Генераторы низких частот на микросхемах. Генератор высокой частоты – враг электросчетчиков Лабораторные генераторы нч практические схемы радиолюбителя

Как нам говорит Вики: «Функциональный генератор это источник напряжения, который выдает аналоговые сигналы в синусоидальной, прямоугольной и треугольной форме». Поскольку, сейчас я увлечен , мне этот генератор, пришелся как нельзя кстати.

Я предлагаю вам вместе со мной собрать этот весьма интересный набор, а может быть и чуть больше =)
Вот так, производитель видит этот конструктор после сборки нами:

Краткие технические характеристики этого конструктора:

Напряжение питания, от +10V до +16V max;
- выходная частота, плавная от 1Гц до 1мГц
- выходное сопротивление, 600 Ом;
- максимальная амплитуда выходного сигнала: 3.62V синус, 5.63V меандр;
- ток потребления, 20мА max.

К вашему набору, будет приложен листок со схемой и краткой инструкцией по сборке. Но даже если и нет, - не беда, я продублирую ее здесь.
Вот так, получилось разложить содержимое почтового пакета у меня.
Итак, нам…

Понадобятся:
- содержимое набора;
- паяльные принадлежности, у меня это чистая канифоль, припой, паяльник;
- бокорезы, если их нет, радиолюбители приспосабливают для целеоткусывающих действий большие кусачки для ногтей, весьма удобно;
- надфиль, им придется зачищать ножки панелек и переменных резисторов;
- школьный ластик - начистите перед пайкой все контакты монтажной платы до явного блеска;
- если вам сложно читать цветовую кодировку на постоянных резисторах, то необходим мультиметр;

Принципиальная схема весьма простая и предназначена, скорее для справки.

Посмотрите на таблицу элементов, схожим цветом, я выделил однотипные элементы кроме интегральной микросхемы и установочных элементов.

Итак, начинаем с резисторов R3, R4, R5 они одинаковых номиналов 5000 Ом.
Когда-то, выводы проволочных элементов было принято формовать. В принципе, можно формовать их и сейчас, особенно в том случае, если сборочная плата будет простой, без металлизации отверстий под компоненты.

Тогда, при нажатии на припаянный элемент, он не вызовет отрыва печатной дорожки с оборотной стороны платы. В печатной плате этого генератора, отверстия под распайку элементов сделали с внутренней металлизацией, потому, формовать выводы нет необходимости, я скорее, делал это развлечения для. =)

Постоянные резисторы.

Установите резисторы на предназначенные им места, и припаяйте их с лицевой стороны, при этом, припой затечет и внутрь отверстия на монтажной плате. После этого, переверните плату на обратною сторону, откусите лишние выводы, и поправьте пайку, если вам показалось, что припоя не достаточно.
Таким же образом, припаяйте R1 и R4.

Неполярные конденсаторы.

Хотя, я отформовал выводы, но я вам этого не советую, в генераторах сигнала – длина выводов бывает критична.

Вначале, припаяйте C6 и C7. Затем, C5 и C8 а после, и C2. Именно так будет удобнее всего.

Гребенка для выбора рабочего диапазона частоты.

Место для нее находится правее неполярных конденсаторов. Зачистите надфилем штырьки с той стороны гребенки, где они короткие. Не поленитесь, иначе, пайка гребенки превратится в ад.

Панелька для вставки микросхемы.

Действия те же. На самой панельке, есть выемка на одном из торцов, это ключ, сориентируйте его согласно печатному рисунку на монтажной плате. Паяйте.

Электролитические , полярные конденсаторы.

Этот тип элементов имеет полярность, при этом, минус на плате заштрихован, так же как и минус на бочкЕ конденсатора выделен полосой – с этой визуально подсказкой ошибиться будет сложно. Припаяйте конденсатор C1 – емкостью 100мкф, а затем два одинаковых C3 и C4 – эта парочка будет размерами поменьше.

Блок пружинных клемм.

К ним будут подключаться проводники с сигналами из генератора, следовательно, сориентируйте их контактными отверстиями наружу. Зачистите контакты блочка, вставьте его до упора, и припаяйте его с обратной стороны монтажной платы.

Гнездо внешнего питания.

Переверните плату лицевой стороной вверх, и левее кондесатора C1, таким же способом, припаяйте гнездо

Переменные резисторы.

Найдите тот, что равен значению 50кОм

Очистка.

