Генератор низких частот своими руками. Генератор низкой частоты своими руками: схемы и принцип работы

Как собрать генератор низкой частоты самостоятельно. Какие схемы можно использовать для создания ГНЧ. Как работает генератор на основе моста Вина. На каких компонентах лучше собирать генератор синусоидального сигнала.

Принцип работы генератора низкой частоты

Генератор низкой частоты (ГНЧ) — это устройство, вырабатывающее электрические колебания в звуковом диапазоне частот, обычно от 20 Гц до 20 кГц. Основные принципы работы ГНЧ:

• Создание колебаний с помощью колебательного контура или RC-цепи
• Усиление и поддержание колебаний с помощью усилителя с положительной обратной связью
• Стабилизация амплитуды колебаний с помощью нелинейных элементов
• Формирование выходного сигнала синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы

Простейший ГНЧ можно собрать на одном операционном усилителе с RC-цепью в цепи обратной связи. Более сложные схемы позволяют получить низкий уровень искажений и широкий диапазон перестройки частоты.

Схема генератора на основе моста Вина

Одна из самых распространенных схем ГНЧ — генератор на основе моста Вина. Его основные элементы:

• Операционный усилитель
• Мост Вина из двух RC-цепочек
• Цепь стабилизации амплитуды

Мост Вина обеспечивает частотно-избирательную положительную обратную связь. На частоте генерации фазовый сдвиг в мосте равен нулю, а ослабление сигнала составляет 1/3. Чтобы обеспечить генерацию, коэффициент усиления операционного усилителя должен быть больше 3.

Расчет частоты генерации ГНЧ

Частота колебаний генератора на мосте Вина определяется номиналами резисторов и конденсаторов:

f = 1 / (2π * R * C)

где R — сопротивление резисторов, C — емкость конденсаторов моста Вина.

Для перестройки частоты обычно используют сдвоенный переменный резистор, изменяющий одновременно оба сопротивления моста. Это позволяет получить диапазон перестройки частоты до 1000:1.

Стабилизация амплитуды в генераторе НЧ

Для получения неискаженного синусоидального сигнала необходимо стабилизировать амплитуду колебаний генератора. Основные способы стабилизации:

• Использование лампы накаливания в цепи отрицательной обратной связи
• Применение полевого транзистора в качестве управляемого сопротивления
• Стабилизация с помощью диодного ограничителя
• Использование термисторов с отрицательным ТКС

Правильно настроенная цепь стабилизации позволяет получить коэффициент гармоник выходного сигнала менее 0,01%.

Выбор элементной базы для ГНЧ

Для построения качественного генератора низкой частоты рекомендуется использовать следующие компоненты:

• Прецизионные операционные усилители с малым уровнем шумов (например, OPA2134, AD797, OPA1612)
• Металлопленочные резисторы с допуском 1% или менее
• Полистирольные или полипропиленовые конденсаторы
• Качественные переменные резисторы для регулировки частоты и амплитуды

Использование современной элементной базы позволяет значительно улучшить характеристики самодельного генератора по сравнению со схемами прошлых лет.

Цифровые методы генерации НЧ сигналов

Помимо аналоговых схем, для создания генераторов НЧ можно использовать цифровые методы:

• Прямой цифровой синтез (DDS) на специализированных микросхемах
• Генерация сигнала с помощью микроконтроллера и ЦАП
• Применение специализированных генераторных микросхем (например, XR2206)

Цифровые методы позволяют легко перестраивать частоту и форму сигнала, но требуют более сложной схемотехники. Для многих применений аналоговые генераторы остаются предпочтительными из-за простоты и низкого уровня шумов.

Практическая реализация ГНЧ

При самостоятельном изготовлении генератора низкой частоты важно учитывать следующие моменты:

• Тщательная разводка печатной платы с разделением аналоговых и цифровых цепей
• Применение экранирования для снижения наводок
• Использование качественного стабилизированного источника питания
• Подбор и согласование элементов для получения минимальных искажений
• Калибровка частоты и амплитуды выходного сигнала

При правильной реализации самодельный ГНЧ может обеспечить характеристики на уровне промышленных приборов среднего класса.

Области применения генераторов НЧ

Генераторы низкой частоты находят широкое применение в различных областях:

• Настройка и проверка звуковоспроизводящей аппаратуры
• Измерение амплитудно-частотных характеристик усилителей и фильтров
• Генерация тестовых сигналов в радиотехнике
• Создание звуковых эффектов
• Калибровка измерительных приборов
• Проведение акустических измерений

Наличие качественного генератора НЧ значительно расширяет возможности радиолюбительской лаборатории и позволяет проводить различные эксперименты со звуковыми сигналами.

Генератор низкой частоты

Простая схема генератора низкой частоты, которую легко собрать своими руками

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

В данной статье на сайте Радиолюбитель, мы рассмотрим очередную простую радиолюбительскую схему – генератор низкой частоты.

Для качественного налаживания, ремонта или разработки аудиотехники просто необходим хороший генератор синусоидального напряжения с минимальным коэффициентом гармоник. Низкочастотный генератор имеет следующие характеристики:
диапазоны частот – 20-200 Гц, 200-2000 Гц, 2000-20000 Гц;
выходное напряжение на нагрузке 3 кОм – 3 вольта;

КНИ выходного сигнала не более – 0,08 (на частоте 1000 Гц – 0,03)

Генератор питается от сети через встроенный источник питания. Усилитель, на котором выполнен генератор, собран на операционном усилители А1. Мост Вина образуют резисторы R1-R3 и конденсаторы С1-С6. Сдвоенный переменный резистор R1 служит для плавной установки частоты. Переключателем S1 переключаются конденсаторы моста Вина, и таким образом переключаются диапазоны установки частоты. Цепь стабилизации выходного напряжения образовано стабилитроном VD1 и четырьмя переключающими его полярность диодами, собранными на транзисторной сборке А2. Конечно можно использовать и отдельные диоды, но диоды даже одной партии могут существенно отличаться, что повлечет увеличение КНИ. Можно использовать диодную сборку с диодами, сделанными на одном кристалле, по тому, что тогда параметры диодов будут одинаковыми. Стабилитрон, коммутируемый транзисторной сборкой, входит в состав ООС операционного усилителя и регулирует ее глубину, не позволяя ограничиваться синусоидальному сигналу. В состав ООС также входят резисторы R5, R4 и конденсатор С7. Резистором R4 можно устанавливать глубину ООС (уровень выходного напряжения НЧ). Резистором R6 регулируют уровень выходного сигнала НЧ. В генераторе можно использовать операционные усилители: КР140УД7, КР140УД708, КР140УД6, КР140УД608. Стабилитрон КС139 можно заменить на КС133А, диоды КД105 – любыми маломощными выпрямительными диодами. Трансформатор питания любой на 9-11 вольт. Переменные резисторы желательно использовать с линейным законом регулировки (СП-4 группы “А”). При отсутствии транзисторной сборки можно использовать диоды КД103, включив их вместо транзисторов сборки (катод вместо эмиттера, анод – вместо соединенных коллектора и базы). Но в этом случае КНИ может достигнуть 0,3%. Налаживание заключается в подстройке R4 так, чтобы при верхнем положении R7, получить выходное напряжение 3 вольта. Граидуровку шкалы R1 можно выполнить с использованием частотомера.

---

---

⚡️Лабораторный генератор низкой частоты | radiochipi.ru

На чтение 4 мин Опубликовано 26.12.2017 Обновлено 07.07.2019

Низкочастотный генератор синусоидального сигнала – очень важный прибор в лаборатории любого радиолюбителя. Возможно, такой уже есть у всех. Но все же хочу познакомить читателей журнала со своим генератором.

Генератор выполнен в виде самостоятельного прибора, питающегося от электросети. Но шкала у него сделана лишь приблизительная – нарисована перманентным маркером прямо на корпусе прибора вокруг переменного резистора, которым частота регулируется.

Для точной установки частоты используется другой самостоятельный прибор – частотомер на основе платы ARDUINO UNO, кстати, выполненный в таком же корпусе. Что касается корпуса, еще в нулевых годах на нашем предприятии как-то раз обновляли компьютерное оборудование и тогда в утиль пошли четыре механических переключателей принтеров «Data transfer switch» (так на них написано). Они древние, еще с тех лет как была Windows 3.11.

В металлических корпусах размерами 150x60x10 см. В общем, очень удобный размер для самодельных приборов. Тогда мне досталось четыре таких. В одном сейчас частотомер на Arduino, в другом регулируемый блок питания, в третьем генератор ВЧ, в четвертом – этот самый генератор НЧ. Схема генератора НЧ показана на рисунке, здесь приводимом. Схема построена на операционном усилителе А1. Это генератор синусоидального сигнала, перестраиваемый по частоте сдвоенным переменным резистором R17 в четырех диапазонах генерации частоты 10-100 кГц, 1-10 кГц, 100-1000 Гц, 10-100 Гц.

Схема построена с мостом Винна в цепи положительной обратной связи операционного усилителя. Сдвоенный переменный резистор регулирует R-составляющую этого моста. С-составляющая состоит из восьми конденсаторов С1-С8, переключаемых галетным переключателем S1 при смене диапазона генерации. А стабилизация коэффициента передачи ОУ выполняется по цепи ООС усилителя с помощью встречно-параллельно включенных диодов VD1, VD2 и резистора R1. Подбором сопротивления этого резистора при налаживании генератора выставляется правильная синусоида на выходе генератора (с минимальными искажениями).

С выхода операционного усилителя генерируемый сигнал поступает на два выхода – разъемы Х1 и Х2. Основным выходом, с которого сигнал подают на исследуемую схему, является разъем Х1. Величину напряжения НЧ на нем можно регулировать переменным резистором R6. И, при необходимости, дополнить еще и делителем на резисторах. Но у меня делителя нет, когда мне нужно получить малый сигнал я на месте паяю делитель на двух резисторах с нужным в данном случае коэффициентом деления.

Второй выход на разъем Х2 служит для контроля частоты при помощи внешнего самостоятельного частотомера. Этот выход не регулируется по амплитуде сигнала. Операционный усилитель питается двух-полярным напряжением около 12V. Для получения этого напряжения используется маломощный силовой трансформатор Т1, предположительно китайского производства. Он при включении первичной обмотки в сеть 220V на вторичной выдает на холостом ходу переменное напряжение 9V.

Обмотка одна, и для получения двух одинаковых по модулю, но разных по значению напряжений используется схема выпрямителя на двух диодах VD3 и VD4 и двух конденсаторах С9 и СЮ. Фактически, это два разных однополупериодных выпрямителя, получающих переменное напряжение от одного источника, – вторичной обмотки трансформатора Т1. Диод VD3 выпрямляет положительную полуволну, а диод VD4 – отрицательную. Так как в электросети переменное напряжение синусоидальное и полуволны симметричные, то на конденсаторах С9 и СЮ выделяются равные по модулю напряжения, но противоположные по полярности.

Вот этим двухполярным напряжением и питается операционный усилитель. Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 16V. Операционный усилитель К140УД608 можно заменить практически любым операционным усилителем общего назначения, например, К140УД6, К140УД7, К140УД708 и др., включая импортные аналоги. Монтаж сделан без применения печатной платы, даже без макетной платы.

Хотя, сначала была мысль собрать на макетке. В передней панели выше указанного металлического корпуса были просверлены необходимые отверстия и установлены все переменные резисторы, разъемы, переключатель и выключатель питания. Трансформатор привинчен на нижней части корпуса. После монтажа конденсаторов прямо на контакты переключателя S1 стало ясно, что удобно будет все собрать «на весу», без каких- либо печатных или других плат.

Генератор ЗЧ — Своими руками » Паятель.Ру

Обычно генератор ЗЧ строят на основе усилителя, охваченного цепью обратной связи. В генераторе гармонических колебаний эта цепь должна быть частотно избирательной. По этому чаще всего применяют мост Вина и двойной Т-мост. Для получения минимального коэффициента нелинейных искажений элементы моста подбираются с особой тщательностью, а если генератор перестраиваемый, задача еще больше усложняется, нужно сохранить баланс во всем диапазоне частот.

Реально достигнуть коэффициент нелинейных искажений менее 0,1% в таких схемах не удается.

Однако, существует схема синусоидального генератора, обеспечивающего очень малые нелинейные искажения при использовании элементов с обычным классом точности. Основой таких генераторов является дифференциальный усилитель (рисунок 1А). Его коэффициент передачи можно рассчитать по формуле:

В этом случае коэффициент передачи может изменяться от -1 до +1. В таком каскаде можно регулировать амплитуду сигнала и инвертировать его фазу.

В генераторе синусоидальных колебаний на рабочей частоте должны выполняться условия баланса амплитуд и фаз. Коэффициент передачи всего контура положительной обратной связи должен быть равен единице, а фазовый сдвиг на частоте генерации должен быть кратен 360°.

Таким образом, генератор должен содержать регулируемый каскад, обеспечивающий требуемые амплитудные соотношения, а также один или несколько каскадов, обеспечивающих необходимый фазовый сдвиг.

