нажатием на кнопку энкодера выбирается активный пункт меню - напротив активного (который можно изменять в данный момент) в данный момент параметра светится звёздочка "*". При вращении энкодера значение выбранного параметра будет изменяться. Переключение между параметрами подлежащим изменению происходит по кругу. Прибор находится в режиме генерации колебаний когда на экране нет звёздочки, т.е. все параметры выбраны.

Схема принципиальная платы управления/индикации приведена ниже, а также

Принципиальная схема основной платы приведена ниже, а также

Прибор работает в двух режимах:
1) Генератор синусоидальных сигналов частотой 1 Гц - 40 МГц
2) Генератор качающейся частоты с диапазоном качания синусоидального сигнала от 1 Гц - 40 МГц.

В первом режиме на дисплее отображается частота выходного сигнала с точностью до 1 Гц, выбранный шаг перестройки частоты (выбирается нажатием на кнопку встроенную в энкодер, т.е. нажатием на ручку энкодера) и уровень выходного напряжения в Вольтах от пика до пика - Up/p. Шаг перестройки выбирается по кругу из сетки частот 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц нажатием на кнопку энкодера. Уровень выходного напряжения практически совпадает с показаниями осциллографа, частота выходного сигнала соответствует точно. Уровень выходного сигнала с повышением частоты уменьшается, это обусловлено особенностью работы самой AD9850. На низких частотах выходное напряжение для различных модулей DDS составляет порядка 4 Вольт и уменьшается до 1 Вольта на частоте 40 МГц. Точнее, с чистой синусоидой на выходе, у меня получилось так:
40 МГц - Up/p=0,89 В
35 МГц - Up/p=1,18 В
30 МГц - Up/p=1,67 В
25 МГц - Up/p=2,09 В
20 МГц - Up/p=2,38 В
15 МГц - Up/p=2,62 В
10 МГц - Up/p=2,99 В
5 МГц - Up/p=3,37 В
1 МГц - Up/p=3,66 В
Затем практически без изменений до 30 Гц и потом с плавным снижением до Up/p=2,08 В на частоте 5 Гц и до Up/p=0,86 В на частоте 1 Гц.

Во втором режиме на дисплее отображается частота колебаний, шаг перестройки частоты, нижняя и верхняя границы колебания частоты генератора. Выбор и изменение параметров выполняется энкодером по аналогии с первым режимом работы - нажатием и вращением ручки энкодера. Частота колебаний выбирается от 1 Гц до 40 МГц с шагом 1 Гц, шаг перестройки по кругу из сетки частот 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц, верхняя и нижняя частота колебаний от 1 Гц до 40 МГц, при этом сначала выставляется верхняя граница, а затем нижняя, поскольку есть программное ограничение - нижняя частота всегда меньше либо равна верхней.

Правильно собранное устройство из исправных:) деталей начинает работать сразу. До установки платы индикации/контроллера и модуля AD9850, подайте питающее напряжение на основную плату и проверьте наличие питающих напряжений +9 В и +5 В после стабилизаторов 7809 и 7805 соответственно. Затем проверьте уровни напряжений на выводах транзисторов широкополосного усилителя мощности. Напряжения должны быть такими: Q1 (коллектор - 6,65 В; эмиттер - 1,4 В; база - 2,1 В), Q2 (эмиттер - 7,37 В; коллектор - 2,5 В), Q3 (коллектор - 5,47 В; эмиттер - 1,74 В). При необходимости, подстроечным резистором на плате модуля AD9850 необходимо выставить скважность прямоугольных импульсов на выходе генератора равной 2 (коэффициент заполнения 0,5), т.е. меандр.

Платы разработаны для возможности установки в стандартный пластиковый корпус КМ-60, но в идеале, конечно же, применить металлический корпус:)

Стоимости печатных плат и наборов для сборки такие:

Стоимость комплекта из двух печатных плат (основная 140х90 мм и индикации 115х45 мм) с маской и маркировкой - 300 грн.

