Генератор частоты схема: Простейший генератор звуковой частоты

Генераторы сигналов, схемы самодельных измерительных приборов

Как сделать генератор сигнала низкой частоты, схема и описание

Важной частью радиолюбительской лаборатории является низкочастотный генератор. С его помощью можно проверять, ремонтировать и налаживать самодельную или промышленную аудио-технику. Желательно использовать генератор НЧ совместно с частотомером (для точного определения частоты) и осциллографом …

1 4140 2

Простой генератор для настройки радиоприемной аппаратуры (100 кГц- 150 МГц)

Обычно при налаживании радиоприемной аппаратуры используют генератор ВЧ, а для модуляции генератор НЧ. И то и другое — синусоидальные генераторы, сделанные по достаточно сложным схемам. Однако, во многих случаях может быть вполне достаточно простого генератора -пробника, генерирующего …

1 5451 2

Генератор синусоидального сигнала со стабильной амплитудой

В статье рассмотрен разработанный автором генератор сину-соидальных колебаний фиксированной низкой частоты, имеющих высокую стабильность амплитуды. Он содержит всего один операционный усилитель, три параллельных стабилизатора напряжения и один полевой транзистор. собенность генераторов с мостом …

0 4397 0

Генератор ВЧ на 10-50МГц с индикацией частоты на мультиметре

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 …

0 3757 0

Схема генератора импульсов 1Hz — 10KHz (4011)

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 …

1 9520 11

Схема лабораторного генератора сигнала низкой частоты (10Гц-100КГц)

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 …

2 9922 4

Схема очень простого генератора-пробника (100-10000 Гц)

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 …

1 5469 0

Генератор синусоидальных сигналов с широким диапазоном частот (MAX038)

Принципиальная схема самодельного широкодиапазонного генератора синусоидального сигнала для лабораторных целей, выполнен на микросхеме MAX038. Синусоидальный генератор является одним из важнейших приборов лаборатории радиолюбителя. Обычно делают два генератора, низкочастотный и высокочастотный …

5 9913 4

Схема генератора плавного диапазона до 50 MHz (HC4046)

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 …

1 7356 0

Схема низкочастотного генератора на микросхеме КР140УД708 (20-20000Гц)

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 …

0 8139 0

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Стабильный генератор прямоугольных импульсов — RadioRadar

Генераторы тактовых импульсов (ГТИ) – это своего рода задающие механизмы в большинстве сложных цифровых схем. На выходе ГТИ формируются повторяющиеся с определенной частотой электрические импульсы. Чаще всего они имеют прямоугольную форму. На основе этих колебаний синхронизируется работа всех включенных в устройство цифровых микросхем. За один такт выполняется одна атомарная операция (т.е. неделимая, та, которую нельзя выполнить или не выполнить частично).

Сгенерировать импульсы напряжения можно с различной степенью точности и стабильности. Но чем требовательнее схема к задающей частоте, тем точнее и стабильнее должен быть генератор.

Наиболее распространены:

1.Классические (аналоговые) генераторы. Они просты в сборке, но имеют низкую стабильность или генерируют не совсем прямоугольные импульсы. В качестве простейшего примера – LC-контуры или схемы на их основе.

2.Кварцевые (на основе кристаллов кварца). Здесь кварц выступает в качестве высокоизбирательного фильтра. Схема отличается высокой степенью стабильности и простотой сборки.

3.На основе программируемых микросхем (таких как Arduino). Решения тоже формируют стабильные импульсы, но в отличие от кварцевых могут управляться в заданных диапазонах и формировать сразу несколько опорных частот.

4.Автогенераторы. Это управляемые ГТИ, работающие преимущественно с современными процессорами, чаще всего интегрируются непосредственно в кристалл.

Таким образом, на роль стабильных генераторов прямоугольных импульсов в схемотехнике подходят:

• Кварцевые
• И программируемые (на основе программируемых микросхем).

Отдельно стоит упомянуть схемы классических одно- и мультивибраторов, работающих с применением логических элементов. Такой класс ГТИ однозначно может применяться в цифровых схемах, так как способен формировать стабильную частоту.

 

Кварцевый генератор повышенной стабильности

Один из примеров реализации.

Рис. 1. Схема кварцевого генератора

 

Схема строится на основе кварцевого резонатора и КМОП инвертора по принципу генератора Пирса.

За повышение стабильности отвечают конденсаторы увеличенной емкости Ca и Cb.

 

Мультивибраторы на основе логических элементов

Простейшая схема мультивибратора выглядит так.

Рис. 2. Схема мультивибратора

 

Фактически это колебательный контур на основе конденсаторов и сопротивлений. Логические элементы позволяют отсечь плавные фронты увеличения и снижения напряжения при заряде/разряде конденсатора в колебательном контуре.

График формирования напряжений будет выглядеть следующим образом.

Рис. 3. График формирования напряжений

 

За длительность импульса отвечает конденсатор C1, а за паузу между импульсами – C2. Крутизна фронта зависит от времени реакции логического элемента.

Обозначенная схема имеет один недостаток – возможен режим самовозбуждения.

Чтобы исключить этот эффект применяется еще один дополнительный логический элемент (смотри схему ниже – ЛЭ3).

Рис. 4. Схема мультивибратора

 

Генераторы на операционных усилителях

Тот же колебательный контур, но с интеграцией ОУ будет выглядеть так.

Рис. 5. Схема колебательного контура

 

График формирования импульсов на его выходе.

Рис. 6. График формирования импульсов на его выходе

 

Упомянутая выше схема формирует импульсы, время которых равно времени паузы, что не всегда должно быть так.

Внести асимметрию в частоту генерации можно следующим образом.

Рис. 7. Схема генератора импульсов

 

Здесь время импульсов и паузы между ними определяют различные номиналы резисторов.

 

Генератор на основе NE555

Микросхема NE555 – это универсальный таймер, способный работать в режиме мульти- или одновибратора.

Существует множество аналогов этой микросхемы: 1006ВИ1, UPC617C, ICM7555 и др.

Один из простых вариантов построения генераторов стабильных прямоугольных импульсов с возможностью подстройки частоты можно увидеть ниже.

Рис. 8. Вариант схемы генератора стабильных прямоугольных импульсов

 

Здесь в схему включаются различные конденсаторы (C1, C2, C3, их может быть и больше), и подстроечные резисторы (R2,R3, а R4 отвечает за уровень выходного тока).

Формула расчета частоты выглядит следующим образом.

Генератор на основе Arduino мы рассмотрим в отдельной статье.

Автор: RadioRadar

Схемы любительских частотных преобразователей

Одна из первых схем преобразователя для питания трехфазного двигателя была опубликована в журнале «Радио» №11 1999г. Разработчик схемы М. Мухин в то время был учеником 10 класса и занимался в радиокружке.

Преобразователь предназначался для питания миниатюрного трехфазного двигателя ДИД-5ТА, который использовался в станке для сверления печатных плат. При этом следует отметить, что рабочая частота этого двигателя 400Гц, а напряжение питания 27В. Кроме того, средняя точка двигателя (при соединении обмоток «звездой») выведена наружу, что позволило предельно упростить схему: понадобилось всего три выходных сигнала, а на каждую фазу потребовался всего один выходной ключ. Схема генератора показана на рисунке 1.

Как видно из схемы преобразователь состоит из трех частей: генератора-формирователя импульсов трехфазной последовательности на микросхемах DD1…DD3, трех ключей на составных транзисторах (VT1…VT6) и собственно электродвигателя M1.

На рисунке 2 показаны временные диаграммы импульсов, сформированных генератором-формирователем. Задающий генератор выполнен на микросхеме DD1. С помощью резистора R2 можно установить требуемую частоту вращения двигателя, а также изменять ее в некоторых пределах. Более подробную информацию о схеме можно узнать в указанном выше журнале. Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.

Рисунок 1.

Рисунок 2. Временные диаграммы импульсов генератора.

На базе рассмотренного контроллера А. Дубровским из г. Новополоцка Витебской обл. была разработана конструкция частотно-регулируемого привода для двигателя с питанием от сети переменного тока напряжением 220В. Схема устройства была опубликована в журнале «Радио» 2001г. №4.

В этой схеме, практически без изменений, используется только что рассмотренный контроллер по схеме М. Мухина. Выходные сигналы с элементов DD3.2, DD3.3 и DD3.4 используются для управления выходными ключами A1, A2, и A3, к которым подключается электродвигатель. На схеме полностью показан ключ A1, остальные идентичны. Полностью схема устройства показана на рисунке 3.

Рисунок 3.

Подключение двигателя к выходу трехфазного инвертора

Для ознакомления с подключением двигателя к выходным ключам стоит рассмотреть упрощенную схему, приведенную на рисунке 4.

Рисунок 4.

На рисунке показан электродвигатель M, управляемый ключами V1…V6. Полупроводниковые элементы для упрощения схемы показаны в виде механических контактов. Питание электродвигателя осуществляется постоянным напряжением Ud получаемым от выпрямителя (на рисунке не показан). При этом, ключи V1, V3, V5 называются верхними, а ключи V2, V4, V6 нижними.

Совершенно очевидно, что открытие одновременно верхних и нижних ключей, а именно парами V1&V6, V3&V6, V5&V2 совершенно недопустимо: произойдет короткое замыкание. Поэтому, для нормальной работы такой ключевой схемы, обязательно, чтобы к моменту открытия нижнего ключа верхний ключ уже был закрыт. С этой целью контроллеры управления формируют паузу, часто называемую «мертвой зоной».

Величина этой паузы такова, чтобы обеспечить гарантированное закрытие силовых транзисторов. Если эта пауза будет недостаточна, то возможно кратковременное открытие верхнего и нижнего ключа одновременно. Это вызывает нагрев выходных транзисторов, часто приводящий к выходу их из строя. Такую ситуацию называют сквозными токами.

Вернемся к схеме, показанной на рисунке 3. В данном случае верхними ключами являются транзисторы 1VT3, а нижними 1VT6. Нетрудно заметить, что нижние ключи гальванически связаны с управляющим устройством и межу собой. Поэтому управляющий сигнал с выхода 3 элемента DD3.2 через резисторы 1R1 и 1R3 подаются непосредственно на базу составного транзистора 1VT4…1VT5. Этот составной транзистор есть не что иное, как драйвер нижнего ключа. В точности также от элементов DD3, DD4 управляются составные транзисторы драйверов нижнего ключа каналов A2 и A3. Питание всех трех каналов осуществляется от одного и того же выпрямителя на диодном мосте VD2.

Верхние же ключи гальванической связи с общим проводом и управляющим устройством не имеют, поэтому для управления ими кроме драйвера на составном транзисторе 1VT1…1VT2 пришлось в каждый канал установить дополнительный оптрон 1U1. Выходной транзистор оптрона в этой схеме также выполняет функцию дополнительного инвертора: когда на выходе 3 элемента DD3.2 высокий уровень открыт транзистор верхнего ключа 1VT3.

Для питания каждого драйвера верхнего ключа используется отдельный выпрямитель 1VD1, 1C1. Каждый выпрямитель питается от индивидуальной обмотки трансформатора, что можно рассматривать как недостаток схемы.

Конденсатор 1C2 обеспечивает задержку переключения ключей около 100 микросекунд, столько же дает оптрон 1U1, тем самым формируется вышеупомянутая «мертвая зона».

Достаточно ли только регулирования частоты?

С понижением частоты питающего переменного напряжения падает индуктивное сопротивление обмоток двигателя (достаточно вспомнить формулу индуктивного сопротивления), что приводит к увеличению тока через обмотки, и, как следствие, к перегреву обмоток. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Чтобы избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и эффективное значение напряжения на обмотках двигателя.

Одним из способов решения проблемы в любительских частотниках предлагалось это самое эффективное значение регулировать при помощи ЛАТРа, подвижный контакт которого имел механическую связь с переменным резистором регулятора частоты. Такой способ был рекомендован в статье С. Калугина «Доработка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей». Журнал «Радио» 2002, №3, стр.31.

В любительских условиях механический узел получался в изготовлении сложным, а главное ненадежным. Более простой и надежный способ использования автотрансформатора был предложен Э. Мурадханяном из Еревана в журнале «Радио» №12 2004. Схема этого устройства показана на рисунках 5 и 6.

Напряжение сети 220В подается на автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта на выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. На выходе фильтра получается изменяемое постоянное напряжение Uрег, используемое собственно для питания двигателя.

Рисунок 5.

Напряжение Uрег через резистор R1 также подается на задающий генератор DA1, выполненный на микросхеме КР1006ВИ1 (импортный вариант NE555). В результате такого подключения обычный генератор прямоугольных импульсов превращается в ГУН (генератор, управляемый напряжением). Поэтому, при увеличении напряжения Uрег увеличивается и частота генератора DA1, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. При снижении напряжения Uрег пропорционально уменьшается и частота задающего генератора, что позволяет избежать перегрев обмоток и перенасыщение магнитопровода статора.

Рисунок 6.

В той же журнальной статье автор предлагает вариант задающего генератора, который позволяет избавиться от использования автотрансформатора. Схема генератора показана на рисунке 7.

Рисунок 7.

Генератор выполнен на втором триггере микросхемы DD3, на схеме обозначен как DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Вместе с регулировкой частоты изменяется и длительность импульса на выходе генератора: при понижении частоты длительность уменьшается, поэтому напряжение на обмотках двигателя падает. Такой принцип управления называется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).

В рассматриваемой любительской схеме мощность двигателя невелика, питание двигателя производится прямоугольными импульсами, поэтому ШИМ достаточно примитивна. В реальных промышленных частотных преобразователях большой мощности ШИМ предназначена для формирования на выходе напряжений практически синусоидальной формы, как показано на рисунке 8, и для реализации работы с различными нагрузками: при постоянном моменте, при постоянной мощности и при вентиляторной нагрузке.

Рисунок 8. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.

Силовая часть схемы

Современные фирменные частотники имеют на выходе мощные транзисторы структуры MOSFET или IGBT, специально предназначенные для работы в преобразователях частоты. В ряде случаев эти транзисторы объединены в модули, что в целом улучшает показатели всей конструкции. Управление этими транзисторами производится с помощью специализированных микросхем-драйверов. В некоторых моделях драйверы выпускаются встроенными в транзисторные модули.

Наиболее распространены в настоящее время микросхемы и транзисторы фирмы International Rectifier. В описываемой схеме вполне возможно применить драйверы IR2130 или IR2132. В одном корпусе такой микросхемы содержится сразу шесть драйверов: три для нижнего ключа и три для верхнего, что позволяет легко собрать трехфазный мостовой выходной каскад. Кроме основной функции эти драйверы содержат также несколько дополнительных, например защита от перегрузок и коротких замыканий. Более подробную информацию об этих драйверах можно узнать из технических описаний Data Sheet на соответствующие микросхемы.