В качестве фазовращателя с частотно-зависимым фазовым сдвигом можно использовать этот дифференциальный усилитель, если сопротивление R3 заменить реактивным элементом, например конденсатором (рисунок 1Б). Коэффициент передачи такого усилителя при R1=R2 равен 1, а фазовый сдвиг ф определяется выражением:

Поскольку на рабочей частоте сдвиг равен 90°, в генераторе включают последовательно два фазовращателя и инвертирующий каскад с коэффициентом передачи, равном 1. Для стабилизации выходного напряжения в инвертирующий каскад вводят элемент, чувствительный к изменению амплитуды выходного сигнала. Им может быть полевой транзистор, включенный как показано на рисунке 1В.

Так как каскад должен быть инвертирующим, сопротивление канала транзистора во всем диапазоне регулирования должно быть меньше сопротивления R3.

Рис.2
Практическая схема генератора, построенного на основе вышеизложенных принципов, показана на рисунке 2. Его рабочий диапазон 50гц..20000гц. Частоту перестраивают сдвоенным переменным резистором, при этом нет необходимости в переключениях поддиапазонов.

Выходное напряжение генератора 1В, при этом напряжение на конденсаторе С7 приблизительно равно 1.4В, и в результате сопротивление канала транзистора около 1 кОм, что значительно меньше сопротивления R10. Выходной сигнал можно снимать или непосредственно с выхода ОУ или через выходной делитель. Номинальное выходное напряжение можно установить подстроенным резистором R9.

Генератор имеет коэффициент нелинейных искажений на частоте 300 гц не более 0,045%, на частоте 10000 гц не более 0,03%. Нестабильность амплитуды во всем диапазоне (50…20000гц) не превышает 0,2дб. При необходимости амплитуду выходного напряжения на высоких частотах корректируют подбором конденсатора С5 (0-30 пф).

Простой цифровой генератор сигналов произвольной формы / Хабр

В радиолюбительской практике иногда бывает необходимо иметь под рукой генератор сигналов заданной формы и частоты, для проверки и тестирования узлов радиоаппаратуры. С ростом доступности микроконтроллеров можно собрать цифровой генератор сигналов, в котором программным путем бы генерировался любой сигнал.

Цифровой генератор сигналов «Nyx» (Никта). Технические характеристики:
Частота дискретизации 131072 Гц.
Диапазон генерируемых частот 1 – 65536 Гц, с шагом перестройки 1 Гц.
32 битный аккумулятор что теоретически позволяет получить разрешение 0,000030518 Гц.
8 ми битный выход, размах напряжения от -15В до +15В.
Генератор построен на базе микроконтроллера atmel ATMEGA16, в качестве ЦАП была использована R-2R сеть, выход которой был пропущен через операционные усилители, что позволило регулировать амплитуду генерируемого сигнала и его смещение относительно земли.

Программное обеспечение было написано на Си, со вставкой на ассемблере. Генератор работает по принципу прямого цифрового синтеза. Подробно прочитать теоретический материал по проблемам цифрового синтеза сигналов можно по ссылкам в конце оригинальной страницы. Программа построена следующим образом. В ОЗУ МК выделяется массив на 256 элементов, в котором хранится значение генерируемого сигнала в количестве одного периода. Заполнение массива значения производится перед началом синтеза в зависимости от того, какой сигнал необходимо получить на выходе. Именно данный механизм позволяет описать генерируемый сигнал формулой, а не вручную забивать таблицей, как это сделано в других конструкциях. После запуска генератора 131072 раз в секунду начинает срабатывать прерывание, в котором происходит приращение значения аккумулятора, отсечение первых 8 бит от значения переменной и вызов соответствующего элемента массива. Весь процесс занимает 113 тактов микроконтроллера.

В отличие от аналогов, задание частоты производится с цифровой клавиатуры, а не при помощи кнопок «+» и «-», что повышает скорость использования генератора. Продумайте обязательно интерфейс управления прибором. Сколько необходимо совершить телодвижений что бы задать частоту 32698 Гц? Хорошая идея использовать энкодер.
Если на выходе необходимо получить только синусоидальный сигнал, то хорошей идеей будет установить фильтр низких частот, который бы отсекал шумы, на гармониках частоты дискретизации. Но это неприемлемо, если генератор сигналов на выходе имеет прямоугольный сигнал – фильтр завалит фронты.

Несмотря на то, что согласно теореме Котельникова (Найквиста) для восстановления с частотой f нужно производить отсчеты (дискретизацию) с частотой 2f восстанавливаемый сигнал будет иметь искажения формы. Таким образом хоть предельная восстанавливаемая частота составляет 65536 Гц реально потолок порядка 20 000 Гц. На высоких частотах форма сигнала синусоиду напоминать не будет совсем, поэтому при наладке схем учитывайте эту особенность.

Клавиатура представляет собой неполную матрицу 4*4 которая опрашивается динамически. ЖК экран Wh2602. Корпус приборный промышленный, куплен в МЭК. Окошки выпилены дремелем.

Исходный код прошивки

Что бы было бы неплохо сделать:
1) Реализовать программный или аппаратный ШИМ, что позволит использовать генератор для управления мощностью, отдаваемой в нагрузку.
2) Вывести отдельно прямоугольный сигнал высокой частоты, аппаратно генерируемый таймерами на МК (частоты порядка мегагерца)
Оригинал статьи (как обычно наверное ляжет)

Синусоидальный генератор своими руками

Генератор сигналов – вещь, немаловажная в радиолюбительском хозяйстве.
Конечно, при нашей всесторонней занятости и умении здраво оценивать ситуацию, оптимальными явились бы такие логические построения:
1. купить готовый DDS генератор у мастеровитых китайских хунвейбинов;
2. загрузить и пользовать программный продукт под названием – генератор сигналов на базе ПК.

Отличное умозаключение, но немного скучноватое. К тому же в некоторых случаях куда удобней пользоваться миниатюрным и почти ничего не потребляющим приборчиком на батарейке. Его можно систематически забывать выключить, ронять (желательно не в унитаз), шпынять и подвергать прочему физическому насилию. Всё равно работать будет как папа Карло, за себя и за всех отсутствующих!
Вот такой малопотребляющий и трудолюбивый персонаж легко можно соорудить на логических КМОП микросхемах.

Припадём к первоисточникам:

Выходы Q0-Q3 двоичного счетчика IC1 через логические элементы IC2 подключаются к общему проводу (0) или к питанию (+15 В) через резисторы суммирующего каскада IC3, номиналы которых подобраны соответствующим образом.
Для четырех выходов существует всего 16 комбинаций, так что один полупериод строится из 16 ступенек.
Изменение уровня на выходе Q4 меняет состояние на одном из двух входов каждого логического элемента «Исключающее ИЛИ».
При логической «1» на входе элемент служит инвертором, при «О» – повторителем. Поэтому половину периода формируется положительная полуволна синусоиды, а затем – отрицательная, и весь цикл снова повторяется.
Таким образом, полный период складывается из 32 шагов, и, следовательно, выходная частота составляет 1/32 часть частоты тактового сигнала.
Амплитуда выходного сигнала определяется резистором R5. Вместо ОР77 можно использовать какой-либо другой операционный усилитель с относительно большой скоростью нарастания выходного напряжения.

Перевод А. Бельского для журнала Радиолюбитель 10/2000.
От редакции. Микросхемы IC1 – IC3 можно заменить отечественными К561ИЕ16, К561ЛП2 и К544УД2.»

Измеренный коэффициент нелинейных искажений приведённого генератора – около 6% во всем диапазоне рабочих частот. Данные результаты получились с величинами резисторов: R1=10k, R2=25k, R3=51k, R4 – отсутствует. Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейности превысил 8%.

Более высокими характеристиками обладает схема, опубликованная в журнале Radioelektronik Audio-HiFi-V

«ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА.

Если радиолюбителю необходим источник синусоидального сигнала с частотой до 100 кГц, то такой сигнал можно сформировать с помощью регистра сдвига и фильтра низших частот.

Рис.2

Схема формирователя приведена на рис. 2. В нем используется регистр сдвига DD2 с суммированием сигналов с восьми его выводов на резистивной матрице.
На вход С микросхемы DD2 через инвертор на элементе DD1.1 подается тактовый сигнал формы меандр с частотой F. Использование обратной связи с выхода Q7 микросхемы DD2 на ее вход D через инвертор ВВ1.2 приводит к тому, что высокий уровень на всех выходах микросхемы DD2 сохраняется в течение прохождения восьми тактовых импульсов с учетом сдвига на каждом из выходов на один такт (рис. 3).

Рис.3

В течение действия 16 тактовых импульсов выходное напряжение изменяется от минимума до максимума (в течение первых восьми импульсов) и возвращается к исходному состоянию (в течение последующих восьми импульсов). Затем процесс повторяется.
Таким образом, на выходе устройства частота периодических колебаний будет в 16 раз меньше частоты поступающих тактовых импульсов.

Сигнал на выходе суммирующей матрицы ступенчатый. Весовая часть каждой «ступеньки» определяется сопротивлениями резисторов R2—R9, поэтому при регулировании устройства потребуется их подбор с тем, чтобы прирост/спад напряжения для каждой из «ступенек» был бы одинаков. Это позволит получить квазисинусоидальный сигнал с наименьшими искажениями.

Элементы R2—R9, R10, R12, кроме функции суммирующей матрицы, совместно с резистором R11 и конденсатором C3 выполняют роль фильтра нижних частот (ФНЧ), благодаря чему ступенчатое изменение напряжения на входе повторителя (микросхема DA1) приобретает форму подобия синусоидального.

Значения емкости конденсатора С3 для нескольких граничных частот ФНЧ приведены в таблице.

Граничная частота, (Гц) 10 10 2 10 3 10 4 10 5
Ёмкость конд. С3, (мкФ) 100 10 1,0 0,1 0,01

Примечание редакции. В конструкции генератора можно применить отечественные элементы: в качестве регистра сдвига — микросхему KP1561ПР1; элементов инверторов — KP1561ТЛ1; выходного повторителя — КР140УД7, скорректированной для работы с единичным усилением.

Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейных искажений не превышает 1% во всем диапазоне генерируемых частот.
Как часто водится, в оригинальном заграничном источнике допущена пустяковая, но вредоносная опечатка, которая прямиком перекочевала и на страницы отечественного журнала: вместо «Ёмкость конд. С3, (мкФ)» в таблице следует читать «Ёмкость конд. С3, (нФ)».

Для малоответственных измерений (не требующих высокой линейности формы сигналов) можно воспользоваться простейшей схемой функционального генератора, построенного всего на одной цифровой КМОП микросхеме.

К таким генераторам относят устройства, вырабатывающие синхронно изменяющиеся во времени сигналы разной формы. Устройство вырабатывает сигналы прямоугольной формы, треугольной формы и синусоидальный сигнал.
В зависимости от емкости конденсатора С3 частоту генерируемых колебаний можно изменить в пределах от 35 до 3500 Гц.
Основу генератора составляет компаратор на элементах D1.1 и D1.2. С выхода компаратора сигнал поступает на интегратор (С3, R6, D1.3).
Элемент D1.4 используют как нелинейный усилитель. Регулируя уровень входного напряжения резистором R7 на входе элемента D1.4, добиваются получения на его выходе синусоидальных колебаний.
Потенциометр R1 служит для получения симметричных колебаний, частоту импульсов меняют резистором R6.

Схема генератора высокой частоты, который вырабатывает сигналы в диапазоне от 10 до 50 МГц. Сигнал можно промодулировать по частоте подав НЧ напряжение от ГНЧ или микрофона. Девиация частоты зависит от величины этого напряжения ЗЧ. Если нужна девиация 50-100 кГц, то, при крайне верхнем .

Принципиальная схема самодельного генератора логических импульсов с частотой от 1 Гц до 10КГц, собран на микросхеме 4011 (К561ЛА7). При ремонте и налаживании схем на цифровых микросхемах может быть очень полезен генератор логических импульсов. В общем, это генератор прямоугольных импульсов .

Низкочастотный генератор синусоидального сигнала – очень важный прибор в лаборатории любого радиолюбителя.Возможно, такой уже есть у всех. Но все же хочу познакомить читателей журнала со своим генератором. Генератор выполнен в виде самостоятельного прибора, питающегося от электросети. Но шкала .

Простой самодельный генератор-пробник, с регулировкой выходной частоты от 100 Гц до 10000 Гц, выполнен на микросхеме К561ЛА7. Если нужно экспромтом проверить прохождение сигнала по аудиотракту многие корифеи пользуются собственным пальцем как генератором НЧ (50 Гц сетевых наводок), регулируя .

Принципиальная схема самодельного широкодиапазонного генератора синусоидального сигнала для лабораторных целей, выполнен на микросхеме МАХ038. Синусоидальный генератор является одним из важнейших приборов лаборатории радиолюбителя. Обычно делаютдва генератора, низкочастотный и высокочастотный .