Если кому то нужен, отдельно запрограммированный микроконтроллер - 85 грн.

Стоимость набора для сборки генератора (запограммированный микроконтроллер с панелькой, печатные платы и все компоненты для них, включая стойки, винты, шайбы, гайки, радиаторы, энкодер, переменный резистор, ручки регуляторов, ЖКИ дисплей 16х2) без учёта модуля AD9850 - 830 грн.

Стоимость собранных и проверенных плат генератора (основная и плата контроллера/индикации) без учёта модуля AD9850 - 1200 грн.

Модуль генератора-синтезатора частоты AD9850 - 650 грн. (кладу в комплект такой, какой есть в наличии, если тип принципиален, то оговаривайте заранее, я разницы в работе плат разных типов не увидел). Данный генератор выполнен на базе микросхемы AD9850 фирмы Analog Devices, представляющей собой полный DDS (Direct Digital Synthesis) синтезатор частоты с встроенным компаратором. Такие синтезаторы уникальны своей точностью, практически не подвержены температурному дрейфу и старению.

Обнаружен небольшой "глюк", скорее всего программный - подтормаживает энкодер при вращении. Мне не мешает, но лучше от этого избавиться. Думаю, всё разрешится:) Плюсы прибора перекрывают его минусы:) Я сколько искал, не нашёл настолько простого и адекватного прибора...

Низких частот предназначены для получения на выходе устройства периодических низкочастотных электрических сигналов с заданными параметрами (форма, амплитуда, частота сигнала).

КР1446УД1 (рис. 35.1) представляет собой сдвоенный гай- to-rail ОУ общего назначения. На основе этой микросхемы могут быть созданы устройства разнообразного назначения, в частности, электрических колебаний, которых приведены на рис. 35.2-35.4 . (рис. 35.2):

♦ одновременно и синхронно вырабатывает импульсы напряжения прямоугольной и пилообразной формы;

♦ имеет единую для обоих ОУ искусственную среднюю точку, образованную делителем напряжения R1 и R2 .

На первом из ОУ построен , на втором - Шмитта с широкой петлей гистерезиса (U raCT =U nHT ;R3/R5), точными и стабильными порогами переключения. Частота генерации определяется по формуле:

f =———– и составляет для указанных на схеме номиналах 265 Ги. С

Рис. 35.7. Цоколевка и состав микросхемы КР 7446УД7

Рис. 35.2. генератора прямоугольных- треугольных импульсов на микросхеме КР1446УД 7

изменением напряжения питания от 2,5 до 7 В эта частота изменяется не более чем на 1 %.

Усовершенствованный (рис. 35.3) вырабатывает импульсы прямоугольной формы, причем их частота от величины управляющего

Рис. 35.3. управляемого генератора прямоугольных импульсов

входного напряжения по закону

При изменении

входного напряжения от 0,1 до 3 В частота генерации линейно возрастает от 0,2 до 6 кГц .

Частота генерации генератора прямоугольных импульсов на микросхеме КР1446УД5 (рис. 35.4) линейно от величины приложенного управляющего напряжения и при R6=R7 определяется как:

5 В частота генерации линейно возрастает от 0 до 3700 Гц .

Рис. 35.4. генератора, управляемого напряжением

Так, при изменении входного напряжения от 0,1 до

На основе микросхем TDA7233D, используя в качестве единой основы базовый элемент, рис. 35.5, а, можно собрать достаточно мощные импульсов (), а также напряжения, рис. 35.5 .

Генератора (рис. 35.5, 6, верхняя) работает на частоте 1 кГц, которая определяется подбором элементов Rl, R2, Cl, С2. Емкость переходного конденсатора С задает тембр и громкость сигнала.

Генератора (рис. 35.5, б, нижняя), вырабатывает двухтональный сигал при условии индивидуального подбора емкости конденсатора С1 в каждом из использованных базовых элементов, например, 1000 и 1500 пФ.