Так как монтажная плата оказалась местами в канифоли, я почистил ее кистью смоченной в уайт-спирите и пригляделся, «нет ли где ненужных спаек?»

Всё, плата готова, микросхема вставлена СТРОГО в соответствии с ключом на панельке.
На листочке, который пришел вместе с этим набором, я помечал карандашом те элементы, которые последовательно оказывались на своих местах – как видите, все позиции отмечены =)

А теперь, обратимся к справочному листку этой микросхемы .

Из него мы видим, что рабочее напряжение микросхемы, внимание, от +10V до +26V. Продавцы, все поголовно упоминают диапазон от +9V до +12V. Они заблуждаются, так как, скорее всего понимают только то, что им сказал кто-то другой.
Наши электролитические конденсаторы, имеют рабочее напряжение +16V, значит, мы свободно можем использовать стандартные +12V для питания генератора.

Другое, обратите внимание на картинку (Figure 11), расположенную на странице 8 руководства.

Также, в сети я нашел упоминание, что будет лучше, если этот номинал не будет ниже 100мкф и установил емкостью 470мкф. Позже, на правую по картинке ножку, я одел трубочку.

Задел на будущее.

Обратимся еще раз к справочному руководству. На этот раз к информации на странице 9 и картинке вверху этой страницы - Figure 12. На этой иллюстрации показано, что микросхема имеет возможность минимизировать искажения что возникают при генерации синуса.

• Звиняй, - не получится. Кварцев на такие частоты не существует, ПАВ может быть, и есть, но сильно сомневаюсь. Значит, надо домножать... Если домножать особо чистый сигнал, то это онанизЬм, - гармоники присутствуют только в "грязном" сигнале. В любом случае надо именно "разгонять", но при "разгоне" попрёт и грязь, которую уже не отфильтруешь ничем. Либо схема с домножением на кварце (ПАВе), либо что-нить типа ЛПД, Ганна, и т.д. с объёмными резонансными камерами, но тогда придётся забыть про стабильность... Открой Военную Тайну: На фига тебе аж на 12 ГГц?!!
• СМАРЕТЬ чем будешь?!! :-)
• Дык ему герцы нужны, а не гигагерцы. Только кварц на 12 герц представить себе не могу:(Если только ЦАП с реверсивными счетчиками, которые считают такт от кварцованного генератора, периодически меняя направление счета. Хотя, еще проще, взять микроконтроллер с ШИМ и не заморачиваться.
• извиняюсь за ошибку резонатор на 12 кГц.Стандартные схемы с интеграторами прямоугольник-треугольник-синусоида не подходят из-за большого количества гармоник. Именно аналоговая схема генератора из-за высокой добротности резонатора не выдаёт гармоник.Далее синусоида задействуется на ОУ.
• Резонаторы на частоту 12 килогерц на дороге тоже не валяются, но, можно найти если постараться. Ну может не кварцевый, а пьезокерамический или камертонный.
• Как вариант возможно использование двух генераторов с разностью частот 12кГц и смесителя.
• Блин... Хнена себе ошибочка на 6 порядков... :-) Ладно: На 12 КГц кварца действительно не найти, а вот у мну в коробке лежит... Довольно большая куча кварцев на 130 КГц. Если поделить на 10, - будет 13 КГц... Блин, пора к дохтуру, лечить склероз: Полез показать корпус кварца, и внезапно обнаружил два резонатора в стекле на 10 и на 50 КГц. Так, что всё в природе существует... :-) Провожу для общего развития, что вообще бывает... Те, которые с дырочками, - на 5 МГц, от какого-то влагомера. То есть: Частота пластины плывёт в зависимости от влажности. Плывёт, помнится, очень не слабо - на десятки КГц. Втыкаешь в Пирса, и тупо пыхаешь на резонатор - на частотомере уже всё есть... :-)
• Кстати, если поделить частоту резонатора, то получается довольно интересно по шумам... :-) Тоже для общего развития. :-)
• Резонатор металлический на 12кГц у меня есть.А вот схему как бы его запустить? Вся проблема в том,что низкочастотные резонаторы вообще сложно запускаются. Вот с часовым 32768Гц нет проблем, давно бы уже работал. В моём случае главный враг- гармоники. После усиления синусоиды, на выходе ОУ получается "коктэйль" из сигнала и гармоник.
• Пирс не подойдёт?.. ИМХО заводится на любых частотах. Ну, между базой, и коллектором...
• У Альтшуллера сие упоминается дабы не заводился на 1-й гармонике.
• А может ну его на фиг, да замесить два кварцованых сигнала до разностной 12 кГц? И проблем с гармониками не будет.
• Потеряете в стабильности... Лучше, тогда уж, поделить частоту счётчиком и отфильтровать гармоники.
• зато со стабильностью БУДУТ +/-3-4Гц наверно лудший вариант это ЦАП
• нестабильность 10 в минус третей это не сильно? а как по мне это очень большая нестобильность
• По требованию вроде бы первоочередное требование - чистота спектра, стабильность вторична. Генератор на биениях дает спектр выше всяких похвал. Стабильность в данном случае зависит от стабильности вычитаемых частот и их абсолютного значения. Т.е. чем ниже частоты тем выхе стабильность разности. При (10-6) и 100кГц исходных разностная даст (10-5). Но если надо совсем стабильно, то ФАПЧ. Не так это и сложно. НАсчет спектра, думаю 174 ПС1 даст не хуже (-40)дБ. Хотя ЦАП с большой дискретизацией и хорошим ФНЧ тоже неплохо. P.S. А в чистоте спектра кварца и стабильности на данной частоте без принятия хлопотных спецмер сомневаюсь.
• Ктото пробовал подобное на лавинном режиме.
• Кварцы на 12 кгц и на 5 кгц:) http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=854307#p854307
• Будем проверять
• 12 \СЕ\\\\\1Г 19x64 12 \бал/ст\\\\\1Г 19x56 Есть в наличии http://www.quartz1.ru