При всех достоинствах единственный недостаток этих микросхем их высокая цена, поэтому автор конструкции пошел другим, более простым, дешевым, и в то же время работоспособным путем: специализированные микросхемы-драйверы заменены микросхемами интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555).

Выходные ключи на интегральных таймерах

Если вернуться к рисунку 6, то можно заметить, что схема имеет для каждой из трех фаз выходные сигналы, обозначенные как «Н» и «В». Наличие этих сигналов позволяет раздельно управлять верхними и нижними ключами. Такое разделение позволяет формировать паузу между переключением верхних и нижних ключей при помощи блока управления, а не самими ключами, как было показано в схеме на рисунке 3.

Схема выходных ключей с применением микросхем КР1006ВИ1 (NE555) показана на рисунке 9. Естественно, что для трехфазного преобразователя понадобится три экземпляра таких ключей.

Рисунок 9.

В качестве драйверов верхних (VT1) и нижних (VT2) ключей используются микросхемы КР1006ВИ1, включенные по схеме триггеров Шмидта. С их помощью возможно получить импульсный ток затвора не менее 200мА, что позволяет получить достаточно надежное и быстрое управление выходными транзисторами.

Микросхемы нижних ключей DA2 имеют гальваническую связь с источником питания +12В и, соответственно, с блоком управления, поэтому их питание осуществляется от этого источника. Микросхемы верхних ключей можно запитать так же, как было показано на рисунке 3 с использованием дополнительных выпрямителей и отдельных обмоток на трансформаторе. Но в данной схеме применяется иной, так называемый, «бустрепный» метод питания, смысл которого в следующем. Микросхема DA1 получает питание от электролитического конденсатора C1, заряд которого происходит по цепи: +12В, VD1, C1, открытый транзистор VT2 (через электроды сток – исток), «общий».

Другими словами заряд конденсатора C1 происходит в то время, когда открыт транзистор нижнего ключа. В этот момент минусовой вывод конденсатора С1 оказывается практически накоротко соединен с общим проводом (сопротивление открытого участка «сток – исток» у мощных полевых транзисторов составляет тысячные доли Ома!), что и обеспечивает возможность его заряда.

При закрытом транзисторе VT2 также закроется и диод VD1, заряд конденсатора C1 прекратится до следующего открытия транзистора VT2. Но заряд конденсатора C1 достаточен для питания микросхемы DA1 на время, пока закрыт транзистор VT2. Естественно, что в этот момент транзистор верхнего ключа находится в закрытом состоянии. Данная схема силовых ключей оказалась настолько хороша, что без изменений применяется и в других любительских конструкциях.

В данной статье рассмотрены лишь самые простые схемы любительских трехфазных инверторов на микросхемах малой и средней степени интеграции, с которых все начиналось, и где можно даже по схеме рассмотреть все «изнутри». Более современные конструкции выполнены с применением микроконтроллеров, чаще всего серии PIC, схемы которых также неоднократно публиковались в журналах «Радио».

Микроконтроллерные блоки управления по схеме более просты, чем на микросхемах средней степени интеграции, имеют такие нужные функции, как плавный пуск двигателя, защита от перегрузок и коротких замыканий и некоторые другие. В этих блоках все реализовано за счет управляющих программ или как их принято называть «прошивок». Именно от этих программ и зависит насколько хорошо или плохо будет работать блок управления трехфазного инвертора.

Достаточно простые схемы контроллеров трехфазного инвертора опубликованы в журнале «Радио» 2008 №12. Статья называется «Задающий генератор для трехфазного инвертора». Автор статьи А. Долгий является также автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. В статье приведены две простых схемы на микроконтроллерах PIC12F629 и PIC16F628.

Частота вращения в обеих схемах изменяется ступенчато с помощью однополюсных переключателей, что вполне достаточно во многих практических случаях. Там же дается ссылка где можно скачать готовые «прошивки», и, более того, специальную программу, с помощью которой можно изменять параметры «прошивок» по своему усмотрению. Возможна также работа генераторов режиме «демо». В этом режиме частота генератора уменьшена в 32 раза, что позволяет визуально с помощью светодиодов наблюдать работу генераторов. Также даются рекомендации по подключению силовой части.

Но, если не хочется заниматься программированием микроконтроллера фирма Motorola выпустила специализированный интеллектуальный контроллер MC3PHAC, предназначенный для систем управления 3-фазным двигателем. На его базе возможно создание недорогих систем регулируемого трехфазного привода, содержащего все необходимые функции для управления и защиты. Подобные микроконтроллеры находят все более широкое применение в различной бытовой технике, например, в посудомоечных машинах или холодильниках.

В комплекте с контроллером MC3PHAC возможно использование готовых силовых модулей, например IRAMS10UP60A разработанных фирмой International Rectifier. Модули содержат шесть силовых ключей и схему управления. Более подробно с этими элементами можно в их документации Data Sheet, которую достаточно просто найти в интернете.

Борис Аладышкин, http://electrik.info

Схема генератора импульсов

Поделиться ссылкой:

Существует довольно много схем генераторов импульсов. Многие радиолюбители их переделывают с целью улучшения характеристик. Для тех, кому нужна простая, но функциональная схема генератора прямоугольных импульсов с регулировкой частоты и скважности в довольно широких пределах схема представлена ниже. Кроме того эту схему можно использовать как ШИМ для регулировки мощности нагрузки или регулятор оборотов двигателя, увеличив мощность выходного каскада. У меня такая схема применяется для регулировки оборотов лодочного электромотора, который потребляет 30 ампер. Схема генератора основана на одной из самых распространенных микросхем — таймер NE555. Ее отечественный и импортный аналоги КР1006ВИ1 и LM555. Рассмотрим работу схемы более подробно. Сама схема генератора организована в соответствии со стандартом по даташиту. Резистором R2 регулируется частота импульсов, а с помощью R3 ширина. При этом диапазон регулировки периода длительности лежит в пределах 10-100 микросекунд, а период следования в пределах 50-100 микросекунд. Кроме того эти параметры можно изменять с помощью задающего конденсатора C1. Электролитический конденсатор C3 сглаживает пульсации от источника питания, если же для питания используется аккумулятор или батарейки, то необходимость в нем отпадает и его можно не устанавливать. После сборки ни требуется, ни какой наладки, и в случае безошибочной сборки схемы она начинает работать сразу, как только будет подано питание. Питание генератора то же можно установить в довольно широких пределах без стабилизатора. Оно составляет от 4,5 вольт до 16. Но есть все-таки один недостаток, при изменении напряжения питания немного изменяется частота, если это критично для применяемой схемы, то следует поставить стабилизатор. Для осуществления более точной и плавной регулировки выходных параметров резисторы R2 и R3 следует использовать многооборотные с линейной характеристикой. Максимальный выходной ток таймера составляет 250 миллиампер. Если этого недостаточно, то для умощнения выхода целесообразно установить мощный полевой транзистор рассчитанный на необходимый ток. Они характеризуются малым проходным сопротивление в открытом состоянии, порядка нескольких млОм. Что позволяет при малых размерах коммутировать мощную нагрузку до сотен ампер. И кроме того требуется малое управляющее напряжение. В случае если нагрузка будет индуктивной, например коллекторный двигатель, на выходе нужно установить быстродействующий диод Шоттки в обратной полярности рассчитанный на выходной ток.   Анекдот: Вовочка подходит к бабушке и говорит:  — Бабушка, нас в школе учат говорить только правду, вот я и решил тебе сознаться. В прошлом году я съел банку варенья, а чтоб ты не заметила я в нее насрал…  Дед резко вскакивает со стула бабке дает по голове и орет:  — Я же тебе говорил что говно, а ты засахарилось, засахарилось…

РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ СХЕМЫ | www.UnTehDon.ru

Здесь размещены схемы, для начинающих, радиолюбителей, рекомендуемые для успешного старта.

 

При сборке предложенных схем, обращайте особое внимание на исправность применяемых радиоэлементов!!!

1. Светодинамические устройства.

2. Звуковые генераторы, имитаторы.

3. Источники питания.

4. Усилители.

СВЕТОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Мигалка на одном светодиоде

Описание схемы

Эта схема представляет собой простейший несимметричный мультивибратор, что приводит к прерывистому свечению светодиода. Частота вспышек светодиода определяется частотой генерации мультивибратора. При включении источника питания ток коллектора транзистора VТ 2 скачком изменится от нуля, до начального значения, которое определяется резисторами R 1, R 2 и коэффициентом h 21э транзисторов VТ 1, VТ 2. Силу начального тока коллектора VТ 2, устанавливают подбором резистора R 2, при отключенном конденсаторе C 1. При этом светодиод еще не должен светиться. Подбор начинают со значений сопротивления R 1, при котором светодиод светится, затем увеличивают сопротивление R 1, до погасания светодиода. Подбором конденсатора C 1, добиваются требуемой частоты миганий. Номиналы резисторов, могут отличаться от указанных на схеме, на +, — 10%. Транзисторы маломощные группы МП, вместо МП41, можно ставить МП39, МП42, с любым буквенным индексом. В место МП37 можно ставить МП10, МП38. Светодиод можно применить любой имеющийся в продаже. Схема неоднократно проверенна на работоспособность и если она правильно собрана, начинает работать сразу. Применить данную схему можно как сигнальное устройство, или как эмитатор сигнализационного устройства в автомобиле и дома.

Мигалка на двух светодиодах

Описание схемы

Эта схема представляет собой симметричный мультивибратор, частота которого зависит от номиналов конденсаторов С1, С2, а так же от резисторов R 1, R 2. Частота поочередного мигания светодиодов соответственно, зависит от частоты мультивибратора которую в свою очередь можно менять подбором конденсаторов С1, С2 и резисторов R 1, R 2. Транзисторы VT 1, VT 2, группы МП и могут быть МП39, МП40, МП41, МП42, с любым буквенным индексом. Светодиоды могут быть любые, кроме инфракрасных. Схема проста в изготовлении, неоднократно проверена на работоспособность и при правильной сборке начинает работать сразу при подаче питания. Применяться данная схема может как элемент световой индикации в различных устройствах.

ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ, ИМИТАТОРЫ

Простой генератор звуковой частоты

Описание схемы

Генератор начинает работать при напряжении в несколько десятых долей вольта, даже с транзистором с малым статическим коэффициентом. Генерация возникает при нажатии кнопки S1, из — за действия сильной положительной обратной связи между коллектором и базой. R1 устанавливает нужную громкость и тональность звука. Трансформатор Т1 — от любого транзисторного малогабаритного радиоприемника. В качестве головных телефонов можно применить любые высокоомные телефоны типа ТМ — 2А, в крайнем случае подойдут и капсуля типа ДЭМ — 4М.

Электронная сирена

Описание схемы

При нажатии кнопки S 1, заряжается конденсатор С1. Разряжается конденсатор С1 через делитель напряжения на резисторах R 2, R 3, подключенного в цепь базы транзистора VT 1. Поскольку напряжение на конденсаторе С1, падает по мере его разрядки, то происходит уменьшение напряжения смещения на базе транзистора VT 1, в результате чего изменяется частота звучания. Из динамической головки слышен звук напоминающий вой серены. Транзистор VT 1, можно заменить на КТ315, КТ3102 с любым буквенным индексом. Транзистор VT 2, можно заменить на КТ837 с любым буквенным индексом. При сборки схемы особое внимание уделить правильности подключения кнопки. Несмотря на простоту схемы, почему то, именно подключение кнопки часто путают, в результате имитации серены не происходит, а слышен только обычный звуковой тон определенной частоты. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиодеталей указанных на схеме и безошибочной сборке начинает работать сразу.

Двухтональный звонок

Описание схемы

Звонок состоит из двух генераторов, генератора тона, выполненного на транзисторах V 3, V 4 и симметричного мультивибратора V 1, V 2. Как известно при работе мультивибратора его транзисторы поочередно закрываются и открываются. Это свойство и использовано для управления частотой генератора тона. Выход мультивибратора соединен с генератором тона через резистор R 5 поэтому он будет периодически подключаться к общему проводу (к плюсу источника питания), т.е. параллельно резистору R 7. При этом частота генератора будет изменяться скачком, при закрытом транзисторе из динамической головки B 1, будет слышен звук одного тона, при открытом – другого. Конденсаторы С2, С3, защищают мультивибратор от импульсов, проникающих от генератора тона. При отсутствии конденсаторов частота мультивибратора будет изменяться, что приведет к появлению неприятных тонов в звучании звонка. В место указанных на схеме, можно применить любые другие маломощные низкочастотные германиевые транзисторы соответствующей структуры. Конденсаторы могут отличаться от номинала указанного в схеме на +,- 10%. Динамическая головка В1 любая, мощностью 1-2 Вт. и сопротивлением звуковой катушки постоянному току 4-10 Ом. В место конденсаторов С2, С3, можно установить один электролитический неполярный конденсатор на 1, 2 Мкф. на номинальное напряжение не ниже 6в. Детали звонка можно смонтировать на печатной плате из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиоэлементов указанных на схеме и безошибочной сборки наладки не требует.

Рисунок печатной платы

Телеграфный тренажер на ИМС К155ЛА3

Описание схемы

Предлагаемый телеграфный тренажер достаточно прост в изготовлении, и предназначен для самостоятельного изучения телеграфной азбуки. Кнопкой S1 служит механический телеграфный ключ. Уст — во состоит из 4 — х элементов 2И — НЕ микросхемы К155ЛА3. Элементы DD1.1, DD1.2, DD1.3, образуют генератор импульсов, следующих с частотой 1000Гц. Элемент DD1.4, является буферным. С помощью резистора R1 подстраивают частоту генератора. В качестве источника питания может быть, маломощный блок питания напряжением 5в.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Простой регулируемый блок питания

Конструкции на транзисторах требуют для своего питания постоянное напряжение определенной величины, 1,5В, 3 В, 4,5 В, 9 В и 12 В. Чтобы во время проверки и налаживания собираемых схем, не расходовать напрасно средства на преобретение гальванических элементов и батарей, воспользуйтесь универсальным блоком питания работающим от сети переменного тока и позволяющим получить любое постоянное напряжение. Схема такого блока приведена на рисунке. Его выходное напряжение можно плавно изменять от 0,5 до 12 В. Причем оно будет оставаться стабильным не только при изменении сетевого напряжения, но и при изменении тока нагрузки от нескольких миллиампер до 0,3 А. Кроме того, блок питания не боится коротких замыканий в цепи нагрузки, которые нередки в практике радиолюбителя.

