Широкодіапазонним генератора прямокутних імпульсів

Е. Медякова, С. Дюдін

Не тільки в заводській, а й у радіоаматорського практиці зараз відчувається велика потреба в малогабаритному вимірювальному генераторі прямокутних імпульсів частотою від 2 Гц до 10 МГц, який забезпечував б налаштування цифрових пристроїв, побудованих на інтегральних мікросхемах серії ТТЛ. Авторами розроблено та виготовлено двоканальний генератор з плавним перекриттям зазначеного частотного діапазону і з можливістю зміни тривалості імпульсів в межах від 250 мс до 50 нс. Щоб розширити область застосування генератора, в нього введено пристрій формування затримки вихідних імпульсів одного каналу щодо вихідних імпульсів другого і щодо сінхроімпульсов.

Описуваний генератор має наступні технічні характеристики:
діапазон частот 2 Гц … 10 МГц;
тривалість вихідних імпульсів 250 МС … 50 нс;
тривалість фронту і спаду менше 20 нс;
амплітуда вихідної напруги 0 … 6 В;
вихідний опір каналу 200 Ом.

Структурна схема генератора наведена на рис. 1. Запросах генератор ЗГ визначає частоту проходження імпульсів. Коротшають ланцюг УЦ1 формує сінхроімпульси тривалістю 50 … 60 нс, що надходять на відповідний вихід приладу, і імпульси для запуску формують пристроїв ФУ1 і ФУ2, що визначають тривалість генеруються імпульсів обох каналів. Підсилювачі У1 і У2 забезпечують необхідні вихідні напруги та опору каналів. У положенні контактів перемикача 5, показаному на схемі, включається канал затримки, що містить формує пристрій затримки ФУЗ і скорочує ланцюг УЦ2. В іншому положенні перемикача канал затримки вимикається.

У пристрої передбачені індикатори перевантаження каналів ІП1 і ІП2 по тривалості – на випадок, якщо тривалість імпульсу виявиться більше половини періоду.

Принципова схема приладу показана на мал. 2. Запросах генератор виконаний за схемою автоколебательного мультівібратор з одним времязадающім конденсатором С1 (або С2) на трьох інвертора Dl.l, D1.2 і D1.3, замкнутих у кільце. Роль резистора времязадающей ланцюга мультівібратор виконує Оптрон U1. Будучи включеним в ланцюг затвора польового транзистора VI, він забезпечує потрібний коефіцієнт перекриття по частоті. Коли змінним резистором R1 регулюють струм, що протікає через лампочку розжарювання Оптрон, його фотосопротівленіе змінюється від 2 • 10 2 …3• 10 2 до 1,5 • 10 9 …2•10 9 Ом.

Частота імпульсів генератора, що задає визначається опором Оптрон і ємністю включеного конденсатора С1 (або С2). Для підвищення точності установки частоти до 1 МГц включається конденсатор С1, вище цієї частоти-конденсатор С2. Плавно частоту генератора регулюють змінним резистором R1.

Істоковий повторювач на польовому транзисторі VI є буферним каскадом, елемент D1.2 – пороговим, а D1.3 – інвертором, з виходу якого перепад напруги подається на вхід елемента Dl.l. Сигнал на виході цього елемента заряджає времязадающій конденсатор С1 (або С2) через фотосопротівленіе Оптрон U1.

На виході генератора, що задає включена коротшають ланцюг, побудована на трьох елементах І-НЕ D3.1, D3.2 і D8.3. Вона виробляє короткі однополярним імпульси тривалістю 50 … 60 нс (час затримки елементів).

Працює коротшають ланцюг наступним чином. Нехай у вихідному режимі на входи елементів D3.2 і D8.3. подається рівень логічного 0. При цьому на виході елемента D3.2 встановлюється рівень логічної 1, на виході елемента D3.3-логічна 1, на виході D3.1-логічний 0. З приходом позитивного перепаду вкорочують імпульсу (перепад з логічного 0 в 1) на виході елемента D3.3 відбувається перемикання логічної 1 в 0, тобто формується фронт вкороченого імпульсу. Далі цей логічний 0 надходить на вхід елемента D3.1 і формує на його виході сигнал логічної 1, який у поєднанні з рівнем логічної 1 на вході елемента D3.2 перемикає вихідний сигнал елемента D3.2 з рівня 1 в 0, що забезпечує на виході елемента D3.3 спад вкороченого імпульсу.