Принципиальная схема простого генератора плавного диапазона на микросхеме HC4046, Частота до 50 MHz. Микросхема НС4046 (а так же аналогиMM74HC4046N, MJM74HC4046 и другие) представляет собой RC-генератор с ФАПЧ, способный генерировать стабильную частоту до 50 MHz, что позволяет сделать ГПД .

Приведена принципиальная схема низкочастотного генератора сигналов, который выполнен на ОУ КР140УД708. Низкочастотный генератор является одним из необходимейших приборов врадиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты .

Для питания электронных часов, а возможно и другой аппаратуры производства США и некоторых других стран, необходимо напряжение со стабильной частотой 60 Гц При наличии кварцевого резонатора на частоту 1966 08 кГц получить его несложно (см., например, статью В. Полякова “Преобразователь .

Предлагаемая конструкция генератора может быть использована при настройке каскадов радиоприемников, различных аналоговых и цифровых устройств. Генератор формирует низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) синусоидальные и прямоугольные колебания. Диапазон ВЧ колебаний 0,15. 1,6 МГц с плавной .

Формирователь содержит RC-триггер, собранный на логических элементах 2И-НЕ, интегрирующую цепь R1, R2, С1 и инвертор на транзисторе V1. При высоком логическом уровне на входе формирователя на выходе 1 появится высокий логический уровень, а на выходе 2 — низкий. При поступлении на вход .

В радиолюбительской практике часто возникает необходимости использовать генератор синусоидальных колебаний. Применения ему можно найти самые разнообразные. Рассмотрим как создать генератор синусоидального сигнала на мосту Вина со стабильной амплитудой и частотой.

В статье описывается разработка схемы генератора синусоидального сигнала. Сгенерировать нужную частоту можно и программно: Программа Audacity как простой генератор звука и шума

Наиболее удобным, с точки зрения сборки и наладки, вариантом генератора синусоидального сигнала является генератор, построенный на мосту Вина, на современном Операционном Усилителе (ОУ).

Мост Вина

Сам по себе мост Вина является полосовым фильтром, состоящим из двух RC фильтров. Он выделяет центральную частоту и подавляет остальные частоты.

Мост придумал, Макс Вин еще в 1891 году. На принципиальной схеме, сам мост Вина обычно изображается следующим образом:

Картинка позаимствована у Википедии

Мост Вина обладает отношением выходного напряжения ко входному b=1/3 . Это важный момент, потому что этот коэффициент определяет условия стабильной генерации. Но об этом чуть позже

Как рассчитать частоту

На мосту Вина часто строят автогенераторы и измерители индуктивности. Чтобы не усложнять себе жизнь обычно используют R1=R2=R и C1=C2=C. Благодаря этому можно упростить формулу. Основная частота моста рассчитывается из соотношения:

Практически любой фильтр можно рассматривать как делитель напряжения, зависящий от частоты. Поэтому при выборе номиналов резистора и конденсатора желательно, чтобы на резонансной частоте комплексное сопротивление конденсатора (Z), было равно, или хотя бы одного порядка с сопротивлением резистора.

Zc=1/ωC=1/2πνC

где ω (омега) — циклическая частота, ν (ню) — линейная частота, ω=2πν

Мост Вина и операционный усилитель

Сам по себе мост Вина не является генератором сигнала. Для возникновения генерации его следует разместить в цепи положительной обратной связи операционного усилителя. Такой автогенератор можно построить и на транзисторе. Но использование ОУ явно упростит жизнь и даст лучшие характеристики.

Коэффициент усиления на троечку

Мост Вина имеет коэффициент пропускания b=1/3. Поэтому условием генерации является то, что ОУ должен обеспечивать коэффициент усиления равный трем. В таком случает произведение коэффициентов пропускания моста Вина и усиления ОУ даст 1. И будет происходить стабильная генерация заданной частоты.

Если бы мир был идеальным, то задав резисторами в цепи отрицательной обратной связи, нужный коэфф усиления, мы бы получили готовый генератор.

Это неинвертирующий усилитель и его коэффициент усиления определяется соотношением: K=1+R2/R1

Но увы, мир не идеален.… На практике оказывается, что для запуска генерации необходимо, чтобы в самый начальный момент коэфф. усиления был немного больше 3-х, а далее для стабильной генерации он поддерживался равным 3.

Если коэффициент усиления будет меньше 3, то генератор заглохнет, если больше — то сигнал, достигнув напряжения питания, начнет искажаться, и наступит насыщение.

При насыщении, на выходе будет поддерживаться напряжение, близкое к одному из напряжений питания. И будут происходить случайные хаотичные переключения между напряжениями питания.

Поэтому, строя генератор на мосте Вина, прибегают к использованию нелинейного элемента в цепи отрицательной обратной связи, регулирующего коэффициент усиления. В таком случае генератор будет сам себя уравновешивать и поддерживать генерацию на одинаковом уровне.

Стабилизация амплитуды на лампе накаливания

В самом классическом варианте генератора на мосте Вина на ОУ, применяется миниатюрная низковольтная лампа накаливания, которая устанавливается вместо резистора.

При включении такого генератора, в первый момент, спираль лампы холодная и ее сопротивление мало. Это способствует запуску генератора (K>3). Затем, по мере нагрева, сопротивление спирали увеличивается, а коэффициент усиления снижается, пока не дойдет до равновесия (K=3).

Цепь положительной обратной связи, в которую был помещен мост Вина, остается без изменений. Общая принципиальная схема генератора выглядит следующим образом:

Элементы положительной обратной связи ОУ определяют частоту генерации. А элементы отрицательной обратной связи — усиление.

Идея использования лампочки, в качестве управляющего элемента очень интересна и используется по сей день. Но у лампочки, увы, есть ряд недостатков:

• требуется подбор лампочки и токоограничивающего резистора R*.
• при регулярном использовании генератора, срок жизни лампочки обычно ограничивается несколькими месяцами
• управляющие свойства лампочки зависят от температуры в комнате.

Другим интересным вариантом является применение терморезистора с прямым подогревом. По сути, идея та же, только вместо спирали лампочки используется терморезистор. Проблема в том, что его нужно для начала найти и опять таки подобрать его и токоограничиващие резисторы.

Стабилизация амплитуды на светодиодах

Эффективным методом стабилизации амплитуды выходного напряжения генератора синусоидальных сигналов является применение в цепи отрицательной обратной связи ОУ светодиодов (VD1 и VD2).

Основной коэффициент усиления задается резисторами R3 и R4. Остальные же элементы (R5, R6 и светодиоды) регулируют коэффициент усиления в небольшом диапазоне, поддерживая генерацию стабильной. Резистором R5 можно регулировать величину выходного напряжения в интервале примерное 5-10 вольт.

В дополнительной цепи ОС желательно использовать низкоомные резисторы (R5 и R6). Это позволит пропускать значительный ток (до 5мА) через светодиоды и они будут находиться в оптимальном режиме. Даже будут немного светиться 🙂

На показанной выше схеме, элементы моста Вина рассчитаны для генерации на частоте 400 Гц, однако они могут быть легко пересчитаны для любой другой частоты по формулам, представленным в начале статьи.

Качество генерации и применяемых элементов

Важно, чтобы операционный усилитель мог обеспечить необходимый для генерации ток и обладал достаточной полосой пропускания по частоте. Использование в качестве ОУ народных TL062 и TL072 дало очень печальные результаты на частоте генерации 100кГц. Форму сигнала было трудно назвать синусоидальной, скорее это был треугольный сигнал. Использование TDA 2320 дало еще более худший результат.

А вот NE5532 показа себя с отличной стороны, выдав на выходе сигнал очень похожий на синусоидальный. LM833 так же справилась с задачей на отлично. Так что именно NE5532 и LM833 рекомендуются к использованию как доступные и распространенные качественные ОУ. Хотя с понижением частоты гораздо лучше себя будут чувствовать и остальные ОУ.

Точность частоты генерации напрямую зависит от точности элементов частотозависимой цепи. И в данном случае важно не только соответствие номинала элемента надписи на нем. Более точные детали имеют лучшую стабильность величин при изменении температуры.

В авторском варианте были применены резистор типа С2-13 ±0.5% и слюдяные конденсаторы точностью ±2%. Применение резисторов указанного типа обусловлено малой зависимостью их сопротивления от температуры. Слюдяные конденсаторы так же мало зависят от температуры и имеют низкий ТКЕ.

Минусы светодиодов

На светодиодах стоит остановиться отдельно. Их использование в схеме синус генератора вызвано величиной падения напряжения, которое обычно лежит в интервале 1.2-1.5 вольта. Это позволяет получать достаточно высокое значение выходного напряжения.

После реализации схемы, на макетной плате, выяснилось, что из-за разброса параметров светодиодов, фронты синусоиды на выходе генератора не симметричны. Это немного заметно даже на приведенной выше фотографии. Помимо этого присутствовали небольшие искажения формы генерируемого синуса, вызванные недостаточной скоростью работы светодиодов для частоты генерации 100 кГц.

Диоды 4148 вместо светодиодов

Светодиоды были заменены на всеми любимые диоды 4148. Это доступные быстродействующие сигнальные диоды со скоростью переключения менее 4 нс. Схема при этом осталась полноценно работоспособной, от описанных выше проблем не осталось и следа, а синусоида приобрела идеальный вид.

На следующей схеме элементы моста вина рассчитаны на частоту генерации 100 кГц. Так же переменный резистор R5 был заменен на постоянные, но об этом позже.

В отличие от светодиодов, падение напряжения на p-n переходе обычных диодов составляет 0.6÷0.7 В, поэтому величина выходного напряжения генератора составила около 2.5 В. Для увеличения выходного напряжения возможно включение нескольких диодов последовательно, вместо одного, например вот так:

Однако увеличение количества нелинейных элементов сделает генератор более зависимым от внешней температуры. По этой причине было решено отказаться от такого подхода и использовать по одному диоду.

Замена переменного резистора постоянными

Теперь о подстроечном резисторе. Изначально в качестве резистора R5 был применен многооборотный подстроечный резистор на 470 Ом. Он позволял точно регулировать величину выходного напряжения.

Использование переменного резистора в подобных цепях нежелательно по двум основным причинам:

• ненадежность подвижного контакта
• наличие у многооборотных подстроечных резисторов паразитной индуктивности, которая может отрицательно сказаться на качестве выходного сигнала

При построении любого генератора крайне желательно наличие осциллографа. Переменный резистор R5 напрямую влияет на генерацию — как на амлитуду так и на стабильность.

Для представленной схемы генерация стабильна лишь в небольшом интервале сопротивлений этого резистора. Если соотношение сопротивлений больше требуемого — начинается клиппинг, т.е. синусоида будет подрезаться сверху и снизу. Если меньше — форма синусоиды начинает искажаться, а при дальнейшем уменьшении генерация глохнет.

Так же это зависит от используемого напряжения питания. Описываемая схема исходно была собрана на ОУ LM833 с питанием ±9В. Затем, без изменения схемы, ОУ были заменены на AD8616, а напряжение питания на ±2,5В (максимум для этих ОУ). В итоге такой замены синусоида на выходе подрезалась. Подбор резисторов дал значения 210 и 165 ом, вместо 150 и 330 соответственно.

Как подобрать резисторы «на глаз»

В принципе можно оставить и подстроечный резистор. Все зависит от требуемой точности и генерируемой частоты синусоидального сигнала.

Для самостоятельного подбора следует, в первую очередь, установить подстроечный резистор номиналом 200-500 Ом. Подав выходной сигнал генератора на осциллограф и вращая подстроечный резистор дойти до момента когда начнется ограничение.

Затем понижая амплитуду найти положение, в котором форма синусоиды будет наилучшей.Теперь можно выпаять подстроечник, замерить получившиеся величины сопротивлений и впаять максимально близкие значения.

Если вам требуется генератор синусоидального сигнала звуковой частоты, то можно обойтись и без осциллографа. Для этого, опять таки, лучше дойти до момента когда сигнал, на слух, начнет искажаться из-за подрезания, а затем убавить амплитуду. Убавлять следует до тех пор пока искажения не пропадут, а затем еще немного. Это необходимо т.к. на слух не всегда можно уловить искажения и в 10%.

Дополнительное усиление

Генератор синуса был собран на сдвоенном ОУ, и половина микросхемы осталась висеть в воздухе. Поэтому логично задействовать ее под регулируемый усилитель напряжения. Это позволило перенести переменный резистор из дополнительной цепи ОС генератора в каскад усилителя напряжения для регулировки выходного напряжения.

Применение дополнительного усилительного каскада гарантирует лучшее согласование выхода генератора с нагрузкой. Он был построен по классической схеме неинвертирующего усилителя.

Указанные номиналы позволяют изменять коэффициент усиления от 2 до 5. При необходимости номиналы можно пересчитать под требуемую задачу. Коэффициент усиления каскада задается соотношением:

Резистор R1 представляет из себя сумму последовательно включенных переменного и постоянного резисторов. Постоянный резистор нужен, чтобы при минимальном положении ручки переменного резистора коэффициент усиления не ушел в бесконечность.