Генератор различных стабильных частот является необходимым лабораторным оборудованием. В интернете есть немало схем, но они либо морально устарели, либо не обеспечивают достаточно широкого перекрытия частот. Устройство, описываемое здесь, основано на высоком качестве работы специализированной микросхемы XR2206 . Диапазон перекрываемых генератором частот впечатляет: 1 Гц - 1 МГц! XR2206 способна генерировать качественные синусоидальные, прямоугольные и треугольные формы сигналов высокой точности и стабильности. У выходных сигналов может быть как амплитудная и частотная модуляция.

Параметры генератора

Синусоидальный сигнал:

Амплитуда: 0 - 3В при питании 9В
- Искажения: менее 1% (1 кГц)
- Неравномерность: +0,05 дБ 1 Гц - 100 кГц

Прямоугольный сигнал:

Амплитуда: 8В при питании 9В
- Время нарастания: менее 50 нс (при 1 кГц)
- Время спада: менее 30 нс (на 1 кГц)
- Рассимметрия: менее 5% (1 кГц)

Треугольный сигнал:

Амплитуда: 0 - 3 В при питании 9 В
- Нелинейность: менее 1% (до 100 кГц)

Схемы и ПП

Рисунки печатных плат

Грубая регулировка частоты осуществляется с помощью 4-х позиционного переключателя для частотных диапазонов; (1) 1 Гц-100 Гц, (2) 100 Гц-20 кГц, (3) 20 кГц-1 МГц (4) 150 кГц-1 МГц. Несмотря на то, что в схеме указан верхний предел 3 мегагерца, гарантированная предельная частота составляет именно 1 Мгц, далее генерируемый сигнал может быть менее стабильным.

Делаем несложный функциональный генератор своими руками.

Каждый радиолюбитель, который изготавливает или повторяет радиоэлектронные устройства, рано или поздно сталкивается с необходимостью настройки и наладки собранных изделий.

В свою очередь, процесс настройки предполагает наличие соответствующих измерительных приборов. В наше время, безусловно, можно приобрести измерительные приборы промышленного изготовления, благо сейчас приборы стали широкодоступны.

Но, несложные приборы можно изготовить самостоятельно.

Вашему вниманию предлагается описание несложного функционального генератора, изготовленного мною много лет тому назад, который до сих пор находится в отличном работоспособном состоянии.

Функциональный генератор, это генератор колебаний, работающий в низкочастотном диапазоне (1Гц-100 кГц) и формирующий на выходе сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы. Описание этого функционального генератора было опубликовано в журнале Радио №6 за 1992 год.

Данный генератор значительно упрощает ремонт узлов и устройств низкочастотной аппаратуры. Внешний вид изготовленного мною функционального генератора.