Познакомимся подробнее с работой блока питания. Включается он в сеть с помощью двухполюсной вилки ХР1. При замыкании контактов выключателя SA1 сетевое напряжение подается на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. На выводах вторичной обмотки появляется переменное напряжение, значительно меньшее, чем сетевое. Оно выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по так называемой мостовой схеме. Чтобы выпрямленное напряжение было такое же стабильное, как напряжение батареи гальванических элементов, на выходе выпрямителя стоит электролитический конденсатор С1 большой емкости. Выпрямленное напряжение подается на несколько цепей: R1, VD5, VT1, R2, VD6, R3; VT2, VT3, R4, (R2, VD6) — это стабилитрон с балластным резистором. Они составляют параметрический стабилизатор. Как мы уже говорили выше, независимо от колебаний выпрямленного напряжения на стабилитроне VD6 будет строго определенное напряжение, равное напряжению стабилизации данного типа стабилитрона (в нашем случае от 11,5 до 14 В). Параллельно стабилитрону включен переменный резистор R 3, с помощью которого и устанавливают нужное выходное напряжение блока питания. Чем ближе к верхнему выводу находится движок резистора, тем больше выходное напряжение. С движка переменного резистора напряжение подается на усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Можно считать, что это усилитель мощности, обеспечивающий нужный ток через нагрузку при заданном выходном напряжении. Резистор R5 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Напряжение на нем почти равно напряжению между движком переменного резистора и общим проводом (зажим ХТ2). Чтобы можно было контролировать выходное напряжение, в блок введен вольтметр, составленный из микроамперметра и добавочного резистора R 6.

Примечание: Выпрямительные диоды, диодного моста VD1 — VD4 можно заменить на более современные типа КД226 которые расчитаны на обратное напряжение более 250В или импортные аналоги. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ361 или импортные аналоги. Транзистор VT3 можно заменить на КТ837 с любой буквой, что даже облегчит его монтаж на теплоотводе. В качестве теплоотвода подойдет дюралевая или алюминиевая пластина толщиной 2мм., ширина 40мм., высота 60мм. Монтаж радиоэлементов осуществляют на печатной плате из стеклотекстолита, хотя есть примеры что для начала монтажную плату изготавливали из плотного картона. Вся конструкция помещается в корпус из диэлектрического материала (пластмасс, пластик и т.д.).

Монтаж транзистора VT3 на теплоотводе.

При сборке нужно быть внимательным и осторожным т.к. здесь на первичной обмотке трансформатора, присутсвует напряжение опасное для жизни 220в.

УСИЛИТЕЛИ

Схема бестрансформаторного двухтактного УНЧ

Описание схемы

Простой бестрансформаторный двухтактный усилитель мощностью 1.5 Вт..Высокочастотный транзистор П416 применен здесь из соображения как можно больше снизить шумы входного каскада, потому как помимо того что он высокочастотный, он еще и малошумящий. Практически его можно заменить на МП39 — 42, с ухудшением шумовых характеристик соответственно или на кремниевые транзисторы КТ361 или КТ3107 с любой буквой.. Для предотвращения искажений типа «ступенька», между базами VT2, VT3, фазоинверсного каскада включен диод VD1 — Д9, с любой буквой, благодаря чему на базах транзисторов образуется напряжение смещения. Напряжение в средней точке (минусовой вывод конденсатора С2) будет равно 4,5в. Его устанавливают подбором резисторов R2, R4. Максимально допустимое рабочее напряжение конденсатора С2 может быть 6в.

Материал с сайта http://www.lessonradio.narod.ru

Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр

Кварцевый генератор – важный электронный компонент, обеспечивающий очень точную генерацию тактовой частоты за небольшие деньги. Из-за пьезоэлектрического эффекта его электрические свойства меняются в процессе вибрации. Поскольку можно сделать кристалл, который будет вибрировать с определённой частотой, кварцевые генераторы очень полезны для множества применений. Появились они в 1920-х, и сначала обеспечивали точную генерацию волн для радиостанций. В 1970-м году произошла революция наручных часов, когда в них стали использовать кварцевые генераторы высокой точности. Компьютеры, от ENIAC 1940-х годов и до сей поры используют кварцевые генераторы для генерации тактовой частоты.

В современных ПК всё ещё используются кварцевые генераторы, но для получения многогигагерцовых тактовых частот применяются более сложные технологии. ПК использует кристалл с частотой гораздо меньшей, чем рабочая, и умножает её при помощи фазовой автоподстройки частоты. Компьютеры часто используют кристалл на 14 318, поскольку эту частоту использовали в старых телевизорах, и такие кристаллы были недорогими и широко распространёнными.

Для того, чтобы кристалл вибрировал, его схеме требуются дополнительные компоненты. В 1970-х набрали популярность модульные кварцевые генераторы – в этих компактных и лёгких в использовании микросборках комбинировались сам кристалл, ИС и дискретные компоненты. Мне стало интересно, как работает один из таких модулей, поэтому я вскрыл один из них и провёл реверс-инжиниринг его чипа. В данном посте я расскажу, как он работает, и опишу крохотную КМОП-схему, им управляющую. Оказалось, что внутри модуля происходит больше интересного, чем можно было ожидать.

Модуль генератора

Я изучал модуль от карточки для IBM PC. Модуль находится в прямоугольном металлическом корпусе с 4-мя контактами, защищающем электронику от электрического шума (это Rasco Plus в прямоугольном корпусе справа на фото, а не квадратная ИС от IBM). Модуль генерирует сигнал в 4,7174 МГц, что следует из надписи на его корпусе.

Почему же карточка использует кристалл с такой необычной частотой — 4,7174 МГц? В 1970-х IBM 3270 был очень популярным терминалом с ЭЛТ. Терминалы соединялись коаксиальным кабелем и использовали протокол Interface Display System Standard, работавший с тактовой частотой в 2,3587 МГц. В конце 1980-х IBM производила интерфейсные карточки для подсоединения IBM PC к сети 3270. Мой кристалл как раз с одной из таких карточек (тип 56X4927), и частота кристалла равняется 4,7174 МГц – ровно в два раза больше, чем 2,3587 МГц.

Модуль кварцевого генератора находится справа внизу. Надпись на корпусе: Rasco Plus. 4.7174 MHZ, Motorola 1987. Квадратный модуль слева – это ИС от IBM.

Я вскрыл корпус модуля, чтобы посмотреть на его гибридную схему. Я ожидал увидеть там кварцевый кристалл, напоминающий драгоценный камень в шкатулке, однако обнаружил, что кварцевые генераторы используют очень тонкий кварцевый диск. Я повредил его при вскрытии, поэтому у него не хватает кусочка справа вверху. Он виден в левой части фото – с двух сторон к нему подходят металлические электроды. Те, в свою очередь, соединяются с небольшими штырьками, на которых кристалл поднят над поверхностью корпуса, чтобы он мог свободно вибрировать.

Внутри корпуса кварцевого генератора – компоненты, закреплённые на керамической подложке. Они подсоединяются к схеме крохотной золотой проволочной разваркой. Конденсатор на 3 нФ и плёночный резистор на 10 Ом, расположенные на подложке методом поверхностного монтажа, отфильтровывают шум, поступающий от контакта питания.

Схема работы ИС

На фото ниже показан крохотный кристалл ИС под микроскопом. Размечены контактные площадки и основные функциональные блоки. Зелёно-коричневые участки – это кремний, формирующий ИС. Жёлтоватый металлический слой соединяет компоненты с ИС. Под металлом находится красноватый слой поликремния, где формируются транзисторы – но он практически полностью закрыт металлическим слоем. По краям чипа расположена проволочная разварка, подсоединённая к контактным площадкам, соединяющим чип с остальными частями модуля. Две площадки (select и disable) не подсоединены. Чип произведён компанией Motorola в 1986. По артикулу SC380003 информации я не нашёл.

Кристалл ИС с разметкой основных блоков. «FF» обозначает триггеры. «sel» – контактные площадки [select pads]. «cap» – площадки, подсоединённые к внутренним конденсаторам.

У ИС есть две задачи. Во-первых, её аналоговые компоненты заставляют кристалл колебаться. Во-вторых, её цифровые компоненты делят частоту на 1, 2, 4 или 8, и выдают сигнал тактовой частоты с большим током (делитель задаётся двумя контактами выбора на ИС).

Кварцевый генератор реализован по приведённой ниже схеме, которая называется «генератор Колпитца». Она сложнее обычной схемы кварцевого генератора. Суть в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с заданной частотой. Однако колебания быстро затухли бы, если бы не поддерживающая обратная связь с поддерживающего транзистора.

Типичный кварцевый генератор строится по простой схеме под названием «генератор Пирса», в которой из кристалла и инвертера формируется цепь обратной связи. Два заземлённых конденсатора в середине делают её очень похожей на классический генератор Колпитца.

Не уверен, по какой причине разобранный мною кварцевый генератор использует более сложную схему, которая требует хитрого смещения напряжения.

В 1918 году Эдвин Колпитц, главный исследователь в компании Western Electric, изобрёл кварцевый генератор на катушке индуктивности и конденсаторе. Сегодня эта схема известна, как генератор Колпитца. Идея в том, что катушка индуктивности с конденсатором формируют «резонансный резервуар», колеблющийся с частотой, зависящей от характеристик компонентов. Можно представлять, что электричество в этом резервуаре как бы плещется туда и сюда между катушкой индуктивности и конденсаторами. Сами по себе колебания быстро затухли бы, поэтому для их подпитки используется усилитель. В оригинальном генераторе Колпитца усилителем была электронная лампа. Позднее схемы перешли на транзисторы, но этот усилитель может быть операционным или другого типа. В других схемах конец заземляется, чтобы в середине шла обратная связь. Тогда конденсаторы ничего не инвертируют, поэтому используется не инвертирующий усилитель.

Упрощённая схема генератора Колпитца с базовыми компонентами.

Ключевая особенность генератора Колпитца заключается в двух конденсаторах, формирующих делитель напряжения. Поскольку они в середине заземлены, на двух концах у них будет напряжение противоположных значений: когда одно повышается, второе понижается. Усилитель берёт сигнал с одного конца, усиливает его, и подаёт на другой. Усилитель инвертирует сигнал, а конденсаторы дают второе инвертирование, так, что обратная связь усиливает оригинальный сигнал (обеспечивая фазовый сдвиг на 360°).

В 1923 году Джордж Вашингтон Пирс, профессор физики в Гарварде, заменил катушку индуктивности в генераторе Колпитца на кристалл. Благодаря этому генератор стал более точным, и его стали широко использовать в радиопередатчиках и других устройствах. Пирс запатентовал своё изобретение и заработал приличные деньги на таких компаниях, как RCA и AT&T. Наличие патентов привело к многолетним судебным тяжбам, дошедшим в итоге до Верховного суда.

Несколько десятилетий генератор Пирса было принято называть генератором Колпитца с кристаллом. В генераторе Пирса часто отсутствовали характерные конденсаторы, вместо которых использовалось паразитная ёмкость электронной лампы. Терминология постепенно менялась, и два разных типа кварцевых генератора начали называть генератором Колпитца (с конденсаторами) и генератором Пирса (без них).

Ещё одно изменение терминологии произошло в связи с тем, что генератор Колпитца, генератор Пирса и генератор Клаппа были топологически идентичными кварцевыми генераторами, отличавшимися только в том, какая часть схемы считалась землёй (коллектор, эмиттер или база соответственно). Все эти генераторы можно называть генераторами Колпитца, только с общим коллектором, общим эмиттером или общей базой.

Этот экскурс в историю я сделал с тем, чтобы показать, что в различных источниках эти генераторы называют по-разному, генераторами Колпитца или Пирса, причём противоречивым образом. Тот генератор, что изучал я, можно назвать генератором Колпитца с общим стоком (по аналогии с общим коллектором). Также его можно назвать генератором Колпитца на основании расположения заземления. Но исторически его можно назвать генератором Пирса, поскольку он использует кристалл. Также он называется кварцевым генератором с одним контактом, поскольку только один контакт кристалла подсоединён к внешней схеме (другой заземлён).

Упрощённая схема генератора

Увеличение напряжения на кристалле включает транзистор, ток идёт в конденсаторы, увеличивая напряжение на них (и на кристалле). Уменьшение напряжения на кристалле выключает транзистор, сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторов, уменьшая напряжение на кристалле. Таким образом, обратная связь с транзистора усиливает колебания кристалла, поддерживая их.

Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой схемы. Напряжение смещения устанавливает вентиль транзистора где-то посередине между включённым и выключенным состоянием, поэтому колебания напряжения на кристалле включают его и выключают. Ток смещения находится посередине между значениями токов включённого и выключенного транзистора, поэтому ток, приходящий и уходящий из конденсаторов, сбалансирован (я упрощаю, говоря о включённых и выключенных состояниях – в реальности сигнал будет иметь синусоидальную форму).

Цепи напряжения смещения и тока – это умеренно сложные аналоговые схемы, состоящие из кучки транзисторов и нескольких резисторов. Подробно описывать их не буду, скажу лишь, что они используют цепи обратной связи для генерации нужных фиксированных значений напряжения и тока.

Значительную часть ИС занимают пять конденсаторов. На схеме один расположен сверху, три идут параллельно, формируя нижний конденсатор на схеме, а один стабилизирует цепь напряжения смещения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения верхнего металлического слоя. Красные и зелёные участки – это поликремний, формирующий верхнюю пластину конденсатора вместе с металлическим слоем. Расположенный под поликремнием розоватый участок – вероятно, нитрид кремния, формирующий диэлектрический слой. Кремний с добавками, которого на фото не видно, формирует нижнюю пластину конденсатора.

Конденсатор на кристалле. Большой бледный квадрат слева – площадка для подсоединения проволочной разварки к ИС. Сложные структуры слева – фиксирующие диоды контактов. Похожие на клевер структуры справа – это транзисторы.

Интересно, что конденсаторы на чипе не соединяются вместе. Они подсоединены к трём площадкам, связанным между собой проволочной разваркой. Возможно, это придаёт схеме гибкость – ёмкость цепи можно изменить, удалив проводник, ведущий к конденсатору.

Цифровая схема

С правой части чипа находится цифровая схема делителя выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Благодаря ей один и тот же кристалл может выдавать четыре частоты. Делитель составлен из трёх триггеров, подключённых последовательно. Каждый делит входящий импульс пополам. Мультиплексор 4 к 1 выбирает между оригинальной частотой импульсов или выходом с одного из триггеров. Выбор осуществляется при помощи проводников, подходящих к двум площадкам для выбора с правой части кристалла. Итоговая частота фиксируется на этапе производства. Для декодирования контактов и генерации четырёх управляющих сигналов мультиплексору и триггерам используются четыре вентиля NAND вместе с инверторами.