Как умощнить выход

Генератор предполагался для работы на низкоомную нагрузку в несколько Ом. Разумеется ни один маломощный ОУ не сможет выдать необходимый ток.

Для умощнения, на выходе генератора разместился повторитель на TDA2030. Все вкусности такого применения этой микросхемы описаны в статье Схема повторителя напряжение на ОУ. Мощный повторитель напряжения на TDA2030.

А вот так собственно выглядит схема всего синусоидального генератора с усилителем напряжения и повторителем на выходе:

Генератор синуса на мосту Вина можно собрать и на самой TDA2030 в качестве ОУ. Все зависит от требуемой точности и выбранной частоты генерации.

Если нет особых требований к качеству генерации и требуемая частота не превышает 80-100 кГц, но при этом предполагается работа на низкоомную нагрузку, то этот вариант вам идеально подойдет.

Заключение

Генератор на мосту Вина — это не единственный способ генерации синусоиды. Если вы нуждаетесь в высокоточной стабилизации частоты то лучше смотреть в сторону генераторов с кварцевым резонатором.

Однако, описанная схема, подойдет для подавляющего большинства случаев, когда требуется получение стабильного, как по частоте так и по амплитуде, синусоидального сигнала.

Генерация это хорошо, а как точно измерить величину переменного напряжения высокой частоты? Для это отлично подходит схема которая называется Активный выпрямитель.

Низкочастотный измерительный генератор на лампах 6Н1П, 6П14П

Прибор, принципиальная схема которого приведена на рис. 1, представляет собой звуковой генератор, работающий в диапазоне частот от 23 гц до 32 кгц.

Весь диапазон частот разбит на четыре поддиапазона 23— 155 гц, 142— 980 гц, 800— 5500 гц, 4.9— 32 кгц. В приборе имеется индикатор выходного напряжения, а также делители плавный и ступенчатый, с помощью которых можно регулировать выходное напряжение от 10 мв до 10 в. Коэффициент нелинейных искажений ие превышает 3%. Точность измерения выходного напряжения 3%.

Принципиальная схема

Как видно из рис. 1, звуковой генератор состоит из двухкаскадиого возбудителя Л1, катодного повторителя Л2, выходного устройства и выпрямителя.

Возбудитель собран по схеме с реостатно-емкостной настройкой и представляет собой двухкаскадный усилитель низкой частоты с положительной обратной связью. Первый каскад усиления собран на левом триоде лампы Л1 с нагрузкой в виде резистора R17. Второй каскад усиления собран на правом триоде лампы Л1.

В качестве нагрузки используется резистор R18. Связь между каскадами осуществляется через конденсатор С6.

Необходимая для возникновения колебаний положительная обратная связь подается из анодной цепи правого триода на управляющую сетку левого триода через конденсатор большой емкости С5 и делитель, состоящий из двух участков: резистора R14, соединенных последовательно конденсаторов С1, С2 и резистора R7 и соединенных параллельно конденсаторов С3, С4.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора звуковой частоты на лампах.

Напряжение, воздействующее на управляющую сетку левого триода Л1, снимается с параллельного участка делителя R7. С3, С4. Применение частотнозависимого делителя позволяет получить условия самовозбуждения только для одной частоты, при которой сдвиг фаз между напряжением положительной обратной связи на управляющей сетке левого триода (делителе R7, СЗ, С4) и аноде правого триода Л1 равен нулю. Это позволяет получить с помощью такого генератора синусоидальные колебания.

Для изменения частоты генерации необходимо изменять параметры элементов, входящих в цепочки делителя. В данной схеме плавное изменение частоты осуществляется изменением емкости сдвоенного конденсатора СІ, С4, а скачкообразное — переключателем В1, который изменяет величины резисторов, входящих в цепочки делителя (R5, R6 и R12, R13; R3, R4 и R10, R11; R1, R2 и R8, R9).

Как показывают расчеты, при любой частоте и а управляющую сетку левого триода лампы Л1 будет всегда поступать достаточно большое напряжение, поэтому каскады усилителя из-за перегрузки будут вносить большие искажения.

Уменьшения этих искажений добиваются с помощью отрицательной обратной связи, цепь которой состоит из переменного резистора R15, постоянного резистора R16 и включенных в левый катод лампы ламп накаливания Л3, Л4.

Цепь отрицательной обратной связи стабилизирует также выходное напряжение, которое сравнительно сильно меняется при изменении частоты. При увеличении выходного напряжения возбудителя увеличивается глубина отрицательной обратной связи, снижающей коэффициент усиления первого каскада генератора. Таким образом, выходное напряжение генератора окажется стабилизированным по диапазону.

Наименьшие искажения на выходе возбудителя будут тогда, когда напряжение, снимаемое с параллельной ветви делителя, близко к напряжению отрицательной обратной связи, величина которой при регулировке прибора устанавливается с помощью переменного резистора R15.

С выхода возбудителя через переходной конденсатор С7 напряжение звуковой частоты подается на вход катодного повторителя, собранного на лампе Л2. Нагрузкой лампы служит потенциометр R23.

Делителем, состоящим из резисторов R22, R21, устанавливается необходимый режим работы этого каскада. Резистор R20 ограничительный. Применение катодного повторителя, имеющего большое входное сопротивление, позволяет уменьшить реакцию нагрузки на частоту генератора и величину искажений, вносимых выходным каскадом.

Выходное устройство состоит из плавного (R23) и ступенчатого (R26, R27; R28,. R29) делителей и обычного диодного вольтметра, в котором используется гальванометр со шкалой 50 мка. Резисторы R24, R25 установочные. Применение резистора R30 позволяет получить лучшую линейность шкалы.

Детали

Выпрямитель собран по обычной двухполупериодной схеме удвоения напряжения. Питание прибора может осуществляться от сети переменного тока с напряжением 110. 127 и 220 в.

Расположение деталей на шасси показано на рис. 2. Шасси размером 180X X 170×63 мм изготавливают из алюминия толщиной 2 мм. К нему прикреплена передняя панель размером 150Х 180 мм.

Вид со стороны передней панели показан на рис. 3, со стороны монтажа — на рис. 4. Возможно и другое расположение деталей, однако следует стремиться, чтобы трансформатор питания Тр1 был максимально удалей от сеточных цепей лампы Л1.

Во избежание паразитных наводок блок переменных конденсаторов С1-С4, а также резисторы, входящие в состав частотно-зависимых делителей и выходного устройства (R26—  R29), желательно экранировать стальным экраном.

Блок переменного конденсатора при креплении изолируют от шасси. Для устранения влияния руки на работу генератора ось этого конденсатора с помощью изоляционной втулки удлинена.

Переключатель В1 двухплатный на четыре положения. Вторая плата использована для крепления отдельных резисторов частотно-зависимого делителя.

Лампы Л3, Л4 использованы от кинопроектора «Луч» (110 в, 8 вт). Можно применить одну лампу на 220 в мощностью 10—  25 вт. Трансформатор питания от приемника «Рекорд-53М». Можно использовать трансформаторы и от приемников «Москвич-В», «Волна», АРЗ-52 и др.

Рис. 2. Внешний вид прибора.

Рис. 3. Передняя панель лампового генератора звуковой частоты.

Для удобства налаживания прибора ветви частотно-зависимого делителя составляются из двух последовательно соединенных резисторов (R1, R2, R8, R9 и т. д.).

Рис. 4. Монтаж внутри корпуса прибора.

Налаживание

Налаживание генератора начинают с проверки работы выпрямителя. Под нагрузкой напряжение на выходе выпрямителя должно быть равно 280—320 в. Ток, потребляемый прибором от выпрямителя, должен лежать в пределах 30—35 ма.

После этого к выходу генератора (1/1—Гн1) подключают осциллограф н добиваются на самом низкочастотном поддиапазоне устойчивых колебаний и отсутствия искажений. На форму кривой генерируемых колебаний в значительной степени влияет величина отрицательной обратной связи.

При слабой отрицательной обратной связи (R15 велико) получаются более устойчивые колебания, но с заметными искажениями формы.

При сильной связи колебания срываются. Поэтому подбором величины отрицательной обратной связи (R15) находят компромиссное решение: глубину обратной связи выбирают такой, при которой обеспечивается достаточно устойчивая генерация на всем диапазоне частот и хорошая форма кривой.

Для градуировки шкалы генератора можно воспользоваться измерителем частоты или генератором звуковых частот. В последнем случае градуировка каждой из четырех шкал осуществляется с помощью фигур Лиссажу, наблюдаемых на экране трубки осциллографа.

Градуировка индикатора выхода производится с помощью лампового образцового вольтметра, который подключается между точками а—  б схемы.

Изменение напряжения, подаваемого на вход делителя (или индикатора), осуществляется потенциометром R23, на котором выделяется переменная составляющая напряжения порядка 13 в.

Установив напряжение на образцовом вольтметре 10 в переменным резистором R24, добиваются, чтобы стрелка индикатора отклонилась на всю шкалу. Устанавливая по образцовому вольтметру потенциометром R23 напряжение, соответствующее 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 и 1 в, каждый раз делают соответствующие пометки на шкале индикатора цА.

Следует указать, что наличие постоянной емкости С2 в верхней ветви делителя значительно улучшает условия возникновения колебаний на высоких частотах и способствует выравниванию амплитуды колебаний возбудителя при любом положении блока конденсаторов переменной емкости. При отсутствии лампы 6П14П ее можно заменить лампами типа 6П15П, 6П18П или 6Ж5П.

Делитель напряжения при точном выборе значений, указанных на схеме резисторов, никаких подгонок не требует. Следует лишь учесть, что необходимое ослабление, которое дает делитель, будет иметь место лишь в том случае, если со,-противление нагрузки в несколько раз превышает сопротивление делителя, к которому эта нагрузка присоединяется.

Источник: С. Л. Матлин — Радиосхемы (пособие для радиокружков), 1974г.

Простой генератор звуковой частоты для проверки унч. Генератор звуковых частот схема. Функциональный транзисторный генератор

Нуждаются при настройке в эталонном сигнале постоянной величины. Многие испытывают и настраивают схемы УНЧ просто коснувшись пальцем входа или подав музыкальную мелодию от ПК или смартфона, более продвинутые радиолюбители запускают специальные тестовые программы, но правильнее всего будет собрать маленький и простой малошумящий тестовый генератор, чтобы раз и навсегда решить этот вопрос.

Схема генератора ЗЧ для проверки УНЧ

Схема транзисторного генератора для тестирования УНЧ

Данная схема представляет собой генератор синусоидальных сигналов с тремя переключаемыми частотами: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, и благодаря низкому гармоническому искажению — 0,11%, 0,23% и 0,05% соответственно при максимальном выходном напряжении, устройство действительно хорошо работает во время испытаний и измерений параметров усилительных аудиоустройств.

Плата генератора для проверки УНЧ

Выходное напряжение генератора устанавливается в 2-х поддиапазонах 0 — 77,5 мВ и 0 — 0,775 В (RMS). Частоты выбираются с помощью переключателя S1, выходной диапазон напряжений — S2.

Расположение деталей на плате генератора ЗЧ

Калибровка частот на каждом из поддиапазонов выполняется с помощью частотомера и потенциометров R3, R4 и R5. Откалибруйте величину выходного напряжения с помощью милливольтметра.

Осциллограмма сигнала выхода 1

Осциллограмма сигнала выхода 2

Питание схемы возможно от 8 — 15 В. Стабилизатор 78L05 с двумя диодами 1N4148 снижает входное напряжение до 6,2 В. Потребляемый ток около 4,5 мА, поэтому с целью предельного уменьшения шумов и возможности использовать тестер автономно — запитывайте его от батареек (аккумуляторов).

Генератор звуковых частот описание работы схемы

Генератор звуковых частот схема на транзисторах

Два транзистора — полевой VT1 и биполярный VT2 — включены по схеме составного повторителя, имеющего небольшой коэффициент усиления и повторяющего на выходе фазу входного сигнала. Глубокая отрицательная обратная связь (ООС) через резисторы R7, R8 стабилизирует и усиление, и режим транзисторов.

Но для возникновения генерации нужна еще положительная обратная связь с выхода усилителя на его вход. Она осуществляется через так называемый мост Вина — цепочку из резисторов и конденсаторов R1…R4, С1…С6. Мост Вина ослабляет как низкие (из-за возрастающего емкостного сопротивления конденсаторов С4…С6), так и высокие (из-за шунтирующего действия конденсаторов С1…СЗ). На центральной же часто-те настройки, примерно равной 1/271RC, его коэффициент передачи максимален, а фазовый сдвиг равен нулю. На этой часто-те и возникает генерация.

Изменяя сопротивления резисторов и емкость конденсаторов моста, часто-ту генерации удается изменять в широких пределах. Для удобства пользования выбран десятикратный диапазон изменения частоты сдвоенным переменным резистором R2, R4, а диапазоны частот переключаются (Sla, Sib) конденсаторами C1…С6.

