Низькочастотний ВИМІРЮВАЧ АЧХ.

Прилад є синусоїдальний генератор звукової частоти з ручним і автоматичним її перебудовою в межах двох піддіапазонів: 40 … 1000 Гц і 1 … 25 кГц. Генератор дозволяє спостерігати АЧХ досліджуваного пристрою безпосередньо на екрані осцилографа (наприклад, Н313, С1-94 і т. п.). Це значно спрощує і робить наочним процес налаштування магнітофонів, контроль АЧХ різних низькочастотних фільтрів, регуляторів тембру і інших пристроїв.

У режимі автоматичної перебудови частоти генератор циклічно, з періодом близько 100 мс, виробляє синусоїдальний сигнал, частота якого лінійно і безперервно збільшується (сканує) від нижньої (Fн) до верхньої частоти (fв) обраного піддіапазону. Цикли сканування розділені між собою паузами тривалістю близько

10 мс, протягом яких на виході генератора сигнал відсутній. Ці паузи призначені для синхронізації розгортки осцилографа при спостереженні АЧХ.

Прилад дозволяє регулювати частоту верхню сканування в межах 300 … 1000 Гц на першому піддіапазоні і 8 … 25 кГц на другому. Вихідна напруга можна регулювати плавно і східчасто (зменшувати на 20 дБ). Максимальний його рівень, – 0,6 В. У режимі ручного перебудови частоти він працює як звичайний ГЗЧ з двома відповідними піддіапазону.

Харчується прилад від мережі змінного струму напругою 220 В і споживає потужність не більше 5 Вт. Він не містить дорогих і дефіцитних деталей. Принципова схема наведена на рис. 1.

На транзисторах VT1 і VT3 зібраний стабілізований джерело живлення з вихідними напругами +5 і -5 В.

У режимі автоматичної перебудови частоти, коли перемикач SB1 знаходиться в положенні "СК", пристрій працює так: транзистори VT3,

VT4, резистори R5-R8, логічний елемент DD1.4 і конденсатор С7 утворюють генератор циклу. Він формує на резисторі R7 позитивні прямокутні імпульси, тривалість яких визначає тривалість паузи, а період проходження дорівнює циклу сканування генератора.

На елементах VT5-VT7, R9-R12, С8, С10, VD5 зібраний генератор лінійно наростаючої напруги (ЛНН). Ця напруга визначає частоту вихідного сигналу генератора. На початку кожного циклу закривається транзистор VT5 і конденсатор С8 починає заряджатися. Завдяки дії зворотного зв'язку через конденсатор С10 струм заряду конденсатора С8 стабілізовано і, отже, напруга на ньому в процесі заряду зростає лінійно. Після закінчення циклу відкривається транзистор VT5 і конденсатор С8 розрядиться. З початком нового циклу процес повторюється. Регулювання амплітуди вихідної напруги генератора ЛНН здійснюється змінним резистором R11.

Вихідний сигнал генератора ЛНН з емітера транзистора VT6 надходить на вхід релаксаційного генератора, виконаного на основі реверсивного інтегратора. Він складається з операційного підсилювача (ОП) DA1, логічних елементів DD1.1-DD1.3, транзисторів VT13, VT16, резисторів R13-R17, R33-R38, конденсаторів С11, С12 і перемикача піддіапазонів SB2. Власне інтегратор зібраний на ОП DA1, а на елементах DD1.1, DD1.2 зібраний компаратор вихідної напруги, керуючий через елемент DD1.3 напрямком інтегрування. Для поліпшення симетрії вихідної напруги релаксаційного генератора в схему введений компенсуючий ключ на транзисторі VT13. Так як закон зміни частоти сигналу визначається формою напруги генератора ЛНН, то, отже, протягом робочої частини циклу, коли відбувається заряд конденсатора С8, частота лінійно зростає від значення fн до fв, які визначаються вибраним піддіапазону. З виходу інтегратора змінюваний за частотою сигнал трикутної форми через резистор R18 надходить на пристрій перетворення в синусоїдальний сигнал, виконане па транзисторах VT8-VT12. Робота пристрою перетворювача описана в [Л]. Ключ на елементі DD1.4 шунтується вхід схеми перетворення на моменти розряду конденсатора С8, формуючи паузи між циклами сканування. У ці моменти частота сигналу інтегратора швидко змінюється від fн до fв.

Синусоїдальний сигнал, сформований пристроєм перетворення, через емітерний повторювач на транзисторі VT14 надходить на регулятор амплітуди вихідної напруги приладу – змінний резистор R26, a потім на базу транзистора VT15 вихідного каскаду. Потенціал емітера транзистора VT15, що задається подільником R27, R28. близький до 0 В, тому на виході приладу відсутній перехідний конденсатор. Резистори R30, R31 утворюють вихідний дільник сигналу на 20 дБ, комутований перемикачем SB3.

У режимі ручного перебудови частоти прилад працює як звичайний генератор синусоїдальних коливань, що має два піддіапазону: 40 … 1000 Гц і 1 … 25 кГц. Вибір піддіапазонів виробляють перемикачем SB2, а частоту генерації встановлюють змінним резистором R11. У цьому режимі перемикач SB1 переведений у положення "Fо" робота генераторів циклу і ЛНН припиняється, ключ DD1.4 не переходить і синхронізуючі паузи, непотрібні в цьому режимі, на виході приладу відсутні.

Для налагодження приладу необхідні осцилограф, вольтметр і генератор звукової частоти. Більш точно прилад можна налаштувати при використанні частотоміра і вимірювача нелінійних спотворень.

