Генератор ЗЧ

Генератор звукової частоти – один з популярних вимірювальних приладів у лабораторії радіоаматора. І, звичайно, кожен з вас мріє мати у себе такий прилад, що володіє хорошими параметрами і в той же час простий по конструкції. Саме цим вимогам відповідає запропонований генератор, розроблений столичним радіоаматором Леонідом Миколайовичем Ануфрієва на широкодоступних радіокомпонентів спеціально для початківців радіоаматорів.

Зазвичай генератор звукової частоти використовують при налагодженні монофонічними та стереофонічних підсилювачів ЗЧ, зняття амплітудно-частотних характеристик (АЧХ), перевірці спотворень сигналу різними підсилювальним пристроями. Для проведення таких робіт бажано користуватися генератором з діапазоном частот 10 Гц … 100 кГц, амплітудою вихідного сигналу до 1 В. Важливо також, щоб вона не змінювалася при зміні частоти генератора. І, звичайно, коефіцієнт гармонік генератора повинен бути можливо малим (0,1 … 0,2%).

Щоб виконати такі вимоги, генератор можна побудувати на базі підсилювача з частотно-залежної ланцюгом позитивною зворотнього зв'язку. В якості такого ланцюга зазвичай використовують так званий міст Вина або подвійний Т-міст. Малі нелінійні спотворення вдається отримати при підборі елементів моста з великою точністю. Правда, це відноситься до генератора з фіксованою частотою. Для перебудовується ж генератора виникають додаткові труднощі з-за необхідності підбирати здвоєний змінний резистор з узгодженим (з точністю не гірше 1%), зміною опору кожного резистора.

Однак існують генератори, в яких у частотозадающіх ланцюгах стоять фазовращателі. Вони дозволяють отримати малі нелінійні спотворення без спеціального підбору елементів.

У найпростішому випадку фазовращатель складається з послідовно з'єднаних резистора і конденсатора (рис. 1, а). Якщо до нього підвести два сигналу (U 1 і U 2 ) Однакового напруги, але зрушені по фазі на 180 °, то вихідна напруга (U вих ) Дорівнюватиме одному з підводяться, але викривлене по фазі на певний кут – залежно від співвідношення номіналів деталей ланцюга і частоти підводяться сигналів.

Подивіться на векторну діаграму фазовращателя (рис. 1, б). На ній вхідні і вихідна напруги, а також падіння напруги на Деталях ланцюга позначені векторами відповідних довжин і напрямків. При зміні частоти вхідних сигналів і номіналів резистора і конденсатора вершина вектора вихідного сигналу буде "переміщатися" по колу, радіус якої відповідає вектору підводиться напруги. У такому випадку говорять, що геометричним місцем точок вектора вихідної напруги є коло.

Як відомо, генератор ЗЧ являє собою підсилювач з позитивним зворотним зв'язком. Стійкі коливання в такому самовозбуждающемся пристрої виникнуть тільки при дотриманні умов балансу амплітуд та балансу фаз. Перше з умов полягає в тому, щоб твір коефіцієнта посилення підсилювача і коефіцієнта передачі ланцюга зворотного зв'язку склало одиницю. Друга умова полягає у зміні фази вихідного сигналу підсилювача (тобто входу ланцюга зворотного зв'язку) по відношенню до вхідного (куди підводиться зворотній зв'язок) на 360 °.

Таким чином, наш генератор повинен містити два фазовращателя і інвертується підсилювач з коефіцієнтом підсилення більше одиниці, щоб компенсувати втрати сигналу в фазовращателях. Сказане підтверджує структурна схема генератора (рис. 2).

На ній, окрім відомих вже елементів, введено пристрій розладу частоти, необхідне для плавної зміни частоти генератора в невеликих межах.

А тепер розглянемо пристрій генератора і його роботу з принциповою схемою, наведеною на рис. 3. Перший фазовращатель утворений послідовно з'єднаними резисторами R12, R13.1 і одним з конденсаторів С1-С4, що підключається секцією SA1.1 перемикача піддіапазонів. У другому фазовращателе використовуються резистори R17, R13.2 і один з конденсаторів CS-С8. Частоту генератора змінюють стрибкоподібно перемикачем SA1, а плавно-здвоєним змінним резистором R13. При цьому в положенні "Х1" частоту генератора можна встановлювати в межах 10 … 100 Гц, в положенні "Х 10" -100 … 1000 Гц, в положенні "X 100" -1000 … 10 000 Гц, у положень "X 1000" – 10 000 … 100000 Гц.

Сигнали, зрушені по фазі на 180 °, подаються на перший фазовращатель з підсилювача, виконаного на транзисторах VT2, VT3, а на другий фазовращатель – з підсилювача на транзисторах VT4, VT5.

Подивіться уважно, сигнал, що подається на конденсатор першого фазовращателя, надходить з емітера транзистора VT3, де він збігається за фазою з вхідним (тобто на базі транзистора), а на резистори R12, R13.1-з колектора транзистора, де він зсунутий по фазі на 180 ° по відношенню до вхідного. Опору ж навантажень каскаду (резистори R10, R11) рівні. У результаті напруги сигналів на вході фазовращателя рівні, але зрушені по фазі на 180 °.

Аналогічна картина і В підсилювачі, що живить другий фазовращатель, але сигнал на конденсатор надходить з колектора транзістоpa, а на резистори – з емітера. Тому по відношенню до першого фазовращателю каскад на транзисторі VT5 є інвертується, тобто змінюють фазу що подаються на фазовращатель напружень на 180 °.