Для перекрытия всех звуковых частот от 25 Гц до 25 кГц достаточно трех диапазонов, но при желании можно добавить и четвертый, до 250 кГц (так сделано у автора). Выбрав несколько большие емкости конденсаторов или сопротивления резисторов, можно сместить диапазон частот вниз, сделав его, например, от 20 Гц до 200 кГц .

Следующий важный момент в проектировании звукового генератора — стабилизации амплитуды выходного напряжения. Для простоты здесь использован самый древний и надежный способ стабилизации — с помощью лампы накаливания. Дело в том, что сопротивление нити лампы возрастает при изменении температуры от холодного состояния до полного накала почти в 10 раз! Малогабаритная индикаторная лампочка VL1 с сопротивлением в холодном состоянии около 100 Ом включена в цепи ООС. Она шунтирует резистор R6, при этом ООС невелика, ПОС преобладает и возникает генерация. По мере роста амплитуды колебаний нить лампы нагревается, ее сопротивление растет, и ООС увеличивается, компенсируя ПОС и тем самым ограничивая рост амплитуды.

На выходе генератора включен ступенчатый делитель напряжения на резис-торах R10…R15, позволяющий получить калиброванный сигнал амплитудой от1 мВ до 1 В . Резисторы делителя распаяны прямо на выводах стандартного пятиштырькового разъема от аудиоаппаратуры. Питание генератор получает от любого источника (выпрямителя, аккумулятора, батареи), часто от того же самого, от которого питается и испытываемое устройство. Напряжение питания на транзисторах генератора стабилизировано цепочкой R11, VD1. Резистор R11 имеет смысл заменить такой же лампой накаливания, как и VL1 (индикаторная телефонная, в «карандашном» исполнении) — это расширит пределы возможных напряжений питания. Потребляемый ток — не более15…20 мА .

В генераторе можно применять детали практически любых типов, но особое внимание надо обратить на качество сдвоенного переменного резистора R2, R4. Автор применил довольно крупный прецизионный резистор от какой-то устаревшей аппаратуры, но подойдут и сдвоенные резисторы от регуляторов громкости или тембра стереоусилителей. Стабилитрон VD1 — любой маломощный, на напряжение стабилизации6,8…9 В .

При налаживании надо обратить внимание на плавность возникновения генерации примерно в среднем положении движка под-строечного резистора R8. При слишком малом его сопротивлении генерация может прекращаться в некоторых положениях ручки установки частоты, а при слишком большом может наблюдаться искажение синусоидальной формы сигнала — ограничение. Следует также измерить напряжение на коллекторе транзистора VT2, оно должно равняться примерно половине напряжения стабилизированного питания. При необходимости подбирают резистор R6 и, в крайнем случае, тип и экземпляр транзистора YT1. В ряде случаев помогает включение последовательно с лампой накаливания VL1 электролитического конденсатора емкостью не менее100 мкФ («плюсом» к истоку транзистора). В заключение резистором R10 выставляют на выходе амплитуду сигнала1 В и градуируют шкалу частоты с помощью цифрового частотомера. Она общая для всех диапазонов.

Особенностью данной схемы звукового генератора является та, что вней все построено на микроконтроллере ATtiny861 и SD карта памяти. Микроконтроллер Tiny861 ссостоит из двух ШИМ-генераторов и благодаря этому способен генерировать качественный звук, а кроме того способен управлять генератором внешними сигналами. Этот генератор звуковых частот можно использовать для проверки звучания высококачественной динамиков или в простых радиолюбительских самоделках типа электронного звонка.

Генератор звуковых частот схема на таймере

Генератор звуковых частот построен на популярной микросхеме таймере KP1006ВИ1 (почти по стандартной схеме. Частота выходного сигнала около 1000 Гц. Ее можно в большом диапазоне корректировать регулированием номиналов радиокомпонентов С2 и R2. Выходную часто-ту в этой конструкции рассчитывают по формуле:

F = 1,44/(R 1 +2×R 2)×C 2

Выход микросхемы не способен обеспечить большую мощность, поэтому на полевом транзисторе выполнен усилитель мощности.

Генератор звуковых частот на микросхеме и полевом ключе

Оксидный конденсатор С1 предназначен для сглаживания пульсаций блока питания. Емкость СЗ, подключённый к пятому выводу таймера используется для защиты от помех вывода управляющего напряжения.

Подойдет любой стабилизированный, с выходным напряжением от 9 до 15 вольт и током 10 А.

В данной статье описывается простой генератор звуковых частот, проще говоря — пищалка. Схема простая и состоит всего из 5 элементов, если не считать батарейку и кнопку.

Описание схемы:
R1 задает смещение на базу VT1. А с помощью C1 осуществляется обратная связь. Динамик является нагрузкой VT2.

Сборка:
Итак, нам понадобится:
1) Комплементарная пара из 2х транзисторов, то есть один NPN и один PNP. Подойдут практически любые маломощные, например КТ315 и КТ361 . Я использовал то, что было под рукой — BC33740 и BC32740.
2) Конденсатор 10-100нФ, я использовал 47нФ (маркировка 473).
3) Подстроечный резистор около 100-200 кОм
4) Любой маломощный динамик. Можно использовать наушники.
5) Батарейка. Можно практически любую. Пальчиковую, или крону, разница будет только в частоте генерации и мощности.
6) Небольшой кусок фольгированного стеклотекстолита, если планируется делать все на плате.
7) Кнопка или тумблер. Мной была использована кнопка из китайской лазерной указки.

Итак. Все детали собраны. Приступаем к изготовлению платы. Я сделал простенькую плату поверхностного монтажа механическим путем (то есть при помощи резака).

Итак, все готово к сборке.

Сначала монтируем основные компоненты.

Потом впаиваем провода питания, батарейку с кнопкой и динамик.

На видео показана работа схемы от 1.5В батарейки. Подстроечный резистор меняет частоту генерации

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ315Б	1			В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ361Б	1			В блокнот
C1	Конденсатор	10-100нФ	1			В блокнот
R1	Резистор	1-200 кОм	1

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

Автоколебательные транзисторные приборы

Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:

• по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
• по типу выдаваемого сигнала;
• по алгоритму действия.

Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:

• 30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
• 300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
• 3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
• более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.

Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.

Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:

• синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
• функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
• генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.

Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:

• RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
• LC – основная область применения – высокие частоты;
• Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Дополнительная информация. Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

Функциональный транзисторный генератор

Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).

Различают три основных вида импульсов:

• прямоугольные;
• треугольные;
• пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Генераторы импульсов на полевых транзисторах

Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.

Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.

Регенераторы

LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.

Генератор шума

Главное отличие – равномерная характеристика нч и вч частот в требуемом диапазоне. Это означает, что амплитудная характеристика всех частот этого диапазона не будет отличаться. Используются преимущественно в аппаратуре для измерений и в военной отрасли (особенно самолёто,- и ракетостроении). Кроме того, применяют для восприятия звука человеческим ухом – так называемый «серый» шум.

Простой звуковой генератор своими руками

Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.

При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.

Видео

В ремонтной и любительской практике для быстрой проверки исправности высокочастотных, низкочастотных радиотехнических цепей и дли обнаружения неисправностей в телевизорах, радиоприемниках н другой аппаратуре можно использовать следующие приборы.

Генератор-пробник на одном транзисторе предназначен для быстрой проверки каскадов усилителей или радиоприемников. Принципиальная схема генератора-пробника изображена на рис. 1. Он вырабатывает импульсное напряжение с амплитудой, достаточной для проверки предоконечных и входных каскадов усиления низкочастотных конструкций.

Рис. 1. Генератор-пробник на одном транзисторе.

Помимо основной частоты на выходе пробника будет большое количество гармоник, что позволяет пользоваться им и для проверки высокочастотных каскадов — усилителей промежуточной и высокой частоты, гетеродинов, преобразователей.

Генерация возникает за счет сильной положительной обратной связи между коллекторной и базовой цепями транзистора. Снимаемый с базовой обмотки трансформатора Тр1 сигнал подается через конденсатор С1 на потенциометр R1, регулирующий выходное напряжение пробника.

Трансформатор намотан на небольшом отрезке ферритового стержня. Обмотка I содержит 2000 витков провода ПЭЛ 0,07, а обмотка II — 400 витков провода ПЭЛ 0,1.

Транзистор типа МП39—МП42. Батарея питания — элемент «332» напряжением 1,5 В или малогабаритный аккумулятор.

Пробник собирается в небольшом футляре (рис. 1б). Для подключения к шасси или общему проводу проверяемой конструкции выводится гибкий монтажный провод с зажимом «крокодил» на конце.

В качестве металлического щупа используется медицинская игла от шприца «Рекорд». На торце футляра устанавливается потенциометр, на ручке которого нанесена риска, позволяющая судить о выходном сигнале.

Генератор-пробник на двух транзисторах без трансформатора

Генератор-пробник на двух транзисторах без трансформатора вырабатывает прямоугольные импульсы и позволяет проверять все каскады усилителя или радиоприемника.

Рис. 2. Генератор-пробник на двух транзисторах.

Причем частоту колебаний можно изменять емкостью конденсатора С1: с увеличением емкости частота понижается. А изменение сопротивления резисторов влияет на форму выходных колебаний: с увеличением R2 и уменьшением R3 нетрудно добиться синусоидальных колебаний на выходе и превратить таким образом пробник в звуковой генератор с фиксированной частотой. Транзисторы, батарея питания и внешнее оформление такие же, как и в генераторе-пробнике на одном транзисторе.

Щуп-генератор радиолюбительский предназначен для проверки исправности высокочастотных и низкочастотных радиотехнических цепей бытовой аппаратуры (радиоприемники, телевизоры, магнитофоны). Принципиальная схема щупа изображена на рис. 3.

Представляет собой мультивибратор, собранный на транзисторах Т1, Т2. Снимаемый сигнал прямоугольной формы, частота колебаний порядка 1000 Гц, амплитуда импульсов не менее 0,5 В. Щуп-генератор собран в пластмассовом корпусе, длина щупа вместе с иглой 166 мм, диаметр корпуса 18 мм.

Питание от одного элемента «316» напряжением 1,5 В. Для включения щупа-генератора необходимо нажать кнопку и острием щупа коснуться проверяемого каскада прибора. Каскады рекомендуется проверять последовательно, начиная от входного устройства.

Рис. 3. Щуп-генератор радиолюбительский.

При исправности проверяемого каскада на выходе будет прослушиваться характерный звук (динамик, телефон) или полоса (кинескоп).

При проверке приборов, не имеющих на выходе динамика или кинескопа, индикатором могут служить высокоомные головные телефоны типа ТОН-2. Категорически запрещается проверять цепи с напряжением выше 250 В. При проверке цепей касаться руками корпуса проверяемого прибора запрещается.

Малогабаритный прибор для обнаружения неисправностей в ТВ

Малогабаритный прибор для обнаружения неисправностей в телевизорах, радиоприемниках и другой бытовой радиоаппаратуре посредством прослушивания звука в динамике проверяемого устройства, наблюдения изображения на экране телевизора или подключения на выход проверяемого устройства другого индикатора (вольтметр, головные телефоны, осциллограф и т. п.).

Прибор позволяет проверять в телевизорах: сквозной канал, канал изображения, канал звука, цепи синхронизации, линейность кадровой развертки; в радиоприемниках: сквозной тракт, канал УПЧ, детектора и УНЧ.

Прибор представляет собой генератор сигнала сложной формы. Низкочастотная составляющая сигнала имеет частоту повторения 200— 850 Гц. Высокочастотная составляющая имеет частоту 5—7 МГц. Указанный сигнал позволяет получать 2—20 горизонтальных полос на экране телевизора и звук в динамике.

Рис. 4. Малогабаритный прибор для обнаружения неисправностей в телевизорах.

Напряжение сигнала на выходе прибора регулируется потенциометром. Прибор питается от батареи «Крона-ВЦ». Потребляемый ток не более 3 мА.

Габаритные размеры прибора без гибкого вывода не более 245 X X 35 X 28 мм. Длина гибкого вывода не менее 500 мм. Масса прибора не более 150 г.

Электрическая схема прибора изображена иа рис. 4, а. Генератор с прерывистым возбуждением выполнен на транзисторе Т1 по схеме с общей базой.

Прерывистое возбуждение генератора обеспечивает наличие в цепи эмиттера цепочки R3, С4. Сигнал на эмиттере транзистора 77 складывается из прерывистого высокочастотного напряжения и напряжения заряда и разряда конденсатора С4.

На транзисторе Т2 выполнен эмиттерный повторитель, служащий для повышения стабильности работы генератора и уменьшения входного сопротивления прибора. Регулировка выходного уровня сигнала производится с помощью потенциометра R5.

Корпус прибора выполнен в виде двух разъемных крышек, изготовленных из ударопрочного полистирола (рис. 4,6). Крышки соединяются с помощью винта и наконечника, который также используется для подключения прибора к проверяемому устройству. В корпусе размещается плата прибора и батарея питания «Крона-ВЦ». К шасси проверяемого устройства прибор подключается зажимом типа «крокодил».