Реализация логики КМОП

Кип построен на логике КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Она использует совместно работающие транзисторы двух типов, N-МОП и P-МОП. На диаграмме ниже показано устройство N-МОП транзистора. Транзистор можно считать переключателем между истоком и стоком, который контролирует вентиль. Исток и сток (зелёные) состоят из участков кремния с добавками, меняющими его полупроводниковые свойства – из N+ кремния. Вентиль сделан из особого кремния, поликремния, отделённого от кремниевой подложки очень тонким изолирующим слоем оксидным слоем. N-МОП транзистор включается, когда вентиль подтягивается вверх.

Структура N-МОП транзистора. Структура P-МОП транзистора похожа, однако участки кремния N- и P-типа меняются местами.

Строение P-МОП транзистора противоположно N-МОП: исток и сток состоят из P+ кремния, включённого в N кремний. Работает он тоже противоположно N-МОП транзистору: включается, когда вентиль подтягивается вниз. Обычно P-МОП транзисторы подтягивают сток вверх, а N-МОП – вниз. В КМОП транзисторы работают, дополняя друг друга, подтягивая выходной сигнал вверх или вниз по необходимости.

На диаграмме ниже показано, как в КМОП реализован вентиль NAND. Если на вход подать 0, соответствующий P-МОП транзистор (вверху) включится и притянет выход вверх. Если на оба входа подать 1, N-МОП транзистор (внизу) включится и подтянет выход вниз. Таким образом схема реализует функцию NAND.

На диаграмме ниже показано, как NAND-вентиль выглядит на кристалле. В отличие от изображений в учебниках, у реальных транзисторов бывает сложная, извилистая форма. С левой стороны находятся P-МОП транзистор, а с правой – N-МОП. Красноватые дорожки над кремнием – это поликремний, формирующий вентили. Большая часть кремния в подложке благодаря добавкам проводит ток, и выглядит чуть темнее непроводящего кремния без добавок с левого и правого краёв, а также в центре. Для изготовления этого фото металлический слой был вытравлен. Жёлтые линии обозначают места, где раньше были металлические проводники. Кружочки — это связи металлического слоя с нижними слоями, кремния или поликремния.

Как NAND-вентиль выглядит на кристалле

Транзистор на фото можно сопоставить со схемой NAND-вентиля. Посмотрите на сформированные поликремнием вентили транзистора, и на то, что они разделяют. От участка +5 есть дорожка к выходу через длинный P-МОП транзистор слева. Второй путь идёт через небольшой P-МОП транзистор в центре – это показывает, что транзисторы подключены параллельно. Каждый вентиль контролирует один из входов. Слева дорожка от земли к выходу должна пойти через оба концентрических N-МОП транзистора – они подключены последовательно.

В этой ИС также используется много транзисторов с кольцевыми вентилями. Эта необычная техника расположения элементов позволяет с большой плотностью разместить множество параллельных транзисторов. На фото ниже показано 16 транзисторов с кольцевыми вентилями. Похожие на клевер узоры медного цвета – это сток транзисторов, а снаружи находится исток. Металлический слой (тут он удалён) объединяет соответственно все истоки, вентили и стоки. Параллельные транзисторы работают как один большой. Параллельные транзисторы используются для подачи больших токов на выход. В схеме смещения вместе соединяются различное количество транзисторов (6, 16 или 40), чтобы получать нужное соотношение токов.

Передаточный вентиль

Ещё одна ключевая схема чипа – это передаточный вентиль. Он работает как переключатель, через который сигнал либо проходит, либо нет. На схеме ниже показано, как передаточный вентиль делается из двух транзисторов, N-МОП транзистора и P-МОП транзистора. Если по линии enable подаётся большое напряжение, включаются оба транзистора, и входной сигнал проходит на выход. Если напряжение низкое, они выключаются, блокируя сигнал. Справа показано условное обозначение передаточного вентиля на схемах.

Мультиплексор

Мультиплексор используется для выбора одного из четырёх тактовых сигналов. На диаграмме ниже показано, как мультиплексор реализован на основе передаточных вентилей. Мультиплексор принимает на вход четыре сигнала: A, B, C и D. Один из входов выбирается через активацию соответствующей линии выбора и её дополнения. Этот вход связывается через передаточный вентиль с выходом, а другие входы блокируются. Хотя мультиплексор можно построить и на стандартных логических вентилях, его реализация на передаточных вентилях получается эффективнее.

Мультиплексор 4 к 1 на основе передаточных вентилей

На схеме ниже показаны транзисторы, из которых состоит мультиплексор. Ко входам B и С подключено по паре транзисторов. Думаю, это сделано потому, что у пары транзисторов сопротивление получается половинным. Поскольку входы В и С предназначены для высокочастотных сигналов, пара транзистора позволяет уменьшить задержки и искажения.

На фото ниже показано, как мультиплексор реализован на кристалле физически. Лучше всего видно поликремниевые вентили. Металлический слой удалён. Металлические проводники шли вертикально, соединяя соответствующие сегменты транзисторов. Истоки и стоки соседних транзисторов объединены в единые участки, расположенные между вентилями. В верхнем прямоугольнике находятся N-МОП транзисторы, а в нижнем – P-МОП. Поскольку P-МОП транзисторы менее эффективны, нижний прямоугольник должен быть больше.

Триггер

На чипе есть три триггера, делящие тактовую частоту. Кварцевый генератор использует переключаемые триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда получают входящий импульс. Поскольку два входящих импульса дают один исходящий (0→1→0), триггер делит частоту пополам.

Триггер состоит из передаточных вентилей, инверторов и NAND-вентиля – см. схему ниже. Когда входящий тактовый сигнал равен 1, выход проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку А. Когда входящий сигнал переключается на 0, открывается первый передаточный вентиль, и в точке А остаётся предыдущее значение. Тем временем закрывается второй передаточный вентиль, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и передаточный вентиль в точку В. NAND-вентиль снова его инвертирует, в результате чего значение выхода меняется на противоположное. Второй цикл входящего сигнала тактовой частоты повторяет этот процесс, благодаря чему выход возвращается к изначальному значению. В итоге два цикла входящих сигналов дают один цикл выходящего сигнала, так что триггер делит частоту на 2.

У каждого триггера есть разрешающий вход. Если триггер для выбранного выхода не нужен, он отключается. К примеру, если выбирается режим деления на 2, используется только первый триггер, а два другие отключаются. Полагаю, это делается для уменьшения энергопотребления. Это не зависит от контакта отключения на модуле, который полностью блокирует выходящий сигнал. Это отключаемое свойство опционально; в данном модуле такой функции нет, а контакт отключения не подключен к ИС.

На схеме выше инвертеры и передаточные вентили показаны в виде отдельных структур. Однако в триггере используется интересная структура вентилей, комбинирующая инвертер и передаточный вентиль (слева) в единый вентиль (справа). Пара транзисторов, подключенных к data in, работают как инвертер. Однако если сигнал тактовой частоты нулевой, питание и земля блокируются, и вентиль не влияет на выход, сохраняя предыдущее напряжение. Так работает передаточный вентиль.

Комбинированные инвертер и передаточный вентиль

На фото ниже показано, как один из таких вентилей выполнен на кристалле. На фото видно металлический слой сверху. Под ним видно красноватые вентили из поликремния. Слева расположены два P-МОП транзистора в виде концентрических кругов. Справа находятся N-МОП транзисторы.

Заключение

Хотя модуль кварцевого генератора снаружи кажется простым, внутри него больше компонентов, чем можно было бы ожидать. Там находится не только кристалл кварца, но и дискретные компоненты, и крохотная ИС. В ИС скомбинированы конденсаторы, аналоговые цепи, обеспечивающие колебания, и цифровые цепи для выбора частоты. Можно выбрать одну из четырёх частот, изменяя проводку ИС на этапе производства.

Больше информации по кварцевым генераторам можно найти на сайтах EEVblog, electronupdate и WizardTim. Про генератор Колпитца можно посмотреть на Hackaday.

Закончу фотографией чипа после удаления слоёв металла и оксида, чтобы было видно кремний и поликремний. Больше всего выделяются крупные розоватые конденсаторы, однако можно рассмотреть и транзисторы.

Кликабельно

AD9959 Техническое описание и информация о продукте

Подробнее о продукте

AD9959 состоит из четырех ядер синтезатора прямого цифрового синтеза (DDS, direct digital synthesizer), которые обеспечивают независимое управление частотой, фазой и амплитудой каждого канала. Подобная гибкость может быть использована для коррекции дисбаланса между сигналами, вносимого аналоговыми схемами обработки (фильтрами, усилительными схемами), или рассогласований, связанных с топологией печатной платы. Поскольку все каналы работают от одного системного тактового сигнала, они по определению синхронны. Микросхема также поддерживает возможность синхронизации нескольких кристаллов.

AD9959 может обеспечивать модуляцию частоты, фазы или амплитуды (FSK, PSK, ASK) с количеством дискретных уровней до 16. Модуляция осуществляется подачей управляющих сигналов на выводы профиля. Кроме того, AD9959 поддерживает автоматическое линейное изменение частоты, фазы или амплитуды. Данная функция может быть полезна в таких областях, как радиолокация или измерительная техника.

Последовательный порт ввода/вывода AD9959 может работать в нескольких конфигурациях, обеспечивая повышенную гибкость. Порт имеет режим совместимости с SPI, в котором он работает фактически идентично SPI портам более ранних DDS компании Analog Devices. Гибкость обеспечивается четырьмя выводами данных (SDIO_0/SDIO_1/ SDIO_2/ SDIO_3), которые позволяют выбрать один из четырех программируемых режимов работы последовательного порта ввода/вывода.

В AD9959 используется усовершенствованная технология DDS, которая обеспечивает малое рассеивание мощности при поддержании высокого качества и производительности. В компоненте интегрированы четыре быстродействующих 10-разрядных ЦАП с превосходными узкополосным и широкополосным SFDR. Каждый канал имеет собственные аккумулятор фазы с 32-битным словом настройки частоты, регулировку фазового сдвига с разрядностью 14 бит и масштабирующий умножитель на выходе с разрядностью 10 бит.

В качестве опорного напряжения для выходного каскада ЦАП используется напряжение питания, и выход ЦАП должен подключаться к ADVV через резистор или к трансформатору, центральный отвод которого соединен с AVDD. Каждый ЦАП также имеет свой собственный программируемый источник опорного напряжения, который позволяет работать с другими значениями тока полной шкалы.

DDS играет роль делителя частоты с высоким разрешением, на вход которого поступает сигнал REFCLK, а выходной сигнал преобразовывается в аналоговую форму при помощи ЦАП. Входной сигнал REFCLK является общим для двух каналов и может подаваться на DDS непосредственно или использоваться в комбинации с интегрированным умножителем частоты REFCLK (ФАПЧ), повышающим частоту опорного сигнала до 500 МГц. Коэффициент умножения схемы ФАПЧ является целым числом и программируется в диапазоне от 4 до 20 . Входной каскад REFCLK также содержит схему генератора, позволяющего использовать в качестве источника REFCLK внешний кварцевый резонатор. Частота кварцевого резонатора должна принадлежать диапазону от 20 МГц до 30 МГц. Кварцевый резонатор может использоваться в комбинации с умножителем частоты REFCLK.

AD9959 выпускается в компактном 56-выводном корпусе LFCSP. Ядро DDS работает от напряжения питания 1.8 В (выводы AVDD и DVDD). Цифровой интерфейс ввода/вывода (SPI) работает от напряжения 3.3 В и требует подключения вывода DVDD_I/O (вывод 49) к напряжению 3.3 В. AD9959 работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C.

Области применения

• Генераторы сигнала гетеродина с быстрой перестройкой
• Фазированные антенные решетки в радиолокации и гидроакустике
• Измерительное оборудование
• Синхронное тактирование
• Источники сигнала ВЧ для акустооптических перестраиваемых фильтров

Схема генератора частоты

с работающей и ее типы

Генератор частоты

Генератор частоты — это электронное устройство одного типа, используемое в качестве исследовательского инструмента клиническими исследователями, практикующими врачами для воздействия на человеческий организм путем внесения изменений в химическое вещество с помощью звуковых волн или биочастот. Принцип работы частотного генератора — симпатический резонанс. Например, если есть два одинаковых объекта и один из них вибрирует, то оставшийся объект начнет вибрировать.Точно так же, как волна может резонировать в хрустальном стекле и разбивать камни в почках, можно использовать ультразвук. Многие исследователи считают, что частота может быть произведена для пробуждения функции органа, паразитов и вирусов, что приведет к их удалению из человеческого тела. В этой статье дается обзор схемы генератора частоты и ее работы.

Что такое генератор частоты?

Генератор частоты — это электронное устройство, которое используется для поражения электрическим током отдельных организмов с помощью синкрометра, чтобы определить частоту определенного организма.

Принципиальная схема генератора частоты

Принципиальная схема высокочастотного генератора сигналов показана ниже. Эта схема разработана с использованием различных электрических и электронных компонентов

Цепь генератора частоты

Основная функция этой схемы генератора частоты — генерировать синусоидальную, прямоугольную или треугольную волну путем программирования входов контактов A0 и A1.

• Если входы контактов — A0 и A1, то он генерирует сигнал
• Если входы вывода — X1, то он генерирует синусоидальную волну
• Если входы контактов 00, то генерируется прямоугольная волна
• Если на входах контактов 10, то он генерирует треугольную волну.

Поток тока в указанной выше цепи может регулировать частоту. Если мы отсоединим 20k RIN от контакта 1 (REF) и подключим его к ЦАП, то мы сможем управлять частотой с помощью цифровых помех или микроконтроллера. Даже мы можем регулировать микросхему IC с помощью кварцевого кристалла, управляя током с помощью o / p фазового компаратора, который соответствует синхронизированному выходу (вывод 14 MAX038) и опорному сигналу CLK кварцевого генератора. Эта микросхема генератора частотных сигналов весьма интересна, поскольку может выдавать 0.1 Гц-20 МГц, широкая рабочая частота, по оценкам для каждого устройства генератора сигналов.

Типы генераторов частоты

Существуют разные типы генераторов частоты для разных применений. Как правило, ни один инструмент не подходит для всех возможных приложений. Обычно эти генераторы представляют собой встроенные аппаратные блоки, но, поскольку во времена мультимедийных ПК, также были доступны программируемые гибкие программные тональные генераторы. Схемы генератора частоты используются для тестирования, проектирования, ремонта электронных устройств, устранения неисправностей, а также используются в художественных целях.