До другого фазовращателю підключений вихідний підсилювач, зібраний на транзисторі складеному VT6VT7 за схемою емітерний повторювача. До вихідного каскаду підключений змінний резистор R21 плавного регулювання сигналу і ступінчастий дільник напруги з резисторів R22-R24. У підсумку на вихідних гніздах XS1-XS3 щодо гнізда XS4 можна отримувати сигнали синусоїдальної форми напругою від одиниць мілівольт до одного вольта.

Крім того, до вихідного каскаду підключена нелінійна ланцюг зворотного зв'язку з деталей EL1, EL2, R20, VD1, С10-С12. Лампи EL1, EL2 і резистор R20 представляють собою дільник змінного напруги ", з якого сигнал надходить на перший підсилювачі генератора. Нижній, за схемою, висновок резистора R20 "заземлений" (з'єднаний із загальним проводом) через конденсатори С10-С12. Конденсатори СІ, С12 "працюють" на нижніх і середніх частотах діапазону генератора, а С10-на вищих. Стабілітрон VD1 захищає конденсатори від випадкового підвищення напруги нагий них, оскільки С11 і С12 застосовані низьковольтні (на 6,3 В), а напругу напруга становить 16 В. Можна, звичайно, обійтися без стабілітрон, застосувавши конденсатори СІ і С12 на номінальну напругу 16В. Але габарити генератора в цьому варіанті зростуть.

Нелінійна ланцюг зворотного зв'язку потрібна для стабілізації вихідної напруги генератора. Якщо, скажімо, вихідна напруга почне зростати, а значить, підвищуватимуться напругу живлення на лампах, опір ниток ламп буде також зростати. У результаті коефіцієнт передачі подільника буде падати, внаслідок чого знизиться загальний коефіцієнт посилення генератора і його вихідна напруга майже не зміниться.

Напруга зворотного зв'язку надходить на вхідний каскад першого підсилювача, виконаний на транзисторі VT2 по схемі з заземленою базою. Його коефіцієнт посилення по напрузі залежить від ставлення опорів резисторів R7 і R8, R9. Цей каскад компенсує втрати в контурі зворотного зв'язку настільки, щоб загальний коефіцієнт посилення склав одиницю – для цього в ланцюзі емітера поставлений підлаштування резистор R9.

Каскад на транзисторі VT1 і ланцюжок з резисторів R1-R5 утворюють пристрій розладу частоти генератора в невеликих межах. Це буває потрібно при проведенні таких вимірів, коли результати визначаються точністю встановлення частоти генератора або її змін.

Щоб забезпечити досить малі і плавні зміни частоти генератора, потрібно в ланцюг зворотного зв'язку включити пристрій, здатний змінювати фазу сигналу в невеликих межах. Причому процентне співвідношення фази має зберігатися у всьому діапазоні частот. Тоді на шкалі регулятора розладу можна нанести значення відсотків, які будуть дійсні для будь-якої встановленої на даний момент частоти генератора.

Використовувати для вказаної мети RC-ланцюга можна, оскільки вони створюють зсув фази, що залежить від частоти, а значить, величина розладу також буде залежати від частоти. Тому в генераторі використано інше рішення-складання двох напруг, зсунутих по фазі на 90 °, одне з яких значно менше іншого. У цьому варіанті зсув фази сигналу ланцюга зворотного зв'язку буде залежати тільки від співвідношення складаються напруг незалежно від їх частоти.

Додавання відбувається на колекторної навантаженні транзистора VT2. У ланцюг його емітера надходить напруга зворотного зв'язку, а в ланцюг бази – напруга з емітерний навантаження каскаду, виконаного на транзисторі VT1. До базі цього транзистора підключений своєрідний міст, на який надходять два напруги (з емітера і колектора транзистора VT5), зсунутих по фазі на 180 °. У результаті сигнали на базі транзистора VT2 і його емітер можуть відрізнятися по фазі на ± 90 ° у залежності від положення движка змінного резистора R3.

Коли движок змінного резистора R3 коштує в середньому положенні, напруга сигналу на ньому щодо загального проводу дорівнює нулю. Частота генератора буде відповідати встановленої за допомогою перемикача SA1 і змінного резистора R13. Інакше кажучи, розлад генератора буде дорівнює нулю. Коли ж движок резистора R3 почнуть переміщувати вліво або вправо за схемою, частота генератора почнуть змінюватися або в одну, або в інший бік.

При конструюванні генератора можна взагалі відмовитися від пристрою розладу і вилучити каскад на транзисторі VT1 і деталі R1-R6. Тоді базу транзистора VT2 потрібно підключити до середньої точки дільника з резисторів опором по 3 кОм, підключеного до джерела живлення.

Харчується генератор від джерела (рис. 4) із стабілізованою вихідним напругою. Він складається з понижуючого трансформатора Т1, випрямляча на діодах VD2-VD5 і стабілізатора напруги на стабілітрон VD6 і транзисторах VT8-VT11. Конденсатор С14 захищає генератор від мережних перешкод, С15 згладжує пульсації випрямленої напруги, С16 знижує рівень шуму стабілітрон, а С13 (він підключений паралельно виходу стабілізатора, але розташований в підсилювачі) зменшує вихідний опір джерела живлення на змінному струмі.

Стабілізатор виконаний по компенсаційній схемі. Опорне напруга, знімається з параметричного стабілізатора (він виконаний на стабілітрон VD6 і стабілізаторі струму на транзисторі VT8), порівнюється диференціальним підсилювачем на транзисторах VT9, VT11 з вихідним напругою, що знімається з дільника R29R30. Струм, пропорційний різниці цих напруг, протікає через емітерний перехід регульованого транзистора VT10. Резистор R25 сприяє запуску стабілізатора а момент включення, коли вихідна напруга дорівнює нулю, а резистор R6 – компенсації напруги пульсації.

(Закінчення буде)

Л. Ануфрієв

м. Москва