На переднюю панель выведены:

Переключатель диапазонов генератора;

Переключатель режима работы генератора;

Ручка установки частоты генерируемых колебаний;

Регулятор уровня выходного напряжения;

Выключатель питания;

Гнездо выхода;

Предлагаемый функциональный генератор имеет следующие технические характеристики:

— диапазон генерируемых частот 1 Гц-100 кГц, разделен на пять поддиапазонов:

1) 1 Гц-10 Гц;

2) 10 Гц-100 Гц;

3) 100 Гц-1 кГц;

4) 1 кГц-10 кГц;

5) 10 кГц-100 кГц;

— максимальный размах сигналов прямоугольный формы -10 В;

— максимальный размах сигналов треугольной формы -6 В;

— максимальный размах сигналов синусоидальной формы -3,3 В;

Краткое описание схемы функционального генератора.

Принципиальная схема функционального генератора представлена ниже:

Задающий генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3. На выходе элемента DD1.1 формируются треугольные импульсы. Прямоугольные импульсы формируются узлом на элементах DD1.2, DD1.3.

Преобразователь сигналов треугольной формы в синусоидальную собран на элементах VD1-VD6 и R10-R12.

Данный генератор обеспечивает получение «белого шума», источником которого является стабилитрон VD9. Напряжение «белого шума» усиливается до уровня 5В усилителем на элементе DD1.4.

Частота генерируемых колебаний устанавливается переменным резистором R3.

Для контроля частоты генерируемых функциональным генератором колебаний мною был применен частотомер, описание которого опубликовано в брошюре «В помощь радиолюбителю» №99. Схема частотомера была немного доработана: добавлен еще один разряд индикации и заменены люминесцентные индикаторы типа ИВ-3 на светодиодные типа АЛС314А. Частотомер размещен в одном корпусе с функциональным генератором.

Принципиальная схема частотомера, с учетом вышеизложенных доработок приведена ниже:

Конечно же, в наши дни «городить» такой частотомер нет никакой необходимости. Все гораздо проще и компактнее получается на микроконтроллерах. Схема предоставлена в ознакомительных целях.

Настало время проверить работоспособность генератора.

Форму и размах колебаний проверяем при помощи осциллографа.

Синусоидальные колебания . Синусоида чистая, частота около 1000 Гц. Параметры каналов вертикального и горизонтального отклонения указаны на фото.

Треугольные колебания также имеют правильную форму:

Прямоугольные колебания выглядят не менее достойно. Меандр ровный и четкий, без выбросов, с крутыми фронтами.

Реальные технические характеристики функционального генератора практически соответствуют заявленным в авторской статье.

Небольшое видео, демонстрирующее работу цифровой шкалы функционального генератора:

Наглядно видно, как происходит подсчет количества импульсов.

Способный одновременно генерировать сигналы прямоугольной и пилообразной формы, обычно состоит из двух частей (рис. 36.1):

♦ неинвертирующего триггера Шмитта на микросхеме DA1;

♦ интегратора на микросхеме DA2.

При С 1=4,7 нФ частота генерации - 30 кГц, при 0=47 нФ -

20 Гц. Напряжение питания генератора может варьироваться в пределах 4,5-18 В.

Учитывая высокую актуальность функциональных генераторов, были созданы специализированные микросхемы таких генераторов. Примером является ICL8038 фирмы Harris Semiconductor.

Напряжение питания ±(5-15) В при двуполярном питании или 10-30 В - при однополярном. Потребляемый микросхемой ток не превышает 20 мА (номинальный - 12 мА) при напряжении питания ±10 В. Амплитуда выходного напряжения треугольной формы на сопротивлении нагрузки 100 кОм достигает 1/3 от напряжения питания, для сигнала синусоидальной формы - до 0,22 от напряжения питания.

Варианты подключения внешних элементов регулировки режима работы микросхемы ICL8038 приведены на рис. 36.6.

При использовании микросхемы ICL8038 (рис. 36.7) удобно

Рис. 36.6. Варианты подключения резистивных элементов к микросхеме ICL8038

Рис. 36.7. Вариант включения микросхемы ICL8038 с частотной модуляцией генерируемых сигналов

осуществлять частотную модуляцию генерируемых сигналов. Используя эту особенность микросхемы несложно создать сигналов прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы, одновременно управляемых уровнем внешнего напряжения.

Для уменьшения искажений сигнала синусоидальной формы применяют регулировки, предусмотренные схемным решением, представленным на рис. 36.8.