Налагодження починають з режиму ручної перебудови частоти, для цього перемикач SB1 переводять у положення "Fо", SB2 – в положення "X 1", движок резистора R11 – в крайнє верхнє (за схемою) становище. Контролюючи сигнал, який виробляється інтегратором (висновок 5 мікросхеми DA1), підбором ємності конденсатора С11 домагаються отримання частоти генерації в межах 24 … 26 кГц. Потім підбором опору резистора R35 встановлюють цю частоту рівний 25 кГц і контролюють форму сигналу інтегратора в діапазоні частот від 1 до 25 кГц. Вона повинна бути трикутної і симетричною відносно осі ординат, тобто, тривалість прямого і зворотного ходу "пилки" повинна бути однаковою. Симетрія залежить від величини опору резистора R16, підбором якого можна усунути помічені відхилення. Після здійснення симетрування форми коливань слід знову перевірити верхню частоту генерації та при необхідності підбором резистора R35 встановити її рівною 25 кГц.

Наступний етап – регулювання перетворювача трикутної форми коливань в синусоїдальної. Вона зводиться до підбору резисторів R18 і R20. Величина опору резистора R18 визначає амплітуду напруги, що надходить на вхід схеми перетворювача, а величина резистора R20 передатну функцію перетворювача (форму коливань). При регулюванні необхідно отримати на виході перетворювача сигнал, найбільш близький за формою до синусоїдальній. Для цього зручно використовувати аналізатор нелінійних спотворенні і вести підбір R18 і R20 по мінімуму коефіцієнта гармонік на частоті 1 кГц, а потім візуально проконтролювати правильність налаштування перетворювача по всьому піддіапазону від 1 до 25 кГц.

Налаштувавши перетворювач, приступають до підбору ємності конденсатора С12.

Перемикач SB2 встановлюють у положення "х0, 04", а движок змінного резистора R11 – у верхнє (за схемою) становище. Підбором ємності конденсатора С12 домагаються частоти генерації 1 кГц.

Наступна операція налаштування – перевірка постійної складової на виході приладу, вона максимальна при положенні SB3 в "0 дБ". Припустимим можна вважати значення в інтервалі від 0 до +0,1 В, в іншому випадку необхідно підібрати опір резистора R28. На цьому налаштування приладу в режимі ручного перебудови частоти закінчується, і можна приступати до настройки режиму сканування.

Перемикач SB1 переводять у положення "СК", SB2 – в положення "X1" і осцилографом контролюють сигнал на виході приладу. Він повинен являти собою послідовність "пачок" тривалістю 80 … 120 мс, розділених паузами тривалістю 5 … 15 мс. Ці тимчасові параметри залежать від постійних часу ланцюжків R6C7 і R5C7 відповідно і можуть бути скориговані підпором ємності конденсатора С7 (Тривалість "пачки") і резистора R5 (тривалість паузи). Далі, підключивши осцилограф до емітером транзистора VТ6, контролюють сигнал генератора ЛНН, максимальна амплітуда якого повинна бути не менш 4,5 В, а вершина "пили" не повинна мати плоскої частини. Зміна положення движка резистора R11 повинно приводити до змін амплітуди "пили" в три рази без зміни її форми. Налаштування генератора ЛНН виробляють підбором опору резистора R10 до отримання максимальної амплітуди неспотвореного сигналу.

Наступний етап – градуювання шкал змінного резистора R11 в режимах "СК" і "Fо". Обидві шкали приладу лінійні. Кількість позначок, практично достатня для роботи – 8 – 10 за шкалою "Fо" (це можуть бути 1, 3, 5, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25) і 5-6 за шкалою "СК" (8, 10, 14, 16, 20, 25). При перемиканні піддіапазонів шкали збігаються з поправочних коефіцієнтів "Х1" і "х0, 04", позначеними у перемикача SB2.

Градуювання шкали "Fо" не представляє труднощів, це можна зробити частотоміром або по фігурах Ліссажу. Градуювання шкали "СК" із задовільною точністю можна провести таким способом.

Для градуювання збирають схему згідно рис. 2. При рівності амплітуд сигналів еталонного генератора і настроює прилад на осцілограм неважко відзначити точку збігу частот приладу і генератора (За нульовим биттям). Це властивість осцилограми і використовують в роботі.

Перемикач SB2 ставлять в положення "X1" на еталонному генераторі послідовно

встановлюють частоти 25 20, 16, 14, 10, 8, кГц, відповідні верхнім частотам сканування приладу.

Переміщуючи движок резистора R11, домагаються зміщення точки збігу частот на правий край осцилограми, омечая на шкалі "СК" положення движка R11, відповідають установленим частотам еталонного генератора.

Вихідна напруга приладу стабільно по амплітуді у всьому діапазоні частот генеруються, тому змінний резистор R26 можна оснастити шкалою вихідного сигналу.

Для зручності регулювання конденсатор C12 слід скласти з двох-трьох паралельно з'єднаних конденсааторов ємністю 0,025 мкФ, 3300 пФ, 1500 пФ, а в якості резисторів R10, R16, R18, R28, R35 використовувати підлаштування з номіналом у 1,5-2 рази більшому, ніж вказано на схемі.

Мережевий трансформатор T1 – будь-який малопотужний понижуючий трансформатор, що забезпечує на вторинній обмотці напруга в межах 6 … 7 В при струмі 0,1 A.

С. Пермяков

г.Загорск, Московської обл.

РАДІО № 7, 1988, с.56-58

ЛІТЕРАТУРА

Формувач синусоїдальної напруги. Радіо, 1983, № 5, с. 61.