Напряжения (рис. 35.5, в) работают на частоте около 13 кГц (емкость конденсатора С1 снижена до 100 пФ):

♦ верхний - вырабатывает отрищ гельное относительно общей шины напряжение;

♦ средний - вырабатывает удвоенное относительно напряжения питания положительное;

♦ нижний - вырабатывает в зависимости от коэффициента трансформации разнополярное равновеликое напряжение с гальванической (при необходимости) развязкой от источника питания.

Рис. 35.5. нештатного применения микросхем TDA7233D: а – базовый элемент; б - в качестве генераторов импульсов; в - в качестве преобразователей напряжения

При сборке преобразователей следует учитывать, что на диодах выпрямителей теряется заметная часть выходного напряжения. В этой связи в качестве VD1, VD2 рекомендуется использовать Шоттки. Ток нагрузки бестрансформаторных преобразователей может достигать 100-150 мА.

Прямоугольных импульсов (рис. 35.6) работает в диапазонах частот 60-600 Гц\ 0,06-6 кГц; 0,6-60 кГц . Для коррекции формы генерируемых сигналов может быть использована цепочка (нижняя часть рис. 35.6), подключаемая к точкам А и В устройства.

Охватив ОУ положительной обратной связью, нетрудно перевести устройство в режим генерации прямоугольных импульсов (рис. 35.7).

Импульсов с плавной перестройкой частоты (рис. 35.8) может быть выполнен на основе микросхемы DA1 . При использовании в качестве DA1 1/4 микросхемы LM339 регулировкой потенциометра R3 рабочая частота перестраивается в пределах 740- 2700 Гц (номинал емкости С1 в первоисточнике не указан). Исходная частота генерации определяется произведением C1R6.

Рис. 35.8. широкодиапазонного перестраиваемого генератора на основе компаратора

Рис. 35.7. генератора прямоугольных импульсов на частоту 200 Гц

Рис. 35.6. НЧ-генератора прямоугольных импульсов

На основе компараторов типа LM139, LM193 и им подобных могут быть собраны:

♦ прямоугольных импульсов с кварцевой стабилизацией (рис. 35.9);

♦ импульсов с электронной перестройкой .

Стабильных по частоте колебаний или так называемый «часовой» прямоугольных импульсов может быть выполнен на компараторе DAI LTC1441 (или ему подобном) по типовой схеме, представленной на рис. 35.10. Частота генерации задается кварцевым резонатором Ζ1 и составляет 32768 Гц. При использовании линейки делителей частоты на 2 на выходе делителей получают прямоугольные импульсы частотой 1 Гц. В небольших пределах рабочую частоту генератора можно понижать, подключая параллельно резонатору небольшой емкости.

Обычно в радиоэлектронных устройствах используют LC и RC- . Менее известны LR- , хотя на их основе могут быть созданы устройства с индуктивными датчиками,

Рис. 35.11. LR-генератора

Рис. 35.9. генератора импульсов на компараторе LM 7 93

Рис. 35.10. «часового» генератора импульсов

Обнаружители электропроводки, импульсов и т. д.

На рис. 35.11 приведена простого LR-геиератора прямоугольных импульсов, работающего в диапазоне частот 100 Гц - 10 кГц . В качестве индуктивности и для звукового

контроля работы генератора используется телефонный капсюль ТК-67. Перестройка частоты осуществляется потенциометром R3.

Работоспособен при изменении напряжения питания от 3 до 12,6 В. При понижении напряжения питания с 6 до 3-2,5 В верхняя частота генерации повышается с 10-11 кГц до 30-60 кГц.

Примечание.

Диапазон генерируемых частот может быть расширен до 7-1,3 МГц (для микросхемы ) при замене телефонного капсюля и резистора R5 на катушку индуктивности. В этом случае при отключении диодного ограничителя на выходе устройства можно получить сигналы, близкие к синусоиде. Стабильность частоты генерации устройства сопоставима со стабильностью RC-генераторов.