Генератор звуковой частоты

Генератор звуковой частоты — это один из видов генератора частоты и активированный генератор сигналов. Всякий раз, когда на вход схемы подается положительный импульс, на выходе выходит модулированный сигнал звуковой частоты. Схема сигнала в этой цепи аналогична птичьему писку. Ширина импульса сигнала активации должна составлять миллисекунды. Напряжение питания составляет от 9 до 20 В. Генератор звуковой частоты потребляет ток 2 мА или ниже.Эту схему можно изменить как генератор сигналов кода Морзе, заменив конденсатор C1 на конденсатор емкостью 0,1 мкФ.

Генератор звуковой частоты

Цифровой генератор частоты

В цифровом частотном генераторе цифровая часть состоит из сумматора, сдвигового регистра, 1-мегабитного СППЗУ и защелки. Сдвиговый регистр уменьшает потребность в выводах портов на блоке микроконтроллера с 33 контактов на 3 контакта. Он также синхронизирует входные данные с блока микроконтроллера с работой сумматора.

Цифровой генератор частоты

Выход сумматора в качестве обратной связи соединен с самим собой через защелку. Таким образом, выходное значение защелки улучшается на значение сдвигового регистра в каждом цикле CLK. Значение регистра также используется в качестве адреса для СППЗУ. Этот СППЗУ состоит из таблицы, которая позволяет изменять значение от защелки до амплитуды сигнала o / p. В принципе, любую форму сигнала можно сохранить и затем воспроизвести.

Точность генерируемой частоты определяется на низких частотах точностью генератора, а на высоких частотах — джиттером, который вызван отдельной природой сумматора и таблицы.Амплитудная модуляция и частотная модуляция основаны на программном обеспечении DDS в MCU. Поскольку синус считывается из справочной таблицы размером 16 Кбайт (сначала наименее значимый бит), начиная с H01000, вы можете заменить его любым другим видом сигнала.

Характеристики цифрового генератора частоты

Основные характеристики цифрового генератора частоты включают следующие

• 16-битное цифро-аналоговое преобразование, дает четкий знак до 2 мегагерц с 4-кратной передискретизацией
• 2.5-мегагерцовый фильтр Баттерворта 9-го порядка
32-битный сумматор
• дает шаг настройки 0,0037 Гц при работе на частоте 16 мегагерц
• Частотная модуляция и амплитудная модуляция:
Микроконтроллер
• с программным обеспечением DDS
• Модуляция синусоидальной, треугольной и пилообразной формы волны
24-битный сумматор
• дает результат изменения шага 0,0003 Гц при работе на частоте 5,3 кГц для частотной модуляции и шаге изменения 0,0005 Гц при работе на частоте 8.9 кГц для AM
• Модуляция с 12-битной для амплитудной модуляции и 16-битной для частотной модуляции
• 2 килогерц фильтр Баттерворта 4-го порядка для AM сигнала
• Выходное напряжение может регулироваться от 0 до +/- 12 В
• Выходное смещение можно регулировать от 0 до +/- 8 В
• Этот генератор частоты работает автономно
  Дистанционное управление через RS232

Таким образом, речь идет о генераторе частоты, схеме генератора частоты и типах генератора частоты.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые вопросы по этой теме или проектам в области электротехники и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, каковы области применения схемы генератора частоты

?

Фото:

Генераторы сигналов для генерации сигналов синхронизации

В предыдущих руководствах мы подробно рассмотрели три различных типа базовых схем транзисторного мультивибратора, которые можно использовать в качестве релаксационных генераторов для создания на их выходах прямоугольной или прямоугольной волны для использования в качестве тактовых и синхронизирующих сигналов.

Но также можно сконструировать базовые схемы генератора сигналов из простых интегральных схем или операционных усилителей, подключенных к цепи резистора-конденсатора (RC) или к кварцевому кристаллу, чтобы получить требуемую двоичную или прямоугольную форму выходного сигнала с желаемой формой. частота.

Это руководство по генерации сигналов было бы неполным без некоторых примеров схем цифрового регенеративного переключения, поскольку оно иллюстрирует как действие переключения, так и работу генераторов сигналов, используемых для генерации прямоугольных сигналов для использования в качестве временных или последовательных сигналов.

Мы знаем, что схемы рекуперативного переключения, такие как Astable Multivibrators , являются наиболее часто используемым типом релаксационного генератора, поскольку они производят постоянную прямоугольную волну на выходе, что делает их идеальными в качестве цифрового генератора сигналов .

Астабильные мультивибраторы — отличные генераторы, потому что они непрерывно переключаются между двумя нестабильными состояниями с постоянной частотой повторения, тем самым производя непрерывный выходной сигнал прямоугольной формы с соотношением расстояния между метками 1: 1 («ВКЛ» и «ВЫКЛ», умноженные на одно и то же). вывод, и в этом руководстве мы рассмотрим некоторые из различных способов создания генераторов сигналов, используя только стандартные логические схемы TTL и CMOS вместе с некоторыми дополнительными дискретными компонентами синхронизации.

Генераторы сигналов Шмитта

Простые генераторы сигналов могут быть сконструированы с использованием базовых инверторов с триггером Шмитта, таких как TTL 74LS14. Этот метод, безусловно, является самым простым способом сделать базовый генератор нестабильной формы сигнала. При использовании для генерации тактовых или синхронизирующих сигналов нестабильный мультивибратор должен генерировать стабильную форму волны, которая быстро переключается между его «ВЫСОКИМ» и «НИЗКИМ» состояниями без каких-либо искажений или шумов, и инверторы Шмитта именно это и делают.

Мы знаем, что выходное состояние инвертора Шмитта является противоположным или обратным состоянию его входного состояния (НЕ принципы затвора), и что он может изменять состояние на разных уровнях напряжения, давая ему «гистерезис».

Инверторы Шмитта

используют действие триггера Шмитта, которое изменяет состояние между верхним и нижним пороговым уровнем, когда сигнал входного напряжения увеличивается и уменьшается относительно входной клеммы. Этот верхний пороговый уровень «устанавливает» выход, а нижний пороговый уровень «сбрасывает» выход, что соответствует логическому «0» и логической «1» соответственно для инвертора. Рассмотрим схему ниже.

Инверторный генератор сигналов Шмитта

Эта простая схема генератора сигналов состоит из одного логического элемента инвертора Шмитта TTL 74LS14 с конденсатором C, подключенным между его входным выводом и землей (0 В), и положительной обратной связью, необходимой для колебания схемы, обеспечиваемой резистором обратной связи R .

Так как же это работает ?. Предположим, что заряд на обкладках конденсатора ниже нижнего порогового уровня Шмитта 0,8 В (значение из таблицы). Таким образом, входной сигнал инвертора устанавливается на уровне логического «0», что приводит к выходному уровню логической «1» (принципы инвертора).

Одна сторона резистора R теперь подключена к выходу уровня логической «1» (+ 5 В), а другая сторона резистора подключена к конденсатору C, который находится на уровне логического «0» (0,8 В или ниже. ).Конденсатор теперь начинает заряжаться в положительном направлении через резистор со скоростью, определяемой постоянной времени RC комбинации.

Когда заряд на конденсаторе достигает верхнего порогового уровня 1,6 В триггера Шмитта (значение из таблицы данных), выходной сигнал инвертора Шмитта быстро изменяется с логического уровня «1» на логический уровень «0», и ток, протекающий через резистор меняет направление.

Это изменение теперь приводит к тому, что конденсатор, который изначально заряжался через резистор R, начинает разряжаться обратно через тот же резистор, пока заряд на пластинах конденсатора не достигнет нижнего порогового уровня 0.8 вольт, и выход инвертора переключается в состояние снова, цикл повторяется снова и снова, пока присутствует напряжение питания.

Таким образом, конденсатор C постоянно заряжается и разряжается во время каждого цикла между входными верхним и нижним пороговыми уровнями инвертора Шмитта, создавая логический уровень «1» или логический уровень «0» на выходе инвертора. Однако форма выходного сигнала не является симметричной, обеспечивая рабочий цикл около 33% или 1/3, так как отношение метки к промежутку между «HIGH» и «LOW» составляет 1: 2 соответственно из-за характеристик входного затвора TTL. инвертор.

Сопротивление резистора обратной связи (R) ДОЛЖНО также поддерживаться на низком уровне ниже 1 кОм для правильной генерации схемы, от 220R до 470R — в порядке, и путем изменения номинала конденсатора C для изменения частоты. Также на высоких частотах форма выходного сигнала меняет форму с прямоугольной на трапециевидную, поскольку на входные характеристики затвора TTL влияет быстрая зарядка и разрядка конденсатора. Таким образом, частота колебаний для генератора сигналов Шмитта задается как:

Частота сигнала Шмитта

Со значением резистора от 100R до 1 кОм и емкостью конденсатора от 1 нФ до 1000 мкФ.Это даст частотный диапазон от 1 Гц до 1 МГц (высокие частоты вызывают искажение формы сигнала).

Как правило, стандартные логические элементы TTL не работают слишком хорошо в качестве генераторов сигналов из-за их средних входных и выходных характеристик, искажения формы выходного сигнала и низкого сопротивления резистора обратной связи, что приводит к использованию конденсатора большой емкости для работы на низких частотах.

Также генераторы TTL могут не генерировать колебания, если емкость конденсатора обратной связи слишком мала.Однако мы также можем сделать нестабильные мультивибраторы, используя улучшенную логическую технологию CMOS, которая работает от источника питания от 3 до 15 В, например, CMOS 40106B Schmitt Inverter.

CMOS 40106 — это инвертор с одним входом, с тем же действием триггера Шмитта, что и TTL 74LS14, но с очень хорошей помехоустойчивостью, широкой полосой пропускания, высоким коэффициентом усиления и отличными характеристиками входа / выхода для получения более «квадратной» формы выходного сигнала, как показано ниже. .

Генератор сигналов Шмитта CMOS

Схема генераторов сигналов Шмитта для CMOS 40106 в основном такая же, как и для предыдущего инвертора TTL 74LS14, за исключением добавления резистора 10 кОм, который используется для предотвращения повреждения конденсатором чувствительных входных транзисторов MOSFET, поскольку он быстро разряжается на более высокие частоты.

Отношение метки к пространству согласовано более равномерно и составляет примерно 1: 1, при этом сопротивление резистора обратной связи увеличено до менее 100 кОм, что приводит к меньшему и более дешевому конденсатору синхронизации C. Частота колебаний может отличаться от: (1 / 1,2 RC), поскольку входные характеристики CMOS отличаются от TTL. При сопротивлении резистора от 1 кОм до 100 кОм и емкости конденсатора от 1 пФ до 100 мкФ. Это даст диапазон частот от 0,1 Гц до 100 кГц.

Инверторные генераторы сигналов Шмитта также могут состоять из множества различных логических вентилей, соединенных для формирования инверторной схемы.Базовая схема нестабильного мультивибратора Шмитта может быть легко модифицирована с помощью некоторых дополнительных компонентов для получения различных выходных сигналов или частот. Например, два инверсных сигнала или несколько частот и заменой постоянного резистора обратной связи на потенциометр выходная частота может быть изменена, как показано ниже.

Генераторы тактовых сигналов

В первой схеме, приведенной выше, дополнительный инвертор Шмитта был добавлен к выходу генератора сигналов Шмитта, чтобы создать вторую форму волны, которая является обратным или зеркальным отображением первой, создавая две дополнительные выходные формы волны, поэтому, когда один выход имеет «ВЫСОКИЙ» Другой — «НИЗКИЙ».Этот второй инвертор Шмитта также улучшает форму обратной формы выходного сигнала, но добавляет к нему небольшую «задержку затвора», поэтому он не точно синхронизирован с первым.

Кроме того, выходная частота схемы генератора может быть изменена путем замены постоянного резистора R на потенциометр, но все же требуется резистор обратной связи меньшего размера, чтобы предотвратить короткое замыкание потенциометра инвертора при его минимальном значении 0 Ом.

Мы также можем использовать два дополнительных выхода, Q и Q первой схемы, чтобы альтернативно мигать двумя наборами лампочек или светодиодов, подключив их выходы непосредственно к базам двух переключающих транзисторов, как показано.

Таким образом, один или несколько светодиодов соединены вместе последовательно с коллектором переключающих транзисторов, что приводит к чередованию вспышек каждого набора светодиодов, когда каждый транзистор включается по очереди.

Также при использовании этого типа схемы не забудьте рассчитать подходящий последовательный резистор R, чтобы ограничить ток светодиода ниже 20 мА (красные светодиоды) для используемого напряжения.

Для того, чтобы генерировать очень низкочастотный выходной сигнал в несколько герц для мигания светодиодов, генераторы сигналов Шмитта используют высокоэффективные синхронизирующие конденсаторы, которые сами по себе могут быть физически большими и дорогими.

Одним из альтернативных решений является также использование конденсатора меньшего номинала для генерации гораздо более высокой частоты, скажем 1 кГц или 10 кГц, а затем разделение этой основной тактовой частоты на отдельные меньшие, пока не будет достигнуто требуемое значение низкой частоты, и вторая схема выше сделает это. только то.

Нижняя схема выше показывает генератор, используемый для управления тактовым входом счетчика пульсаций. Счетчики пульсаций — это, по сути, несколько триггеров D-типа с делением на 2, каскадно соединенных вместе для формирования единого счетчика деления на N, где N равно количеству битов счетчика, например 7-битный CMOS 4024. Счетчик пульсаций или 12-разрядный счетчик пульсаций CMOS 4040.

Фиксированная тактовая частота, создаваемая схемой нестабильных тактовых импульсов Шмитта, делится на ряд различных подчастот, таких как ÷ 2, ƒ ÷ 4, ÷ 8, ƒ ÷ 256 и т. Д., Вплоть до максимального значения «Divide -by-n ”значение используемого счетчика пульсаций. Этот процесс использования «триггеров», «двоичных счетчиков» или «счетчиков пульсаций» для разделения основной фиксированной тактовой частоты на разные подчастоты известен как частотное деление, и мы можем использовать его для получения ряда значений частоты из генератор одиночных сигналов.

Генераторы сигналов логического элемента NAND

Генераторы сигналов Шмитта также могут быть изготовлены с использованием стандартных логических логических элементов КМОП И-НЕ, подключенных для создания схемы инвертора. Здесь два логических элемента И-НЕ соединены вместе для создания схемы RC-релаксационного генератора другого типа, которая будет генерировать выходной сигнал прямоугольной формы, как показано ниже.