Рис. 36.8. включения микросхемы ICL8038 с минимизацией искажения сигнала синусоидальной формы

Для того чтобы повысить нагрузочную способность генератора используют схему, показанную на рис. 36.9. Использован обычный буферный каскад, который можно использовать для каждого из выходов . нагрузки определяется выбором

микросхемы ОУ; для приведенного случая нагрузки не должно быть менее 1 кОм.

Рис. 36.9. на микросхеме ICL8038 с повышенной нагрузочной способностью для сигнала синусоидальной формы

Рис. 36Л0. на микросхеме ICL8038 с регулировкой частоты от 20 Гц до 20 кГц

Практическая широкодиапазонного , перекрывающего весь диапазон звуковых частот, приведена на рис. 36.10. Потенциометром R7 минимизируют искажения сигнала синусоидальной формы. R3 предназначен для регулировки соотношения импульс/ пауза (или симметрии) генерируемых сигналов. Потенциометром R10 регулируют частоту генерируемых сигналов.

Аддитивный формирователь сигналов треугольной формы

Электрические сигналы треугольной формы обычно получают при использовании зарядно-разрядных процессов в RC-цепочках. В работах описан и проанализирован принцип формирования сигналов треугольной формы путем противофазного сложения выпрямленных с использованием двухполупериодных выпрямителей сигналов синусоидальной формы, сдвинутых между собой на угол 90°. Ниже приведен вариант практической реализации перестраиваемого по частоте генератора сигналов треугольной формы, использующий данный принцип синтеза.

DA1-DA3 собран LR- сигналов синусоидальной формы, с выходов которого снимаются сдвинутые по фазе на угол 90° сигналы (точки А и В). Эти сигналы подаются на входы двух прецизионных выпрямителей, выполненных DA4, DA5 и DA6, DA7, соответственно. Сигналы с выходов выпрямителей (точки С и D) смешиваются на резистивном сумматоре-делителе напряжения R13, R15, R16 (точка Е). Выходной сигнал (точка Е) имеет треугольную форму с отклонением от линейности до 3 %.

Рабочая частота генератора определяется номиналами частотозадающих цепей - индуктивностей LI, L2, сдвоенного потенциометра R9, R10 и резисторов R7, R8. Для указанных номиналов диапазон частоты перестройки составляет 3300-4000 Гц.

Ступенчато изменить частотный диапазон работы можно переключением катушек индуктивности LI, L2. При расширении диапазона перестройки путем дальнейшего изменения соотношения элементов

Рис. 36.11. беземкостного перестраиваемого генератора сигналов треугольной формы

R7/R9=R8/R10 становится заметной выраженная зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. Для исключения этого недостатка необходимо либо сузить диапазон перестройки генератора, либо использовать промежуточные усилители с автоматической регулировкой усиления.

Инверсного построения

При создании функциональных генераторов традиционно используют прямоугольных импульсов, к выходу которого подключают формирователь треугольного напряжения, основанный на зарядно-разрядных процессах. Затем сигнал треугольной формы преобразуют в подобие синусоидального, выделяя из нее первую гармонику . Недостатки таких схемных решений очевидны: это явно выраженная нелинейность зарядноразрядных процессов, особенно заметная при перестройке частоты генератора и заметные искажения синусоидального сигнала в результате некачественной фильтрации высших гармоник сложного сигнала.

С. И. Семенова - прецизионные двухполупериодные выпрямители (микросхемы DA4, DA5 и DA9, DA10), выходные сигналы которых складываются в противофазе, формируя тем самым сигнал треугольной формы. Сигнал треугольной формы поступает затем на схему формирования биполярных импульсов прямоугольной формы (микросхемы DA6-DA8).

Диаграммы сигналов в различных точках устройства показаны на рис. 36.12.

Работает в диапазоне частот: для сигналов синусоидальной формы - 50-500 Гц, для сигналов треугольной и прямоугольной формы (с удвоением исходной частоты) - 100-1000 Гц. Рабочую частоту плавно меняют перестройкой сдвоенного потенциометра R9, R10. Ступенчатое переключение диапазона генерируемых частот вплоть до субгерцовых может быть обеспечено переключением частотозадающих конденсаторов С2 и СЗ. Так, при уменьшении емкостей конденсаторов С2 и СЗ в 10 раз, т. е. до 3,3 нФ, диапазон генерируемых частот составляет 1000-10000 Гц по пилообразному и прямоугольному сигналам; по синусоидальному - 500-5000 Гц.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.