Звуковых сигналов (рис. 35.12) могут быть выполнены К538УНЗ . Для этого достаточно вход и выход микросхемы соединить конденсатором или его аналогом - пьезокерамическим капсюлем. В последнем случае капсюль выполняет также роль звукоизлучагеля.

Частоту генерации можно менять, подбирая емкость конденсатора. Параллельно или последовательно пьезокерамическому капсюлю для подбора оптимальной частоты генерации можно включить . Напряжение питания генераторов 6-9 В.

Рис. 35.72. звуковых частот на микросхеме

Для экспресс-проверки ОУ может быть использована генератора звуковых сигналов, представленная на рис. 35.13 . Тестируемую микросхему DA1 типа , у или иных, имеющих аналогичную цоколевку, вставляют в панельку, после чего включают питание. В случае, если исправна, пьезокерамический капсюль НА1 излучает звуковой сигнал.

Рис. 35.13. звукового генератора - испытателя ОУ

Рис. 35.14. генератора прямоугольных импульсов на ОУКР1438УН2

Рис. 35.15. генератора синусоидальных сигналов на ОУКР1438УН2

Сигналов прямоугольной формы на частоту 1 кГц, выполненный на микросхеме КР1438УН2, показан на рис. 35.14 . стабилизированных по амплитуде синусоидальных сигналов на частоту 1 кГц приведен на рис. 35.15 .

Генератора , вырабатывающего сигналы синусоидальной формы, представлена на рис. 35.16. Этот работает в диапазоне частот 1600-5800 Гц, хотя при частотах свыше 3 кГц форма сигнала все более отдаляется от идеала, а амплитуда выходного сигнала падает на 40 %. При десятикратном увеличении емкостей конденсаторов С1 и С2 полоса перестройки генератора с сохранением синусоидальной формы сигнала понижается до 170-640 Гц при неравномерности амплитуды до 10 %.

Рис. 35.7 7. генератора синусоидальных колебаний на частоту 400 Гц

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Здесь приводятся простые схемы генераторов, в том числе на элементах цифровой «логики», которые широко используются в более сложных схемах как частотозадающие узлы, переключатели, источники образцовых сигналов и звуков.

На рис. 1 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1 (то есть он не является автогенератором, схемы которых приводятся далее). На логических элементах DD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 - напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке - наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.

На рис. 2 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор - цикл повторяется.

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду. Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток - необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 3 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада. Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15...17 В и токе 20...50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 4, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 - длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1...2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 - 10...15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303. Микросхема - К155ЛА3, ее питание составляет 5В стабилизированного напряжения. Можно использовать КМОП микросхемы серий К561, К564, К176, питание которых лежит в пределах 3 … 12 В, цоколевка таких микросхем другая и показана в конце статьи.

При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 5. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют переключателем S1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1...10 000 Гц. Микросхема - К561ЛН2.

Если нужна высокая стабильность генерируемой частоты, то такой генератор можно сделать «кварцованным» - включить кварцевый резонатор на нужную частоту. Ниже показан пример кварцованного генератора на частоту 4,3 МГц:

На рис. 6 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью.

Скважность – отношение периода следования импульсов (Т) к их длительности (t):

Скважность импульсов высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рисунке ниже, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 формируются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение. Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов. Микросхема - К561ЛН2.

Цифровые микросхемы в генераторах взаимозаменяемы в большинстве случаев и можно использовать в одной и той же схеме как микросхемы с элементами «И-НЕ», так и «ИЛИ-НЕ», или же просто инверторы. Вариант таких замен показан на примере рисунка 5, где была использована микросхема с инверторами К561ЛН2. Точно такую схему с сохранением всех параметров можно собрать и на К561ЛА7, и на К561ЛЕ5 (или серий К176, К564, К164), как показано ниже. Нужно только соблюдать цоколевку микросхем, которая во многих случаях даже совпадает.