Генератор сигналов логического элемента NAND

В схеме генератора сигналов этого типа RC-цепь формируется из резистора R1 и конденсатора C, причем RC-цепь управляется выходом первого логического элемента И-НЕ.Выход из этой сети R1C подается обратно на вход первого логического элемента И-НЕ через резистор R2, и когда напряжение зарядки на конденсаторе достигает верхнего порогового уровня первого элемента И-НЕ, вентиль И-НЕ меняет состояние, вызывая второй вентиль И-НЕ. следовать за ним, тем самым изменяя состояние и производя изменение выходного уровня.

Напряжение в сети R1C меняется на противоположное, и конденсатор начинает разряжаться через резистор, пока не достигнет нижнего порогового уровня первого затвора И-НЕ, заставляя два затвора снова менять состояние.Как и в предыдущей схеме генераторов сигналов Шмитта, приведенной выше, частота колебаний определяется постоянной времени R1C, которая задается как: 1 / 2.2R1C. Обычно R2 имеет значение, которое в 10 раз превышает сопротивление резистора R1.

Когда требуется высокая стабильность или гарантированный самозапуск, генераторы сигналов КМОП могут быть изготовлены с использованием трех инвертирующих вентилей И-НЕ или любых трех логических инверторов, если на то пошло, соединенных вместе, как показано ниже, для создания схемы, которую иногда называют «кольцом из трехдюймовый генератор сигналов.Частота колебаний снова определяется постоянной времени R1C, такой же, как и для генератора с двумя затворами выше, и которая задается как: 1 / 2.2R1C, когда R2 имеет значение, которое в 10 раз превышает значение резистора R1.

Генератор стабильных сигналов NAND Gate

Добавление дополнительного логического элемента NAND гарантирует, что генератор будет запускаться даже при очень низких значениях емкости конденсатора. Кроме того, значительно улучшена стабильность генератора сигналов, поскольку он менее подвержен колебаниям источника питания из-за того, что его пороговый уровень срабатывания составляет почти половину напряжения питания.

Степень стабильности в основном определяется частотой колебаний, и, вообще говоря, чем ниже частота, тем стабильнее становится генератор.

Поскольку этот тип генератора сигналов работает почти на половину или 50% напряжения питания, результирующая форма выходного сигнала имеет коэффициент заполнения почти 50%, соотношение между метками и пространством 1: 1. Генератор сигнала с тремя затворами имеет много преимуществ по сравнению с предыдущим генератором с двумя затворами, но его одним большим недостатком является то, что он использует дополнительный логический элемент.

Генератор сигналов кольцевого типа

Выше мы видели, что генераторы сигналов могут быть изготовлены с использованием как TTL, так и более совершенной логической технологии CMOS с RC-цепью, создающей временную задержку внутри схемы при подключении через один, два или даже три логических элемента, чтобы сформировать простой RC. Осциллятор релаксации. Но мы также можем изготавливать генераторы сигналов, используя только логические НЕ вентили или, другими словами, инверторы без каких-либо дополнительных пассивных компонентов, подключенных к ним.

Соединяя вместе любые числа ODD (3, 5, 7, 9 и т. Д.) Вентилей НЕ, чтобы сформировать «кольцевую» схему, так, чтобы выход кольца был подключен прямо обратно к входу кольца, схема будет продолжают колебаться, поскольку логический уровень «1» постоянно вращается вокруг сети, создавая выходную частоту, которая определяется задержками распространения используемых инверторов.

Генератор кольцевых сигналов

Частота колебаний определяется общей задержкой распространения инверторов, используемых в кольце, и сама определяется типом технологии затвора, TTL, CMOS, BiCMOS, из которой изготовлен инвертор.Задержка распространения или время распространения — это полное время, необходимое (обычно в наносекундах) для прохождения сигнала через инвертор от логического «0», поступающего на вход, к нему, создавая логическую «1» на его выходе.

Также для этого типа генератора кольцевых сигналов изменения напряжения питания, температуры и емкости нагрузки влияют на задержку распространения логических вентилей. Как правило, среднее время задержки распространения будет указано в таблицах данных производителя для типа используемых цифровых логических вентилей с частотой колебаний, указанной как:

Где: ƒ — частота колебаний, n — количество используемых стробов, а Tp — задержка распространения для каждого строба.

Например, предположим, что схема простого генератора сигналов имеет 5 отдельных инверторов, соединенных последовательно, чтобы сформировать кольцевой осциллятор , задержка распространения для каждого инвертора задается как 8 нс. Тогда частота колебаний будет равна:

.

Конечно, это не совсем практичный генератор, в основном из-за его нестабильности и очень высокой частоты колебаний, десятки мегагерц в зависимости от типа используемой технологии логического элемента, а в нашем простом примере он был рассчитан как 12.5 МГц !!. Выходную частоту кольцевого генератора можно немного «настроить» путем изменения количества инверторов, используемых в кольце, но гораздо лучше использовать более стабильный RC-генератор сигналов, подобный тем, которые мы обсуждали выше.

Тем не менее, он показывает, что логические вентили могут быть соединены вместе для создания генераторов сигналов на основе логики, и известно, что плохо спроектированные цифровые схемы с множеством вентилей, сигнальных трактов и контуров обратной связи могут непреднамеренно генерировать колебания.

Используя RC-цепь в цепи инвертора, можно точно контролировать частоту колебаний, создавая более практичную схему нестабильного релаксационного генератора для использования во многих общих электронных приложениях.

В следующем уроке, посвященном формам сигналов и их генерации, мы рассмотрим таймер 555, который является одной из самых популярных и универсальных интегральных схем, когда-либо созданных, которая может генерировать широкий спектр различных форм сигналов и сигналов синхронизации от моностабильных до нестабильных мультивибраторов.

Проекты в области электроники: генератор четырех частот

При разработке, тестировании и обслуживании цифровых и аналоговых электронных схем и встроенных систем возникает потребность в сигналах TTL и CMOS, создаваемых источниками стабильной частоты.Эти источники также полезны для быстрой проверки осциллографов, пробников, мультиметров, частотомеров и другого измерительного оборудования. Эта схема генератора четырех частот производит фиксированные частоты 4 МГц, 6 МГц, 10 МГц и регулируемую прямоугольную волну с переменными частотами от примерно 10 Гц до более 100 кГц.

Схема и рабочая

На рис. 1 показана схема четырехчастотного опорного источника. Он состоит из трех шестнадцатеричных интегральных схем инвертора 74C04 (IC1, IC2 и IC3) и одной шестнадцатеричной микросхемы инверторного триггера Шмитта 74C14 (IC4).Каждый из четырех блоков схемы на рис. 1 вырабатывает прямой и инвертированный буферизованный сигнал.

IC1 использует кристалл XTAL1 для генерации сигнала с частотой 10 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON1. Номиналы конденсаторов C1, C2 и C3 зависят от параметров кристалла XTAL1 и IC1.

IC2 использует кристалл XTAL2 для генерации сигнала с частотой 6 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON2.

IC3 использует кристалл XTAL3 для генерации сигнала с частотой 4 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON3.

Как показывает практика, R2 = реактивное сопротивление C3 для IC1. То же самое и с IC2 и IC3.

IC4 и связанные с ним компоненты генерируют прямоугольную волну с частотой от 10 Гц до более 100 кГц. Частотные диапазоны выбираются переключателями S1, S2, S3 и S4.

Потметры VR1 и VR2 используются для настройки частоты.VR1 предназначен для более точной настройки частоты, а VR2 — для грубой настройки частоты. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON4. Частоту можно рассчитать в соответствии с соотношением, указанным в таблице данных IC4.

Питание генераторов должно быть регулируемым; это осуществляется регулируемым регулятором LM317. Подстроечный потенциометр VR3 используется для регулировки напряжения питания 5 В.

Строительство и испытания

Односторонняя печатная плата реального размера для четырехчастотного генератора показана на рис.2 и его компоновка на рис. 3.

Скачать PDF-файлы с макетами печатных плат и компонентов: нажмите здесь

---

Петре Цв Петров был исследователем и доцентом Софийского технического университета (Болгария), а также экспертом-лектором в OFPPT (Casablance), Королевство Марокко. Сейчас он работает инженером-электронщиком в частном секторе Болгарии.

Этот проект был впервые опубликован 1 октября 2015 г. и обновлен 4 июня 2020 г.

Схема функционального генератора

с использованием одной микросхемы IC 4049

В этом посте мы узнаем, как построить 3 простые схемы функционального генератора с использованием одной микросхемы IC 4049 для генерации точных прямоугольных, треугольных и синусоидальных сигналов с помощью простых операций переключения.

Используя только одну недорогую КМОП-микросхему 4049 и несколько отдельных модулей, легко создать надежный функциональный генератор, который будет обеспечивать диапазон из трех форм волны вокруг звукового спектра и за его пределами.

Целью статьи было создание базового, экономичного генератора частоты с открытым исходным кодом, который легко сконструировать и использовать всеми любителями и профессионалами лабораторий.

Эта цель, несомненно, была достигнута, поскольку схема обеспечивает множество синусоидальных, прямоугольных и треугольных сигналов, а частотный спектр от примерно 12 Гц до 70 кГц использует только одну ИС шестнадцатеричного инвертора CMOS и несколько отдельных элементов.

Без сомнения, архитектура может не обеспечивать эффективность более продвинутых схем, особенно с точки зрения согласованности формы сигнала на повышенных частотах, но, тем не менее, это невероятно удобный инструмент для анализа звука.

---

Для версии Bluetooth вы можете прочитать эту статью

---

Блок-схема

Основы работы схемы из показанной выше блок-схемы.Основная часть функционального генератора — это генератор треугольников / прямоугольных импульсов, который состоит из интегратора и триггера Шмита.

Когда на выходе триггера Шмитта высокий уровень, напряжение, возвращаемое с выхода Шмитта на вход интегратора, позволяет выходу интегратора становиться отрицательным, прежде чем он превысит нижний выходной уровень триггера Шмитта.

На этом этапе выход триггера Шмитта является медленным, поэтому небольшое напряжение, подаваемое на вход интегратора, позволяет ему положительно нарастать до того, как будет достигнут верхний уровень триггера Шмитта.

Выходной сигнал триггера Шмитта снова становится высоким, а выходной сигнал интегратора снова становится отрицательным и т. Д.

Положительная и отрицательная развертки на выходе интегратора представляют собой треугольную форму волны, амплитуда которой рассчитывается по гистерезису триггера Шмитта (то есть разнице между верхним и нижним пределами триггера).

Триггер Шмитта, естественно, представляет собой прямоугольную волну, состоящую из чередующихся состояний высокого и низкого выходного сигнала.

Выходной сигнал треугольника подается на формирователь диода через буферный усилитель, который округляет максимумы и минимумы треугольника для создания сигнала, приближенного к синусоидальному.

Затем с помощью трехпозиционного селекторного переключателя S2 можно выбрать каждую из трех форм сигнала и подать ее на выходной буферный усилитель.

Как работает схема

Полная принципиальная схема функционального генератора CMOS, как показано на рисунке выше. Интегратор полностью построен с использованием КМОП-инвертора N1, а механизм Шмитта включает 2 инвертора с положительной обратной связью. Это N2 и N3.

На следующем изображении показаны детали распиновки IC 4049 для применения в приведенной выше схеме.

Схема работает следующим образом; учитывая, что на данный момент дворник P2 находится в самом нижнем положении, а выход N3 высокий, ток эквивалентен:

Ub — U1 / P1 + R1

проходит через R1 и p1, где Ub указывает напряжение питания и Ut — пороговое напряжение N1.

Поскольку этот ток не может пройти на вход инвертора с высоким сопротивлением, он начинает течь в направлении C1 / C2 в зависимости от того, какой конденсатор переключается в линию переключателем S1.

Таким образом, падение напряжения на C1 уменьшается линейно, так что выходное напряжение N1 линейно возрастает до достижения нижнего порогового напряжения триггера Шмитта, как только выход триггера Шмитта становится низким.

Теперь ток, эквивалентный -Ut / P1 + R1 , протекает через R1 и P1.

Этот ток всегда протекает через C1, так что выходное напряжение N1 увеличивается экспоненциально, пока не будет достигнуто максимальное предельное напряжение триггера Шмитта, выходное напряжение триггера Шмитта возрастет, и весь цикл начнется заново.

Для сохранения симметрии треугольной волны (т.е. с одинаковым наклоном как для положительной, так и для отрицательной части формы волны) токи нагрузки и разряда конденсатора должны быть идентичны, то есть Uj, -Ui должны быть идентичны Ут.

Однако, к сожалению, Ut, определяемое параметрами преобразователя CMOS, обычно составляет 55%! Напряжение источника Ub = Ut составляет примерно 2,7 В при 6 В и Ut примерно при 3,3 В.

Эта проблема решена с помощью P2, который требует изменения симметрии. На данный момент примите во внимание, что тайский R связан с положительной линией питания (позиция A).

Независимо от настройки P2 высокое выходное напряжение триггера Шмитта всегда остается 11.

Тем не менее, когда выход N3 низкий, R4 и P2 устанавливают делитель потенциала, так что, в зависимости от конфигурации стеклоочистителя P2, напряжение между 0 В. до 3 В можно было вернуть обратно в P1.

Это гарантирует, что напряжение больше не -Ut, а Up2-Ut. Если напряжение ползунка P2 составляет около 0,6 В, тогда Up2-Ut должно быть около -2,7 В, поэтому токи зарядки и разрядки будут идентичными.

Очевидно, что из-за допуска в значении Ut регулировка P2 должна выполняться в соответствии с определенным функциональным генератором.

В ситуациях, когда Ut составляет менее 50 процентов входного напряжения, может оказаться целесообразным подключение верхней части R4 к земле (положение B).

Можно найти пару частотных шкал, которые будут назначены с помощью S1; От 12 Гц до 1 кГц и от 1 кГц до примерно 70 кГц.

Детальное регулирование частоты задается P1, который изменяет ток заряда и разряда C1 или C2 и, таким образом, частоту, с которой интегратор нарастает и опускается.

Прямоугольный выходной сигнал от N3 отправляется на буферный усилитель через переключатель выбора формы сигнала S2, который состоит из пары инверторов, смещенных как линейный усилитель (подключенных параллельно для повышения эффективности их выходного тока).

Выходной сигнал треугольной волны обеспечивается через буферный усилитель N4, а оттуда переключателем выбора на выход буферного усилителя.

Кроме того, выходной сигнал треугольника от N4 добавляется к формирователю синуса, состоящему из R9, R11, C3, Dl и D2.