Для определения неисправности усилительных трактов схему проверяют покаскадно, начиная с конца проверяемого тракта. Для этого на вход каскада подают сигнал касанием наконечника прибора, при этом отсутствие сигнала на индикаторе (экран телевизора, динамик, вольтметр, осциллограф, головные телефоны и т. д.) будет свидетельствовать о неисправности каскада.

Для определения нелинейности изображения по вертикали необходимо: получить изображение горизонтальных полос; измерить минимальное и максимальное расстояние между двумя соседними полосами; определить нелинейность по вертикали по формуле:

где Н — нелийность, %; Iмакс — максимальное расстояние между полосами; Iмнннм — минимальное расстояние между полосами. Об устойчивости синхронизации изображения судят по устойчивости горизонтальных полос на экране телевизора.

Следует иметь в виду, что прибор рассчитан на подключение к точкам электрических схем, напряжение которых не превышает 250 В относительно корпуса. Под напряжением понимается сумма постоянного и импульсного напряжений, действующих в схеме.

Низкозатратный функциональный генератор-усилитель DIY

Введение

Большинство функциональных генераторов способны работать только на пару сотен миллиампер, что нормально для большинства приложений. Если вам нужен больший выходной ток, вы можете выложить 400 долларов за профессиональный усилитель-генератор сигналов или сделать то же самое, что и я, и собрать его вместе менее чем за 40 долларов.

Генератор сигналов — незаменимый инструмент для разработки и тестирования электронных устройств.Вы можете захотеть, чтобы ваш мог выдавать больше тока. Вы можете проверить свою конструкцию источника питания, подавая напряжение питания с шумом, или вы можете посмотреть, как он справится с определенным количеством входных пульсаций. Если вы делаете это регулярно, возможно, вы захотите приобрести профессиональное оборудование. Но, если у вас ограниченный бюджет или такие вещи нужны только время от времени, продолжайте читать.

Предыстория

Когда я впервые начал изучать электронику в начальной школе, я мечтал построить все, что захочу.После покупки компонентов в единичном количестве у Digi-Key для моих первых нескольких проектов я получил печальный урок.

Практически всегда изготовление чего-либо самому обходится дороже, чем покупка готового продукта.

Именно тогда я написал Золотое правило Тима строительной электроники:

«Я не буду строить то, что можно купить, если мое не станет лучше или дешевле».

Итак, прежде чем приступить к этому проекту, я проверил, есть ли на рынке какие-нибудь недорогие устройства.Самым дешевым вариантом, который я смог найти, был Siglent SPA1010 по цене чуть меньше 400 долларов. Это подразделение будет работать в большинстве случаев, но только имеет максимальный выходной ток 1.1Amps, который просто не было достаточно для меня.

Рисунок 1 — Siglent SPA 1010

Генератор сигналов усилитель DIY

Не найдя недорогого варианта, я решил разработать свой собственный усилитель-генератор сигналов.

Я надеялся, что смогу разработать усилитель на базе мощного операционного усилителя.Поиск OP Amp с максимальной выходной мощностью на Digi-Key выявил OPA541 и OPA549.

OPA541 может обрабатывать шины +/- 35 В, тогда как OP549 может обрабатывать только шины +/- 30 В.

Так как больше напряжения = больше лучше , я выбрал OPA541.

Мне понравился этот выбор, и я почувствовал себя еще лучше, когда услышал в их подкасте, что ребята из Macrofab разрабатывают источник питания, использующий тот же операционный усилитель. Теперь мне просто нужно было создать схему и развести печатную плату (с огромным радиатором) для работы с OPA541.

Подожди, Тим! Не забывай о своем золотом правиле!

Перед тем, как приступить к разработке, я решил посмотреть, есть ли какие-нибудь коммутационные платы для OPA541 (желательно с радиатором). У обычных подозреваемых (Adafrut, Sparkfun и т. Д.) Ничего найти не удалось, но кое-что я нашел на Aliexpress.

Как и большинство вещей на Алиэкспресс, это выглядело слишком хорошо, чтобы быть правдой. Я нашел коммутационную плату OPA541 с бесплатной доставкой за 35 долларов.Один только OPA541 стоит от Digi-Key почти 22 доллара в разовой партии. Итак, я заказал один плюс несколько кабелей SMA-BNC по 3 доллара каждый.

Рисунок 2 — OPA541 стоит почти 22 доллара в одиночном разряде

Рисунок 3 — Недорогие кабели SMA — BNC

Несколько недель спустя прибыло устройство и выглядело, как рекламируется.

Как и ожидалось, к усилителю пришла нулевая документация.Схема выглядела простой, поэтому я знал, что могу реконструировать ее в случае необходимости. Вместо этого я решил включить его и посмотреть, что произошло. Сразу стало очевидно, что он использовал емкостную связь по переменному току, потому что он только усиливал сигналы переменного тока, игнорируя любое применяемое смещение постоянного тока.

Мне нечего терять, и я отправил сообщение продавцу на Алиэкспресс с просьбой предоставить схему. Я получил ответ из одного слова «электронное письмо».

Я отправил ему свой адрес электронной почты, и он прислал мне ссылку и пароль на китайский сайт обмена файлами, который дал схему устройства в формате PDF.Потрясающий!

* Нажмите для увеличения

Я заметил, что значения для многих компонентов неверны, поэтому разметил схему, чтобы показать фактические значения. Схема немного запутана по моим меркам, но понять, как она работает, было несложно. Это двухкаскадный усилитель. Оба каскада настроены как неинвертирующие: первый имеет коэффициент усиления 3, а второй — 11, что дает общий коэффициент усиления 33.

* Нажмите для увеличения

Самая безумная вещь, которую я обнаружил на , заключалась в том, что операционный усилитель первой ступени — это OPA445, высоковольтный операционный усилитель, который стоит более 10 долларов в разовом количестве!

Это плюс OP541 (который стоит 21 доллар) означает, что я получил только чипы на 31 доллар за 35 долларов.Если предположить, что эти части законны, это хорошая сделка в моей книге. Даже если операционные усилители являются поддельными, печатная плата, радиатор и разъемы по-прежнему стоят 35 долларов, если учесть, что моей альтернативой было спроектировать и сделать свою собственную с нуля.

Рисунок 4 — Операционный усилитель для модуля OPA541

Ниже приведены сравнения запчастей из Китая и запчастей, приобретенных непосредственно у Digi-Key. Они не выглядят одинаково, поэтому я не уверен, подлинные ли детали из Китая.

Есть два варианта OPA541AP. Один имеет суффикс G3. Возможно, этим объясняется разница между пакетами.

Если кто-нибудь знает об этих микросхемах побольше, пишите в комментариях.

Чтобы устройство могло усиливать постоянный ток, я заменил C4 и C5 резисторами 0 Ом. См. Ниже, где я удалил C4, что позволило мне припаять на его место резистор 0 Ом.

Прочие изменения

Я изменил общее усиление на 10, чтобы упростить требуемые вычисления в уме.

Для изменения прироста сделал следующее:

• R2 поменял на 10к. Поскольку R1 уже был 10 кОм, это установило усиление первого каскада на 2. [1 + 10 кОм / 10 кОм = 2]
• R4 изменился на 2,55 кОм, а R7 изменился на 10,2 кОм, что установило усиление второй ступени на 5. [1 + 10,2 кОм / 2,55 кОм = 5]
• Модернизировал основные конденсаторы марки Sanyo с помощью конденсаторов Panasonic с номиналом 63 В, потому что оригинальные конденсаторы были рассчитаны только на 35 В, несмотря на то, что схема требовала номинального напряжения 50 В.

Окончательная схема

Ниже представлена ​​окончательная схема, включающая все мои модификации.

* Нажмите для увеличения

Тестирование

После завершения модификаций пришло время проверить работоспособность.

Я подключил усилитель к нашему Rigol DP832 и настроил DP832 на подачу +/- 30 вольт, как показано на схеме ниже.

Для первого теста я подавал постоянный сигнал постоянного напряжения 2,5 В. Как и ожидалось, усилитель выдает постоянное напряжение 25 В благодаря нашему 10-кратному усилению. Мы подали выходной сигнал на нашу программируемую нагрузку BK Precision 8600 и установили ее на 2,9 А, что близко к максимуму 3 А для нашего блока питания Rigol DP832. Нам удалось получить более 72 Вт на программируемую нагрузку! Милая!

Наш блок питания работал почти на максимальную мощность 3 А и подавал 87.7 Вт. Поскольку он выдавал 87,7 Вт, а наша нагрузка — 72,3 Вт, усилитель рассеивал бы разницу между этими двумя значениями, или 15,4 Вт.

Тепловое изображение (и ожог на моей руке от прикосновения к OPA541) подтверждает, что усилитель нагревается.

Он стал горячим, но все еще работал при температуре ниже предела 125 ° C, как показано во фрагменте таблицы данных ниже:

Чтобы свести к минимуму рассеивание тепла, мы должны не забыть установить напряжение источника питания всего на несколько вольт выше желаемого максимального выходного напряжения усилителя.Это уменьшит дифференциал напряжения и, следовательно, уменьшит мощность, рассеиваемую усилителем.

Затем я последовательно подключил две автомобильные лампочки на 12 В, чтобы они действовали как нагрузка, и подключил наш дифференциальный осциллографический зонд через нагрузку.

Затем я подключил функциональный генератор и установил синусоидальную волну 1 кГц на 2,5 вольта от пика до пика.

Осциллограф показывает пиковую синусоидальную волну ~ 25 В на частоте 1 кГц, как и ожидалось.

Ниже приведено видео, показывающее ту же настройку, но с частотой 0,5 Гц.

Заключение

В целом я вполне доволен вложением в 40 долларов. Несколько недель ожидания с последующими несколькими минутами пайки стали отличным дополнением к испытательному стенду. Это пригодится для тестирования будущих электронных разработок.

Узнайте больше об услугах DMC по разработке и встроенному программированию или свяжитесь с нами, чтобы начать разработку работающего решения.

Генератор сигналов крайне низкой частоты

Вам когда-нибудь требовалась синусоида, для завершения одного цикла которой требовалось 24 часа? Ну, и я тоже.

Я, однако, построил плетку, которая могла бы генерировать такие вещи, если бы мне когда-нибудь это понадобилось.

Это взлом, потому что он использует вещи, которые вы обычно не считаете способными к этому.

Для генерации этих чрезвычайно медленных сигналов вам потребуется:

1. ПК с аудиовыходом
2. Purr Data
3. Программа Purr Data, которую я написал.
4. Усилитель звука.
5. Небольшая схема из диодов и конденсаторов, подключенная к выходу звукового усилителя.

Это схема:

Патч Purr Data генерирует сигнал 16 кГц, который модулируется очень низкочастотным сигналом.

Маленькая схема представляет собой своего рода демодулятор для сигналов AM.

Purr Data может генерировать синусоидальные волны любого периода, который вам нравится (соблюдая, конечно, пределы частоты дискретизации.) Самое крутое, что частота дискретизации накладывает только верхний предел. Нет нижнего предела для сигналов, которые может генерировать Purr Data.

Однако есть нижний предел того, что может воспроизводить аудиовыход звуковой карты, и есть нижний предел того, с чем будет работать типичный усилитель.

Схема амплитудной модуляции обходит ограничения звуковой карты и усилителя за счет использования сигнала 16 кГц в качестве несущей. Звуковая карта и усилитель не имеют никаких проблем с этой частотой.

Демодулятор удаляет 16 кГц, точно так же, как демодулятор в радиоприемнике AM удаляет несущую радиочастоты, чтобы оставить только звук.

В этом случае он оставляет только крайне низкочастотный сигнал.

Это сигнал 42 миллигерц (период 24 секунды), сгенерированный с помощью этого взлома. Программное обеспечение, которое я использовал для создания этого изображения, также является программным обеспечением, которое я тестировал, когда обнаружил, что мне нужно генерировать очень медленные сигналы.

Это программа, которую я написал для захвата изображений с аналогового осциллографа.На прошлой неделе я реализовал поддержку медленного времени развертки (менее 20 миллисекунд на деление), и мне нужно было попробовать. Это изображение было получено на аналоговом осциллографе с использованием времени развертки 5 секунд на деление.

Патч Purr Data генерирует синусоидальные и прямоугольные волны. Он также будет генерировать постоянный ток, хотя вы не можете настроить напряжение до определенного значения изнутри программного обеспечения. Вы должны измерить его и отрегулировать выходной уровень и громкость усилителя, чтобы получить желаемое напряжение постоянного тока.

Уровень выходного сигнала такой же стабильный, как и у вашего усилителя. Отрегулируйте выходной уровень на высокой частоте (например, 5 Гц), затем уменьшите частоту до 5-дневного периода, и уровень генерируемого сигнала останется прежним.

Вот и все. Немного программного обеспечения, немного хлама из мусорного ящика, обычный аудиоусилитель, и у вас есть генератор для чрезвычайно низкочастотных сигналов.

Генератор сигналов

| Hackaday

Нет никаких сомнений в том, что осциллограф — необходимая часть оборудования для хакера в области электроники.Это критически важная часть оборудования для обратного проектирования устройств и протоколов, и, к счастью для нас, они так же дешевы, как и когда-либо. Даже достаточно многофункциональный четырехканальный прицел, такой как Rigol DS1054Z, стоит примерно столько же, сколько смартфон среднего класса. Но если это все еще слишком богато на ваш вкус, и вы хотите немного сэкономить на функциях, вы можете получить функциональный цифровой осциллограф за небольшую сумму, кроме карманной мелочи.

Несмотря на то, что на рынке существует ряд очень дешевых карманных цифровых запоминающих осциллографов (DSO), [Питер Балч] решил, что он скорее выпустит свою собственную версию, используя готовые компоненты.Это не только послужило поводом для глубокого погружения в некоторые интересные инженерные задачи, но и привело к тому, что цена оказалась даже ниже, чем у готовых моделей «под ключ». Состоящий из немногим больше, чем Arduino Nano и OLED-дисплей, стоимость приличного DSO размером со спичечный коробок составляет менее 10 долларов США.

Но не отличная . [Питер] очень откровенно говорит об ограничениях этого карманного прицела, сделанного своими руками: он не может достигать очень высоких частот дискретизации, а дисплей недостаточно большой, чтобы передать что-то большее, кроме основ.Но если вы проводите быструю и грязную диагностику в полевых условиях, это может быть все, что вам нужно. Тем более, что есть большая вероятность, что вы сможете собрать эту вещь из деталей из мусорной корзины.

Даже если вы не собираетесь создавать свою собственную версию прицела на базе Arduino, о котором говорит [Питер], его рецензия по-прежнему полна увлекательных подробностей и теории. Он объясняет, как его программный подход состоит в том, чтобы отключить все прерывания и включить микроконтроллер в жесткий цикл опроса, чтобы как можно быстрее считывать данные с АЦП.Потребовались некоторые эксперименты, чтобы найти правильное значение предделителя для тактовой частоты 16 МГц Atmega, но в конце концов он обнаружил, что может получить полезный (хотя и несколько шумный) выход с частотой дискретизации 1 мкс.

К сожалению, АЦП Arduino оставляет желать лучшего с точки зрения входного диапазона. Но с добавлением двойного операционного усилителя LM358 осциллограф Arduino получает некоторое усиление, поэтому он может улавливать сигналы в диапазоне мВ. Для полноты картины [Питер] включил в прошивку устройства некоторые полезные функции, такие как частотомер, источник прямоугольных сигналов и даже вольтметр.С добавлением футляра, напечатанного на 3D-принтере, этот маленький гаджет может быть очень удобен в вашем мобильном наборе инструментов.

Если вы предпочитаете коммерческий путь, собственный [Jenny List] Hackaday рассматривает ряд очень доступных моделей, таких как DSO Nano 3 и комплект для самостоятельной сборки JYE Tech DSO150.

[Спасибо BaldPower за подсказку.]

(PDF) Ультразвуковой генератор сигналов для экспериментов со звуком, сделанный своими руками

2

Многие физические факультеты по всему миру имеют при себе электронные и механические мастерские.Работа этих мастерских

заключается в разработке и создании экспериментальных установок и инструментов для исследований и обучения

студентов бакалавриата.

Мастерские обычно обслуживаются опытными специалистами и оснащены дорогостоящими токарными станками, станками с ЧПУ, электрическими измерительными приборами

и несколькими другими необходимыми производственными инструментами.

Однако в развивающихся странах, таких как Судан, нехватка квалифицированных технических специалистов и адекватно оборудованных мастерских

препятствовала усилиям этих департаментов по дополнению своих лабораторий самодельным оборудованием.Единственный вариант

— покупка необходимого оборудования и экспериментальных установок у специализированных производителей. Последний вариант

невозможен для департаментов в развивающихся странах, где финансирование образования и исследований скудно и очень ограничено

, поскольку оборудование этих производителей, как правило, слишком дорогое.

Хотя наш факультет физики является лучшим в Судане, тем не менее, мы изо всех сил пытаемся оснастить

наших студенческих учебных лабораторий необходимым оборудованием.

За последние пару лет и с развитием инструментов для создания прототипов, таких как Arduino и микроконтроллер

плат разработки, более дружественных языков программирования, 3D-принтеров, настольных станков с ЧПУ и простого в использовании программного обеспечения

CAD / CAM возникла потребность в высокой квалифицированных технических специалистов и дорогостоящего оборудования для мастерских было ослаблено1.

Наличие таких удобных и относительно простых в использовании инструментов привело к увеличению числа учителей

и исследователей, желающих разработать свои собственные экспериментальные установки2.

В течение прошлого года, мотивированные необходимостью оснащения наших лабораторий новыми установками, мы открыли небольшую мастерскую

на кафедре физики для разработки экспериментальных установок, которые будут использоваться в наших лабораториях для студентов

. Генератор ультразвуковых сигналов, который мы здесь описываем, является одним из таких устройств.

I. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ПРИЕМНИКА

Измерение скорости звука с помощью ультразвукового преобразователя / приемника и многих его вариаций является классическим экспериментом в программе бакалавриата по физике3-11.Обычно его проводят студенты-физики на первом курсе из

бакалавриата. В эксперименте используется генератор ультразвуковых сигналов и преобразователь для создания синусоидальной волны

в частотной области 35-45 кГц. Выходной сигнал одновременно наблюдается в одном канале двухканального осциллографа

. Звук из преобразователя принимается приемником, сидящим на расстоянии S от преобразователя

(см. Схему эксперимента на рисунках (1a и 1b)).Выходной сигнал приемника подается на другой осциллограф канала

. При одновременном отображении обоих каналов на осциллографе измеряется время t, затрачиваемое звуковой волной

на прохождение расстояния S между преобразователем и приемником. Затем скорость звука рассчитывается как

C = S

т. (1)

Обычно измерения проводятся для разных значений Sand и графика SV. Он используется для расчета скорости звука

, которая в данном случае является наклоном построенной прямой линии.

Другой вариант эксперимента проводится путем установки осциллографа в режим X Y. В этом режиме канал

один является осью x, а канал два — осью y. В этой установке мы наблюдаем за формой фигур Лиссажу. Форма цифры

показывает фазовый сдвиг между сигналами в двух каналах. Прямая линия с положительным наклоном указывает нулевой сдвиг фазы

между двумя сигналами (2a), прямая линия с отрицательным наклоном указывает фазовый сдвиг на 180 ° (2b), а эллиптическая форма

указывает другие значения фазового сдвига. (2в).Перемещая преобразователь и приемник в направлении

друг к другу и от них и обращая внимание на расстояния, дающие нулевой и 180 ° фазовый сдвиг, длина волны λ звуковой волны может быть измерена

. Зная частоту f используемой звуковой волны, скорость звука вычисляется как

C = λf. (2)

A. Генератор ультразвуковых сигналов

В этом разделе мы обсудим схему генератора сигналов. Схема построена на микросхеме AD9850 и модуле

12-13.AD9850 — это ИС прямого цифрового синтеза (DDS), способная генерировать синусоидальные волны в диапазоне частот

от 1 Гц до 62,5 МГц ?. Доступен модуль13, который включает в себя необходимую схему от AD9850 до

,

напрямую подключается к микроконтроллеру, PIC18F4520 в этой схеме. Двойной цифровой потенциометр (MCP4210) используется для управления

усилением операционного усилителя и контрастностью ЖК-дисплея. Поворотный энкодер с переключателем используется для изменения выходной частоты

, амплитуды, контрастности ЖК-дисплея и подсветки.Принципиальная схема генератора сигналов показана на рисунке

Logic Pro Test Oscillator — Служба поддержки Apple

.

Test Oscillator полезен для настройки студийного оборудования и инструментов. Его можно вставить как инструмент или плагин эффектов. Он работает в двух режимах, генерируя либо статическую частоту, либо синусоидальную развертку. Щелкните вкладку Test Tone или Sine Sweep для доступа к каждому режиму.

• В режиме тестового сигнала тестовый сигнал генерируется сразу после установки плагина.Вы можете отключить тестовый сигнал, минуя плагин.

• В режиме синусоидальной развертки пользовательская развертка тонового спектра генерируется при нажатии кнопки запуска.

Параметры режима тестового сигнала

• Кнопки генератора: Выберите форму сигнала, которая будет использоваться для генерации тестового сигнала. Сигналы прямоугольной формы и игольчатого импульса доступны в версиях с наложением или сглаживанием. Сигналы синусоидальной и квадратной формы биполярны.Форма волны Needle Pulse — это униполярная импульсная форма, которая всегда положительна, что делает ее полезным инструментом для анализа полярности или фазы.

• Кнопка сглаживания: Позволяет использовать сглаженные версии волн Square или Needle Pulse.

• Регулятор частоты и поле: Установите частоту генератора (по умолчанию 1 кГц). Вы также можете дважды щелкнуть это поле и ввести значение в диапазоне от 1 Гц до 22 кГц, превышающее возможные значения, которые можно установить с помощью ручки.Если вы введете «1», результатом будет тестовый сигнал с частотой 1 Гц.

• Регулятор уровня и поле: Установите общий выходной уровень. Этот параметр является общим для обоих режимов.

• Кнопка затемнения: Уменьшить выходной уровень на 50%. Этот параметр является общим для обоих режимов генератора.

Параметры режима синусоидальной развертки

• Регулятор времени и поле: Установите длительность синусоидальной развертки.

• Всплывающее меню режима развертки: Выберите кривую развертки — линейную или логарифмическую.

• Ручки и поля начальной / конечной частоты: Установите частоту генератора для начала и конца синусоидальной развертки.

  Примечание: Поле частоты, показанное под параметрами начальной и конечной частоты, отображает развертку частоты в реальном времени.

• Всплывающее меню триггера: Выберите режим синусоидальной развертки.

• Кнопка запуска: Запуск синусоидальной развертки спектра, заданного параметрами начальной и конечной частоты.

Build недорогой генератор белого шума

Аннотация: Реализована и переработана идея конструкции генератора белого шума. Два каскадных малошумящих усилителя (МШУ) усиливают шум, создаваемый обратносмещенным стабилитроном, работающим в режиме пробоя перехода, создавая белый шум с полосой пропускания в несколько сотен мегагерц. Результаты тестирования показывают, что достаточно широкополосный белый шум можно создать с помощью нескольких недорогих компонентов.

Белый шум, который определяется как шум с постоянным спектром мощности, полезен для измерения и тестирования широкополосных коммуникационных цепей.Коммерчески доступные генераторы белого шума обычно очень дороги. Идея конструкции, представленная в этой статье, — недорогой метод, производящий белый шум до нескольких сотен МГц.

Этот генератор белого шума основан на лавинном шуме, создаваемом явлением пробоя стабилитрона. Он создается при работе PN-перехода в режиме обратного пробоя. Лавинный шум очень похож на дробовой шум, но намного более интенсивен и имеет плоский частотный спектр (белый). Величину шума трудно предсказать из-за его зависимости от материалов.

В основном схема состоит из двух частей: стабилитрона и малошумящих усилителей MAX2650 (LNA). Диод имеет обратное смещение, а выходной шум снимается с анода. MAX2650 — это широкополосный малошумящий усилитель с усилением 19 дБ, работающий от постоянного тока до 1 ГГц.

Сводка результатов испытаний

Схема генератора белого шума реализована на 2 платах, одна для стабилитрона, другая для МШУ MAX2650. Выходная линия от анода стабилитрона до входа LNA рассчитана на 50 Ом.Выходной сигнал LNA измеряется анализатором спектра Rhode & Schwarz. Для практических целей в интересующей полосе частот желательна мощность шума -60 дБм или выше.

После нескольких экспериментов я получил следующие результаты:

1. Выходная мощность шума в основном определяется напряжением пробоя диода. Я использовал стабилитроны с напряжением пробоя 4 В (1N749), 5,1 В (1N751), 5,6 В (1N752), 7,5 В (1N755) и до 12 В (1N759). Мощность шума, генерируемого стабилитроном на 12 В, по крайней мере, на 15-20 дБ выше, чем мощность, создаваемая стабилитроном 5 В.
2. Даже с стабилитроном на 12 В, 20 дБ усиления от МШУ недостаточно для создания мощности шума выше -60 дБм. Нам нужно как минимум два LNA в каскаде (усиление 38 ~ 40 дБ).
3. Выходная мощность шума практически не зависит от тока источника. С помощью потенциометра ток на диоде может изменяться от 0 мА до 100 мА. В пределах этого диапазона тока источника мощность шума изменяется довольно случайным образом в пределах ± 1 дБ. Похоже, что в явлениях пробоя стабилитрона лавинный шум преобладает над другими источниками шума, такими как дробовой шум (который пропорционален току), фликкер-шум и тепловой шум.
4. Спектр частот / мощности выходного шума не является идеально ровным в широком диапазоне частот. Как показано в результате теста Рисунок 2 , от 1 МГц до 100 МГц мощность шума падает почти на 10 дБ. Это может быть связано с более высоким затуханием на плате для более высокочастотных компонентов.
5. 2 МШУ использовались в каскаде для генератора белого шума, который давал усиление 38 ~ 40 дБ.