D1 и D2 потребляют небольшой ток примерно до +/- 0,5 вольт, но их разное сопротивление падает за пределы этого напряжения и логарифмически ограничивает максимумы и минимумы треугольного импульса, чтобы создать эквивалент синусоиды.

Выходной синусоидальный сигнал передается на выходной усилитель через C5 и R10.

P4, который изменяет коэффициент усиления N4 и, следовательно, амплитуду треугольного импульса, подаваемого на формирователь синусоиды, изменяет прозрачность синуса.

Слишком низкий уровень сигнала, и амплитуда треугольника будет ниже порогового напряжения диода, и он будет работать без изменений, а при слишком высоком уровне сигнала максимумы и минимумы будут сильно ограничены, тем самым обеспечивая не правильно сформированная синусоида.

Входные резисторы выходного буферного усилителя выбираются таким образом, чтобы все три формы сигналов имели номинальное выходное напряжение от пика до минимума около 1.2 В. Уровень выхода можно изменить через P3.

Процедура настройки

Метод регулировки заключается в простом изменении симметрии треугольника и чистоты синусоиды.

Кроме того, симметрия треугольника идеально оптимизирована путем исследования входной прямоугольной волны, поскольку симметричный треугольник получается, если скважность прямоугольной волны составляет 50% (интервал между отметками 1–1).

Для этого необходимо настроить предустановку P2.

В ситуации, когда симметрия увеличивается, когда дворник P2 перемещается вниз к выходу N3, но правильная симметрия не может быть достигнута, верхняя часть R4 должна быть соединена в альтернативном положении.

Чистота синусоиды изменяется путем регулировки P4 до тех пор, пока форма волны не станет «идеальной», или путем изменения минимального искажения только при наличии измерителя искажений, который необходимо проверить.

Поскольку напряжение питания влияет на выходное напряжение различных форм сигналов и, следовательно, на чистоту синуса, схема должна питаться от надежного источника питания 6 В.

Когда батареи используются в качестве источников питания, их никогда не следует заставлять слишком сильно разряжаться.

КМОП ИС, используемые в качестве линейных схем, потребляют более высокий ток, чем в обычном режиме переключения, и, следовательно, напряжение питания не должно превышать 6 В, иначе ИС может нагреться из-за сильного рассеивания тепла.

Еще одним отличным способом построения схемы функционального генератора может быть IC 8038, как описано ниже.

Схема функционального генератора

с использованием IC 8038

IC 8038 — это прецизионный генератор сигналов IC, специально разработанный для создания синусоидального, квадратного и треугольного выходного сигнала. формы волны за счет минимального количества электронных компонентов и манипуляций.

Его рабочий частотный диапазон может быть определен с помощью 8 частотных шагов, начиная с 0,001 Гц до 300 кГц, путем соответствующего выбора подключенных элементов дистанционного управления.

Частота колебаний чрезвычайно устойчива независимо от колебаний температуры или напряжения питания в широком диапазоне.

Кроме того, функциональный генератор IC 8038 предлагает рабочий диапазон частот до 1 МГц. Ко всем трем выходным сигналам основной формы сигнала, синусоидальному, треугольному и квадратному, можно одновременно получить доступ через отдельные выходные порты схемы.

Частотный диапазон 8038 можно изменять с помощью внешнего источника напряжения, хотя ответ может быть не очень линейным.Предлагаемый генератор функций также обеспечивает как регулируемую симметрию треугольника, так и регулируемый уровень искажения синусоидальной волны.

Функциональный генератор с использованием IC 741

Эта схема функционального генератора на основе IC 741 обеспечивает повышенную универсальность испытаний по сравнению с типичным генератором синусоидального сигнала, давая вместе прямоугольные и треугольные волны 1 кГц, и это дешево и очень просто в сборке. . Судя по всему, выходной сигнал составляет примерно 3 В пикап на прямоугольную волну и 2 В среднеквадратичное значение. в синусоиде.Переключаемый аттенюатор может быть быстро включен, если вы хотите более бережно относиться к проверяемой цепи.

Как собрать

Начните вставлять детали на печатную плату, как показано на схеме компоновки компонентов, и убедитесь, что полярность стабилитрона, электролитиков и микросхем соблюдена правильно.

Как настроить

Чтобы настроить схему простого функционального генератора, просто настройте RV1 до тех пор, пока синусоида не окажется немного ниже уровня ограничения. Это дает вам наиболее эффективную синусоиду через осциллятор.Квадрат и треугольник не требуют особых настроек или настроек.

Как это работает

1. В этой схеме функционального генератора IC 741 микросхема IC1 сконфигурирована в виде генератора моста Вина, работающего на частоте 1 кГц.
2. Регулировка амплитуды осуществляется диодами D1 и D2. Выход из этой ИС подается либо на выходной разъем, либо на схему возведения в квадрат.
3. Он подключен к SW1a через C4 и является триггером Шмидта (Q1 -Q2).Стабилитрон ZD1 работает как триггер без истеризации.
4. Интегратор IC2, C5 и R10 генерирует треугольную волну из входной прямоугольной волны.

Простой генератор функций UJT

Однопереходный генератор, показанный ниже, является одним из самых простых генераторов пилы. Два его выхода дают, а именно пилообразную форму волны и последовательность запускающих импульсов. Волна нарастает от примерно 2V (точка впадины, Vv) до максимального пика (Vp). Пиковая точка зависит от источника питания Vs и коэффициента выдержки BJT, который может находиться в диапазоне примерно от 0.От 56 до 0,75, при этом 0,6 является обычным значением. Период одного колебания составляет примерно:

t = — RC x 1n [(1 — η) / (1 — Vv / Vs)]

, где «1n» означает использование натурального логарифма. Принимая во внимание стандартные значения, Vs = 6, Vv = 2 и η = 0,6, вышеприведенное уравнение упрощается до:

t = RC x 1n (0,6)

Поскольку зарядка конденсатора является инкрементальной, пилообразная величина увеличивается наклон не линейный. Для многих аудиоприложений это не имеет особого значения.На рисунке (b) показан зарядный конденсатор через цепь постоянного тока. Это позволяет склону идти прямо вверх.

Скорость заряда конденсатора теперь постоянна, независимо от Vs, хотя Vs по-прежнему влияет на точку пика. Поскольку ток зависит от усиления транзистора, простой формулы для измерения частоты не существует. Эта схема предназначена для работы с низкими частотами и реализована в виде генератора пилообразных колебаний.

Использование операционных усилителей LF353

Два операционных усилителя используются для построения точной схемы генератора прямоугольных и треугольных сигналов.В комплект LF353 входят два операционных усилителя с JFET-транзисторами, которые лучше всего подходят для этого приложения.

Частоты выходного сигнала рассчитываются по формуле f = 1 / RC . Схема демонстрирует чрезвычайно широкий рабочий диапазон без каких-либо искажений.

R может иметь любое значение от 330 Ом до примерно 4,7 М; C может иметь любое значение от 220 пФ до 2 мкФ.

Как и в описанной выше концепции, два операционных усилителя используются в следующей синусоидальной схеме генератора косинусоидальной волновой функции.

Они генерируют синусоидальные сигналы почти идентичной частоты, но не совпадают по фазе на 90 °, поэтому выходной сигнал второго операционного усилителя называется косинусоидальной волной.

На частоту влияет набор допустимых значений R и C. R находится в диапазоне от 220k до 10 M; C составляет от 39 пФ до 22 нФ. Связь между R, C и / или немного сложна, так как она должна отражать значения других резисторов и конденсаторов.

Используйте R = 220 кОм и C = 18 нФ в качестве начальной точки, которая обеспечивает частоту 250 Гц.Стабилитроны могут быть маломощными выходными диодами 3,9 В или 4,7 В.

Функциональный генератор

, использующий TTL IC

Пара вентилей 7400 quad двухвходового логического элемента NAND составляет фактическую схему генератора для этой схемы генератора функций TTL. Кристалл и регулируемый конденсатор работают как система обратной связи на входе затвора U1-a и выходе затвора U1-b. Затвор U1-c функционирует как буфер между каскадом генератора и выходным каскадом U1-d.

Переключатель S1 действует как переключаемый вручную элемент управления затвором для включения / выключения прямоугольного выходного сигнала U1-d на выводе 11.При разомкнутом S1, как указано, на выходе генерируется прямоугольный сигнал, а после закрытия равный сигнал отключается.

Переключатель можно заменить логическим вентилем для цифрового управления выходом. Почти идеальная синусоидальная волна от 6 до 8 В создается в точке соединения C1 и XTAL1.

Импеданс на этом переходе очень высок и не может обеспечить прямой выходной сигнал. Транзистор Q1, настроенный как усилитель эмиттерного повторителя, обеспечивает высокое входное сопротивление для синусоидального сигнала и низкое выходное сопротивление для внешней нагрузки.

Схема запускает почти все типы кристаллов и работает с частотами кристаллов от менее 1 МГц до более 10 МГц.

Как настроить

Настройка этой простой схемы генератора функций TTL может быть быстро инициирована следующими пунктами.

Если у вас есть осциллограф, подключите его к прямоугольному выходу U1-d на контакте 11 и расположите C1 в центре диапазона, который обеспечивает наиболее эффективную форму выходного сигнала.

Затем наблюдайте за выходным синусоидальным сигналом и отрегулируйте C2 для получения наилучшего вида сигнала.Вернитесь к ручке управления C1 и немного отрегулируйте ее взад и вперед, пока на экране осциллографа не будет получен наиболее здоровый синусоидальный сигнал.

Список деталей

РЕЗИСТОРЫ
(Все резисторы имеют -ватт, 5% единиц.)
RI, R2 = 560 Ом
R3 = 100 кОм
R4 = 1 кОм

Полупроводники
U1 = IC 7400
Q1 = 2N3904 Кремниевый транзистор NPN

Конденсаторы
C1, C2 = 50 пФ, подстроечный конденсатор
C3, C4 = 0,1 мкФ, керамический дисковый конденсатор

Разное
S1 = Тумблер SPST
XTAL1 = Any Crystal (см. text)

Схема наилучшего синусоидального сигнала с кварцевым управлением

Следующий генератор сигналов представляет собой двухтранзисторную схему кварцевого генератора, которая работает превосходно, дешево в сборке и не требует катушек или дросселей.Цена зависит в первую очередь от используемого кристалла, так как общая стоимость других элементов вряд ли должна составлять несколько долларов. Транзистор Q1 и несколько смежных частей образуют схему генератора.

Земля для кристалла направляется посредством C6, R7 и C4. В переходе C6 и R7, который имеет довольно малый импеданс, РЧ передается на усилитель эмиттер-повторитель Q2.

Форма волны на переходе C6 / R7 действительно почти идеальная синусоида. Выходной сигнал на эмиттере Q2 имеет амплитуду от 2 до 6 вольт от пика до пика, в зависимости от значений добротности кристалла и конденсаторов C1 и C2.

Значения C1 и C2 определяют частотный диапазон цепи. Для кварцевых частот ниже 1 МГц C1 и C2 должны быть 2700 пФ (0,0027 пФ). Для частот от 1 МГц до 5 МГц это могут быть конденсаторы емкостью 680 пФ; и для 5 МГц и 20 МГц. можно применить конденсаторы емкостью 200 пФ.

Вы могли бы попробовать протестировать эти конденсаторы, чтобы получить наилучший синусоидальный выходной сигнал. Кроме того, регулировка конденсатора C6 может влиять на два выходных уровня и общую форму сигнала.

Список деталей

РЕЗИСТОРЫ
(Все резисторы — ватт, 5% единиц.)
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270 Ом
R8-100k
КОНДЕНСАТОРЫ
C1, C2 —См. Текст
C3, C5-0,1-пФ, керамический диск
C6-10 пФ до 100 пФ, подстроечный резистор
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Q1, Q2-2N3904
XTAL1 — См. Текст

Цепь генератора с пилообразными зубьями

В пилообразном генераторе В схеме части Q1, D1-D3, R1, R2 и R7 сконфигурированы как простая схема генератора постоянного тока, которая заряжает конденсатор C1 постоянным током.Этот постоянный зарядный ток создает линейно возрастающее напряжение по C1.

Транзисторы Q2 и Q3 устроены как пара Дарлингтона, чтобы протолкнуть напряжение через C1 на выход без нагрузки или искажения.

Как только напряжение вокруг C1 увеличивается примерно до 70% от напряжения питания, активируется вентиль U1-a, запускающий выход U1-b на высокий уровень и кратковременное включение Q4; который продолжает гореть, пока конденсатор C1 разряжается.

Это завершает один цикл и запускает следующий.Выходная частота схемы регулируется R7, который обеспечивает нижнюю частоту около 30 Гц и верхнюю частоту около 3,3 кГц.

Диапазон частот можно увеличить, уменьшив значение C1, и уменьшить, увеличив значение C1. Чтобы контролировать пиковый ток разряда Q4. C1 не должно быть больше 0,27 мкФ.

Список деталей

Схема функционального генератора с использованием пары ИС 4011

В основе этой схемы фактически лежит генератор моста Вина, который обеспечивает выход синусоидальной волны.Затем извлекаются квадратные и треугольные формы сигналов.

Генератор моста Вина построен с использованием логических элементов CMOS NAND с N1 по N4, а стабилизация амплитуды обеспечивается транзистором T1 и диодами D1 и D2.

Эти диоды, возможно, должны быть подобраны комплектом из двух для минимального искажения. Потенциометр регулировки частоты P1 также должен быть высококачественным стереопотенциометром с дорожками внутреннего сопротивления, спаренными с допуском в пределах 5%.

Предустановка R3 дает возможность регулировки для минимального искажения, и в случае использования согласованных частей для D1, D2 и P1 общее гармоническое искажение может быть ниже 0.5%.

Выходной сигнал генератора моста Вина подается на вход N5, который смещен в свою линейную область и функционирует как усилитель. Логические элементы NAND N5 и N6 совместно усиливают и ограничивают выходной сигнал генератора для генерации прямоугольной волны.

На рабочий цикл формы волны относительно влияют пороговые потенциалы N5 и N6, однако он находится в непосредственной близости от 50%.

Выход затвора N6 подается в интегратор, построенный с использованием логических элементов И-НЕ N7 и N8, который согласовывается с прямоугольной волной для получения треугольной формы волны.

Амплитуда треугольной формы сигнала наверняка зависит от частоты, а поскольку интегратор просто не очень точен, линейность дополнительно отклоняется относительно частоты.

На самом деле изменение амплитуды довольно тривиально, учитывая, что функциональный генератор часто используется вместе с милливольтметром или осциллографом, и выходной сигнал можно легко проверить.

Схема генератора функций с использованием LM3900 Norton Op Amp

Чрезвычайно удобный генератор функций, который снизит стоимость оборудования, а также цену, может быть построен с помощью одного четырехъядерного усилителя Norton IC LM3900.

Если из этой схемы исключить резистор R1 и конденсатор C1, полученная установка будет общей для генератора прямоугольных импульсов с усилителем Norton, с током синхронизации, входящим в конденсатор C2. Подключение интегрирующего конденсатора C1 к генератору прямоугольных импульсов создает на выходе реалистично точную синусоидальную волну.

Резистор R1, который помогает дополнить постоянные времени схемы, позволяет регулировать выходную синусоидальную волну для минимального искажения. Идентичная схема позволяет вам подключить выход синусоидальной волны к стандартному подключению для генератора прямоугольных / треугольных волн, разработанного с двумя усилителями Norton.

Как показано на рисунке, треугольный выход работает как вход для синусоидального усилителя.

Для значений деталей, указанных в этой статье, рабочая частота схемы составляет приблизительно 700 герц. Резистор R1 можно использовать для регулировки наименьшего искажения синусоидальной волны, а резистор R2 можно использовать для регулировки симметрии прямоугольной и треугольной волн.

Четвертый усилитель в четырехъядерном корпусе Norton можно подключить в качестве выходного буфера для всех трех выходных сигналов.

Функциональный генератор с использованием IC 566

IC 566 идеально подходит для создания испытательного генератора с помощью его внутреннего генератора, управляемого напряжением (VOC). Схема предназначена для питания отдельных выходов, предлагающих треугольные и прямоугольные волны, а также набор положительных и отрицательных выходов пиковых сигналов. Амплитуда прямоугольного сигнала составляет 5 В пик-пик, остальные формы сигнала — 1,5 В пик-пик. Частота зависит от емкости конденсатора, подключенного к выводу 7 ИС.

Рекомендуется использовать танталовые конденсаторы вместо электролитических. Выходы этого функционального генератора IC 566 созданы для работы с высокоомными нагрузками. В дополнение к оборудованию с низким входным импедансом необходим транзисторный буферный каскад.

Принципиальная схема

с использованием микросхемы LM324 и ее спецификации

Функциональный генератор — это тип прибора, который используется для генерации сигналов различных типов, таких как синусоидальные, треугольные, прямоугольные, квадратные. Различные типы сигналов имеют разные частоты, которые могут быть сгенерированы при использовании прибора в качестве генератора функций.Этот генератор генерирует пять типов сигналов: синусоидальный, квадратный, зубчатый, треугольный и прямоугольный. Есть два типа генераторов функций: аналоговые и цифровые. Частоты, обеспечиваемые этим генератором, составляют до 20 МГц. Краткое объяснение этого генератора обсуждается в этой статье вместе со схемой и блок-схемой.

Что такое генератор функций?

Определение: Функциональный генератор определяется как тип устройства, которое выдает различные типы сигналов в качестве своих выходных сигналов.Общие формы сигналов, генерируемые этим генератором, представляют собой синусоидальную волну, прямоугольную волну, треугольную волну и пилообразную волну. Формы сигналов этих частот можно регулировать от герц до ста кГц. Этот генератор считается наиболее универсальным прибором в лаборатории электротехники и электроники, поскольку сигналы, генерируемые этим генератором, могут применяться в различных областях.

Аналоговый функциональный генератор и цифровой функциональный генератор являются типами функциональных генераторов. Преимущества аналогового генератора — это экономичность, простота использования, гибкость, регулировка амплитуды и частоты.Преимущества цифровых генераторов — высокая точность и стабильность. Основные недостатки этого цифрового генератора — сложность и дороговизна.

Блок-схема функционального генератора

Блок-схема функционального генератора содержит различные компоненты, такие как сеть управления частотой, источник постоянного тока 1, источник постоянного тока 2, интегратор, мультивибратор компаратора напряжения, конденсатор, цепь формирования резистивного диода, и два выходных усилителя.Блок-схема этого генератора показана на рисунке ниже. Блок-схема функционального генератора

Частоты можно контролировать, изменяя величину тока. Два источника постоянного тока изменяют частоту выходного сигнала. Формы выходных сигналов, генерируемых этим генератором, являются синусоидальными, треугольными и квадратными. Частотный диапазон этих сигналов колеблется от 0,01 Гц до 100 кГц. Сеть управления частотой управляет частотой на передней панели этого генератора, и есть ручка, называемая регулятором частоты.Частоту сигналов o / p можно изменить, используя эту ручку и изменяя частоту.

Сеть управления частотой обеспечивает напряжение, и это напряжение используется для регулирования двух источников постоянного тока, таких как верхний и нижний. Первое выходное напряжение источника постоянного тока может линейно увеличиваться со временем, тогда как источник более низкого тока обеспечивает напряжение для изменения выходного напряжения интегратора, которое будет линейно уменьшаться со временем. Выражается выходное напряжение интегратора от верхнего источника тока.

Когда крутизна опорного напряжения увеличивается или уменьшается, источник постоянного тока 1 будет увеличиваться или уменьшаться. Второй источник постоянного тока нижнего уровня обеспечивает обратное управление интегратору, и из-за этого обратного тока выходное напряжение интегратора линейно уменьшается со временем. На выходе компаратора выдается прямоугольный сигнал, частота которого совпадает с частотой выходного напряжения. Схема резистивных диодов изменяет наклон треугольной формы волны по мере того, как ее амплитуда создает, и изменяет синусоидальную форму волны с искажением <1%.Формы выходных сигналов этого генератора показаны ниже.

Формы выходных сигналов функционального генератора

Таким образом, этот генератор генерирует три типа сигналов, которые имеют разные частоты. Источник тактовой частоты, проверка запаса по времени, проверка источника питания постоянного тока, проверка звукового ЦАП — вот некоторые из применений функционального генератора.

Продукты для генераторов функций

Различные типы продуктов для генераторов функций показаны в таблице ниже

200K2 200K

S.НЕТ	Номер модели	Частота	Марка	Номер модели	Формы сигналов
1	MetroQ MTQ 201T		MetroQ MTQ 201T	2	MetroQ MTQ 201T	Синусоидальная, прямоугольная и треугольная волна
2	Функциональный генератор звуковой частоты	От 0,2 Гц до 200 кГц	ASICO	AE 512	Волны синуса, квадрата, треугольника
9065 Metravi FG-5000	1 Гц — 5 МГц	Metravi	FG-5000	Синус, треугольник, квадрат, пилообразный, импульсные волны
4	MetroQ MTQ 1001	0.От 1 Гц до 1 МГц	MetroQ	MTQ 1001	Синус, квадрат, треугольник и выход TTL
5	HTTC FG-2002	0,2 ​​Гц ~ 2 МГц	NAAFIE	Wave Прямоугольная и треугольная волна

Принципиальная схема функционального генератора с операционным усилителем LM324

LM324 представляет собой 14-контактную интегральную схему, принципиальная схема функционального генератора с LM324 показана ниже. Компонентами, необходимыми для этой схемы, являются микросхема операционного усилителя LM324, два резистора 10 кОм, четыре резистора 100 кОм, резистор 22 кОм, резистор 220 кОм, керамический конденсатор 1 мкФ, керамический конденсатор 33 нФ, конденсатор 10 нФ и потенциометр 100 кОм.Схема содержит три операционных усилителя: первый операционный усилитель генерирует прямоугольную волну, второй операционный усилитель генерирует выходной сигнал треугольной формы, а третий операционный усилитель генерирует выходной сигнал синусоидальной волны. Схема функционального генератора

с операционным усилителем LM324

Схема выводов микросхемы LM324 показана ниже.

Схема выводов микросхемы LM324

LM324 — это интегрированная микросхема, состоящая из 14 контактов. Контакты 1, 7,8,14 — это выходные контакты, контакты 2,6,9,4 — инвертирующие входные контакты, а контакты 3,5,10, 12 — неинвертирующие входные контакты, контакт 4 — Vcc. (питание), а вывод 11 — земля.

Технические характеристики

Технические характеристики функционального генератора общего назначения показаны ниже

• Этот генератор выдает пять типов сигналов
• Этот генератор генерирует широкий диапазон частот
• Для аналогового генератора стабильность частоты составляет 0,1% в час
• Максимальное искажение синусоидальной волны для аналоговых генераторов составляет около 1%
• Поддерживаются модуляции AM (амплитудная модуляция), FM (частотная модуляция) или PM (фазовая модуляция)
• Выходной сигнал амплитуды до 10 В

Меры предосторожности

Некоторые меры безопасности функционального генератора:

• Используйте правильную настройку напряжения
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию
• Не работайте при высокой частоте и давлении

Часто задаваемые вопросы

1).В чем разница между генератором сигналов и генератором функций?

Функциональный генератор генерирует несколько форм сигналов, таких как синусоидальная волна, пилообразная волна, треугольные волны, прямоугольные волны и прямоугольные волны, но в случае генераторов сигналов генерируются только синусоидальные волны.

2). Что такое генератор логических функций?

Генератор логических функций — это один из типов генератора, который генерирует двоичные сигналы.

3). Как работают генераторы?

Генератор преобразует энергию из механической в ​​электрическую и работает по принципу электромагнитной индукции.

4). Где используется генератор функций?

Функциональные генераторы, используемые для генерации сигналов различной формы, например синусоидальной, зубчатой ​​и т. Д.

5). Какие бывают типы генераторов функций?

Есть два типа генераторов: аналоговые и цифровые функциональные генераторы.

В этой статье обсуждаются обзор работы генератора функций, принципиальная схема с операционным усилителем LM324, блок-схема, схема выводов операционного усилителя LM324, формы выходных сигналов генераторов функций.Вот вам вопрос, каков частотный диапазон функционального генератора?

Генератор прямоугольных сигналов 555 с переменной частотой

Этот простой генератор прямоугольных сигналов с переменной частотой 555 выдает выходной сигнал переменной частоты от 2800 Гц до 120 кГц с этими значениями.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ
R1	2,2 кОм
R2	4,7 кОм
VR1	250 кОм
C1	0.001 мкФ (102) майларовый конденсатор
C2	Майларовый конденсатор 0,01 мкФ (103)
IC1	NE555

Модуль 555 подключен для нестабильной работы. Здесь синхронизирующий резистор теперь разделен на две секции, R1 и R2 + VR1, с разрядным контактом 7, подключенным к соединению R1 и R2 + VR1. Когда источник питания подключен, синхронизирующий конденсатор C1 заряжается до 2/3 В _куб.см через R1 и R2 + VR1. Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 В _cc , верхний компаратор запускает триггер, и конденсатор начинает разряжаться по направлению к земле R2 + VR1.Когда разряд достигает 1/3 В _куб.см , срабатывает нижний компаратор и запускается новый цикл.

Затем конденсатор периодически заряжается и разряжается между 2/3 В _{куб. См} и 1/3 В _{куб. См} соответственно. Состояние выхода высокое во время цикла зарядки в течение периода времени t1, так что

t1 = 0,693 (R1 + R2 + VR1) C1

Низкое состояние выхода во время цикла разряда в течение периода времени t2, задаваемого

t2 = 0.693 (R2 + VR1) C1

Таким образом, общий период заряда и разряда составляет

Т = t1 + t2

= 0,693 [R1 + 2 (R2 + VR1)] C1 (секунды)

, так что выходная частота задается как

f = 1 / T

= 1,443 / {[R1 + 2 (R2 + VR1)] C1} (Вы можете получить частоту в кГц, когда R1, R2, VR1 в кОм и C в мкФ)

Пример:

R1 = 2.2 кОм

R2 + VR1 = 100 кОм

C1 = 0,001 мкФ

F = 1,443 / {[2,2 + 2 (100)] × 0,001}

= 7,136 кГц

Частота регулируется потенциометром VR1.

Чтобы получить точную частоту, вы можете использовать регулируемый источник питания.

Генератор прямоугольных сигналов 555

Присылайте, пожалуйста, свои идеи, которые очень важны для нашего успеха…

Как использовать генератор функций

Вот как использовать генератор функций для проверки поведения схемы:

1. Включите генератор и выберите желаемый выходной сигнал: прямоугольный, синусоидальный или треугольный.
2. Подключите выходные выводы к осциллографу для визуализации выходного сигнала и установите его параметры с помощью регуляторов амплитуды и частоты.
3. Подсоедините выходные выводы функционального генератора ко входу цепи, которую вы хотите проверить.
4. Подключите выход вашей схемы к измерителю или осциллографу, чтобы визуализировать результирующее изменение сигнала.

Функциональный генератор, который используется для тестирования реакции схем на обычные входные сигналы, вырабатывает различные шаблоны напряжения с разными частотами и амплитудами.Вы подключаете электрические провода функционального генератора к земле, а клеммы входных сигналов — к тестируемому устройству (DUT).

Большинство функциональных генераторов позволяют выбирать форму выходного сигнала из нескольких вариантов, включая прямоугольную волну, при которой сигнал немедленно переходит от высокого к низкому напряжению; синусоида, в которой сигнал изгибается от высокого к низкому напряжению, как синусоида; и треугольная волна, в которой сигнал переходит от высокого к низкому напряжению с фиксированной скоростью.

Генераторы сигналов

Advanced, известные как генераторы сигналов произвольной формы, используют методы прямого цифрового синтеза для генерации сигналов любой формы, которые можно описать таблицей амплитуд.Некоторые генераторы сигналов произвольной формы также могут работать как обычные генераторы функций и часто включают в себя такие формы сигналов, как квадрат, синус, пилообразный, треугольник, шум и импульс, а также формы сигналов, такие как экспоненциальное время нарастания и спада, sinx / x и сердечные.

Регулировка амплитуды функционального генератора изменяет разность напряжений между высоким и низким напряжением выходного сигнала. Его регулятор смещения постоянного тока (DC) изменяет среднее напряжение сигнала относительно земли. Рабочий цикл функционального генератора — это соотношение времени высокого и низкого напряжения, когда речь идет о прямоугольных сигналах.

Регулировка частоты функционального генератора используется для управления частотой колебаний выходного сигнала. В некоторых генераторах функций регулятор частоты сочетает в себе несколько различных элементов управления: один набор элементов управления устанавливает частотный диапазон или порядок величины, а другой выбирает точную частоту. Это позволяет функциональному генератору обрабатывать резкие изменения шкалы частот, необходимой для сигналов.

Вы используете функциональный генератор, включив его и настроив выходной сигнал в соответствии с желаемой формой.Это влечет за собой подключение заземления и сигнальных проводов к осциллографу для проверки элементов управления.