Схема показана на рисунке , рисунок 1, , а результат теста показан на рисунке 2.На рисунке 2 нижняя кривая представляет собой минимальный уровень шума прибора (измеренный, когда все выключено). Вторая кривая снизу — это шум на выходе МШУ, когда диод выключен. Две верхние кривые представляют собой спектр выходного шума при токе диода 10 мА и 60 мА соответственно.

Рисунок 1. Схема генератора белого шума.

Рис. 2. Спектр выходного сигнала генератора белого шума.

Заключение

В этой статье реализована идея конструкции генератора белого шума. Результат теста показывает довольно широкополосный белый шум, генерируемый несколькими недорогими компонентами.

Аналогичная версия этой статьи появилась в выпуске журнала Electronica за сентябрь-октябрь 2004 г.

©, Maxim Integrated Products, Inc.

Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3469: ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 3469, г. AN3469, AN 3469, APP3469, Appnote3469, Appnote 3469

maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / analog / amps

maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / analog / amps

Семь распространенных способов генерации синусоидальной волны

---

Синусоидальная волна — это естественная форма сигнала в коммуникациях и других электронных приложениях.

Во многих электронных продуктах используются сигналы синусоидальной формы. Аудио, радио и силовое оборудование обычно генерирует или обрабатывает синусоидальные волны. Как оказалось, есть буквально десятки способов сгенерировать синусоидальную волну. В этой статье представлены некоторые популярные методы, с которыми вам следует ознакомиться.

Осциллятор Wien Bridge

Популярным синусоидальным генератором низкой частоты (аудио и примерно до 100 кГц или около того) является мост Вина, показанный на , рис. 1 .

РИСУНОК 1. Популярный мостовой генератор Вина. Старый, но хороший. Частоту можно изменять, используя потенциометры для R и используя разные значения включенного C.

---

Он использует RC-цепь, которая производит сдвиг фазы на 0 градусов от выхода обратно ко входу, создавая положительную обратную связь, которая, в свою очередь, вызывает колебания. Операционный усилитель используется для получения трехкратного усиления, которое компенсирует затухание RC-цепи. При чистом усилении замкнутого контура, равном единице, схема колеблется с частотой, определяемой значениями RC-цепи:

f = 1 / 2πRC

Эта схема отлично работает и дает очень чистую синусоидальную волну с низким уровнем искажений.Проблема заключается в том, что нестабильность усиления и фазы может привести к тому, что схема полностью прекратит колебания или войдет в состояние насыщения, образуя ограниченную синусоидальную или прямоугольную волну. Некоторые компоненты компенсации обычно добавляются для устранения этой проблемы.

Простое решение — заменить R1 маленькой лампочкой накаливания, сопротивление которой изменяется в зависимости от тока. По мере увеличения выходного сигнала ток и сопротивление лампы увеличиваются, а коэффициент усиления уменьшается для компенсации. Если выходной сигнал падает, ток уменьшается, уменьшая сопротивление и увеличивая коэффициент усиления, чтобы выход оставался постоянным.Один рабочий пример — сделать R2 390 Ом, а R1 лампочкой типа 327. В других более сложных схемах полевой транзистор используется в качестве переменного резистора для изменения коэффициента усиления.

Эта схема работает и имеет частоту около 1592 Гц. Амплитуда выходного сигнала зависит от напряжения источника питания.

Генератор с фазовым сдвигом

Популярным способом создания синусоидального генератора является использование RC-цепи для создания фазового сдвига на 180 градусов для использования в тракте обратной связи инвертирующего усилителя. Установка усиления усилителя так, чтобы компенсировать затухание RC-цепи, вызовет колебания.Существует несколько вариантов фазовращателей, включая схему Twin-T RC и каскадные RC-секции верхних частот, которые производят сдвиги на 45 или 60 градусов на каждой ступени. Усилитель может быть одним транзистором, одним операционным усилителем или несколькими операционными усилителями. На рисунке 2 показан один популярный вариант.

РИСУНОК 2. Фиксированная частота — это недостаток, но для одной частоты — хорошо. Чистый выход необходимо буферизовать с помощью повторителя операционного усилителя, если вы собираетесь управлять нагрузкой.

---

Эти генераторы генерируют очень чистую синусоидальную волну с низким уровнем искажений. Однако частота фиксируется в точке, где каждая RC-секция производит фазовый сдвиг на 60 градусов. Примерная частота:

f = 1 / 2.6RC

В схеме Рисунок 2 частота должна быть около 3,85 кГц.

Кристаллический осциллятор Колпитца

Кристаллы кварца часто используются для установки частоты генератора из-за их точной частоты колебаний и стабильности.Эквивалентная схема кристалла представляет собой последовательную или параллельную LC-цепь. Рисунок 3 — очень популярный генератор синусоидальной волны типа Колпитца, что определяется схемой обратной связи с двумя конденсаторами.

РИСУНОК 3. Популярный кварцевый генератор, работающий каждый раз.

---

Это еще одна широко используемая схема, поскольку ее легко реализовать и она очень стабильна. Его полезный частотный диапазон составляет приблизительно от 100 кГц до 40 МГц. На выходе получается синусоида с небольшими искажениями.

Кстати, если вам нужен кварцевый генератор с синусоидальным выходом, обычно можно купить коммерческую схему. Они широко доступны практически для любой желаемой частоты. Они упакованы в металлические банки и имеют размер типичной микросхемы. Источник постоянного тока обычно составляет пять вольт.

Прямоугольная волна и фильтр

Интересный способ создать синусоидальную волну — выбрать ее с помощью фильтра. Идея состоит в том, чтобы сначала сгенерировать прямоугольную волну. Оказывается, зачастую проще сгенерировать прямоугольную или прямоугольную волну, чем синусоидальную волну.Согласно теории Фурье, прямоугольная волна состоит из основной синусоидальной волны и бесконечного числа нечетных гармоник.

Например, прямоугольная волна 10 кГц содержит синусоидальную волну 10 кГц и синусоидальные волны на 3-й, 5-й, 7-й и т. Д., Гармоники 30 кГц, 50 кГц, 70 кГц и так далее. Идея состоит в том, чтобы подключить прямоугольный сигнал к фильтру, который выбирает желаемую частоту.

На рисунке 4 показан один пример.

РИСУНОК 4. КМОП-версия модели 555 рекомендуется, но вы можете заставить ее работать со стандартным 555, исключив резистор 100 кОм.

---

ИС таймера CMOS 555 генерирует прямоугольную волну с коэффициентом заполнения 50%. Его выход отправляется на RC-фильтр нижних частот, который отфильтровывает гармоники, оставляя только основную синусоидальную волну. Некоторое искажение является обычным явлением, поскольку полностью устранить гармоники сложно. Для улучшения качества синусоидальной волны можно использовать более селективный LC-фильтр. Имейте в виду, что вы также можете использовать селективный полосовой фильтр, чтобы выделить одну из гармонических синусоидальных волн.

Эта схема рассчитана на частоту 1600 Гц.

Прямой цифровой синтез

Интересный способ создать синусоидальную волну — это сделать это в цифровом виде. См. Рисунок 5 .

РИСУНОК 5. Прямой цифровой синтез.

---

Он начинается с постоянной памяти (ПЗУ), в которой хранится ряд двоичных значений, представляющих значения, соответствующие уравнению тригонометрии для синусоидальной волны. Затем эти значения считываются из ПЗУ по одному и передаются в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).Тактовый сигнал воздействует на счетчик адреса, который затем последовательно обращается к значениям синуса в ПЗУ и отправляет их в ЦАП. ЦАП генерирует аналоговый выходной сигнал, пропорциональный двоичному значению из ПЗУ. Вы получаете ступенчатую аппроксимацию синусоидальной волны.

Рисунок 6 представляет собой грубый пример.

РИСУНОК 6. Ступенчатая аппроксимация синусоидальной волны. Прохождение сигнала через фильтр нижних частот сгладит ступеньки.

---

Если вы используете достаточно отсчетов и используете больше битов для двоичного значения, шаги будут меньше, и возникнет более мелкозернистая синусоида.Частота синусоидальной волны зависит от количества выборок или значений, которые вы используете для синусоидальной волны, и частоты тактового сигнала, который считывает значения из ПЗУ. Если шаги слишком велики, вы можете пропустить ступенчатый сигнал через фильтр нижних частот, чтобы сгладить его. Доступны специальные микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS), подобные микросхемам Analog Devices, для генерации синусоидальных волн от 1 Гц до многих МГц.

Генератор функций

Функциональный генератор — это имя устройства, которое генерирует синусоидальные, квадратные и треугольные волны.Он может описывать часть оборудования для стендовых испытаний или ИС. Одна старая, но все еще хорошая ИС функционального генератора — XR-2206. Впервые он был изготовлен Exar в 1970-х годах, но до сих пор существует.

Если вам нужен генератор синусоидальной волны, который можно настроить на любую частоту в диапазоне от 0,01 Гц до 1 МГц или более, обратите внимание на XR-2206. На рисунке 7 показан XR-2206, подключенный как генератор синусоидальной волны.

РИСУНОК 7. XR-2206 — это более старая ИС, которая все еще доступна и является отличным способом генерации синусоидальных, прямоугольных и треугольных волн в широком диапазоне частот.

---

Частота задается R и C и вычисляется по выражению:

f = 1 / RC

Внутренний осциллятор генерирует прямоугольную и треугольную волну. Схема формирователя синусоиды принимает треугольную волну и преобразует ее в синусоидальную волну.

Это по-прежнему отличная фишка. Помимо трех обычных сигналов, которые он генерирует, он также может их модулировать по амплитуде или частоте.

Импульсные генераторы синусоидальной волны

Есть несколько других умных способов получить приблизительную синусоидальную волну из импульсов и фильтров.Один из способов — просто сложить две прямоугольные волны одинаковой амплитуды, одна из которых смещена на 90 градусов относительно другой ( Рисунок 8, ). Пара JK-триггеров, управляемых синхронизирующими импульсами в противофазе, может генерировать две прямоугольные волны, которые нужно добавить.

РИСУНОК 8. Грубый способ приблизиться к синусоиде, который может работать для некоторых приложений питания переменного тока.

---

В результате получается сигнал, который можно использовать в некоторых приложениях для замены синусоидальной волны.Некоторые грубые преобразователи постоянного тока в переменный используют этот метод. Эффект представляет собой среднюю мощность, аналогичную той, которую синусоидальная волна передает нагрузке. Некоторая RC- или LC-фильтрация может сгладить волну до более непрерывной синусоидальной формы. Этот метод используется в некоторых источниках бесперебойного питания (ИБП) или инверторах солнечной энергии, где идеальная синусоида не требуется.

Интересный метод использует последовательность импульсов переменной ширины, которые фильтруются в синусоидальную волну. Если вы примените прямоугольный сигнал с равным временем включения и выключения к фильтру нижних частот, на выходе будет среднее значение импульсного напряжения за период включения-выключения.При импульсе в пять вольт средний выходной сигнал за полный цикл волны будет 2,5 вольта. Изменяя длительность или ширину импульса, можно получить разные средние напряжения.

Пример приведен на Рисунок 9 .

РИСУНОК 9. Схема ШИМ для генерации синусоидальной волны, эквивалентной импульсу. Использование нескольких импульсов уменьшает гармонические искажения и превращает их в более гладкую синусоидальную волну.

---

Амплитуды импульсов постоянны, но ширина или длительность импульса варьируются.По мере увеличения длительности импульса фильтр нижних частот производит более высокое среднее выходное напряжение. По мере сужения импульсов среднее выходное напряжение уменьшается. Нагрузка усредняет импульсы до синуса, близкого к синусу. Использование большего количества импульсов приводит к более гладкой выходной синусоиде. Импульсы постепенно увеличиваются, а затем постепенно уменьшаются, и их среднее значение представляет собой синусоидальную волну. При необходимости можно добавить дополнительную фильтрацию.

Этот метод используется в некоторых системах приводов с регулируемым двигателем для изменения частоты синусоидальной волны, подаваемой на асинхронный двигатель переменного тока, для изменения его скорости (как в инверторах солнечной энергии и источниках бесперебойного питания).

Последовательность импульсов переменной ширины обычно генерируется микроконтроллером. Большинство этих процессоров имеют инструкции широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и один или несколько выходов ШИМ. Ключом к созданию синусоидальной волны с низким уровнем искажений является выбор количества, последовательности и формы импульсов. Известный инженер и писатель Дон Ланкастер разработал математический метод определения количества импульсов и их продолжительности для создания синусоидальной волны с минимальными гармоническими искажениями. Это называется волшебными синусоидальными волнами.Взгляните на www.tinaja.com .

Схемы, описанные здесь, работают, если вы хотите поиграть с ними. Я использовал операционный усилитель TL081, но почти все работает (741 и т. Д.). Также неплохо сделать усиление переменной операционного усилителя с потенциометром в тракте обратной связи, чтобы отрегулировать усиление, чтобы инициировать или поддерживать колебания. NV

---

.