Таким чином для формування вкороченого імпульсу необхідно послідовне перемикання трьох елементів вкорочують ланцюга, а оскільки час перемикання одного елемента близько 20 нс, загальний час, і, отже, тривалість вкороченого імпульсу рівні 50 … 60 нс. Цей короткий сінхроімпульс виводиться на спеціальний вихід генератора "Синхр.", А також запускає режиму мультівібратор, що входить в канали як формує пристрій.

Режим мультівібратор каналу I побудований на елементах D5.1, D5.2 і D5.3, каналу II-на елементах D6.1, D6.2 і D6.3. За побудовою чекають мультівібратор каналів аналогічні генератора, що задає. Для розширення діапазону регулювання тривалості генеруються імпульсів в ланцюзі затворів польових транзисторів УЗ і V4 включені Оптрони U3 і U4. Тривалість імпульсів в каналах регулюють змінними резисторами R5 і R6 (типу СП5-1Б).

На виходах каналів включені підсилювачі, зібрані на транзисторах V5 … V10. Транзистори V9 і V10 вихідних каскадів включені за схемою із загальною базою, що захищає вихід генератора від короткого замикання в зовнішніх ланцюгах. Амплітуду вихідної напруги регулюють змінними резисторами R13 і R14.

Для сигналізації перевантаження каналів по тривалості введена світлова індикація. Роль індикаторів виконують мініатюрні лампи розжарювання H1 і Н2 типу СМН 6,3-20. Роботу індикаторів ілюструють тимчасові діаграми, наведені на рис. 3. На виході задаючого генератора (вихід елемента D1.2) утворюється напруга прямокутної форми зі шпаруватістю 2 (графіка). На входи елемента D2.1 надходять сигнали логічних рівнів з виходів інверторів D1.2 і D5.3. При тривалості імпульсу менше половини періоду Т (графік б) на виході елемента D2.1 утворюється рівень логічної 1 (графік в), тому лампа H1, включена як колекторна навантаження елемента D2.1, не світиться.

При тривалості імпульсу більше половини періоду Т (графік г) на виході елемента D2.1 в моменти часу, зазначені на графіку д штрихуванням, з'являється рівень логічного 0, в результаті лампа HI світиться ..

Коротко про роботу формувача регульованою затримки. Коли замикаючі контакти перемикача S2 знаходяться у верхньому по схемі положенні, сигнал з виходу елемента D4.4 надходить на вхід чекаючого мультівібратор на елементах D1.4 і D5.4, який формує імпульс. Тривалість сформованого імпульсу, який визначає час затримки, можна регулювати змінним резистором R3 в межах тривалості імпульсів каналів.

По зрізу імпульсу сформованого затримки коротшають ланцюг, що складається з елементів D4.1, D4.2, D4.3 і D4.4, виробляє короткий імпульс, що поступає на вхід каналу I.

Принципова схема джерела живлення генератора наведена на рис. 4. Він включає в себе понижуючий трансформатор типу ТПП 224, випрямляючий міст на діодах V1 … V4 і стабілізатори з вихідними напругами +12 В (для живлення підсилювальної частини) і +5 В (для живлення мікросхем). Коефіцієнт стабілізації близько 70. При номінальній напрузі мережі пульсації на виході джерела не перевищують 3 мВ. Струм споживання генератора близько 400 мА.

Генератор виконаний у вигляді малогабаритного переносного приладу (рис. 5). Корпус його виготовлений з дюралюмінію товщиною 1,5 мм. Задня кришка знімна, кріпиться до кожуха гвинтами М2.

Весь прилад змонтований на двох друкованих платах (плата генератора і плата блоку живлення). Плати виготовлені з склотекстоліти марки СФ-1 товщиною 1,5 мм і кріпляться на стійках з ізоляційного матеріалу до днища корпусу гвинтами,

Трансформатор блоку живлення кріпиться також до днища корпусу. Транзистори стабілізаторів укріплені на дюралюмінієвих пластинах розмірами 40Х40х3 мм, що грають роль радіаторів.

У генераторі застосовані наступні деталі: конденсатори типу КМ-5б; резистори R1, R3, R5 і R6-типу СП5-1Б, R13 і R14-СП-11, всі інші резистори типу МЛТ-0, 25; Оптрони U1 … U4 типу ОЕП-1; індикаторні лампи H1 і H2-СМН 6,3-20, мікросхеми серії К133.

Трансформатор Т1 блоку харчування може бути саморобним: магнітопровода УШ16Х32, обмотка I-2100 витків дроту ПЕВ-1 0,14, обмотка II-220 витків дроту ПЕВ-1 0,44.

На передній панелі приладу розташовані наступні органи управління: індикатор включення мережі "Мережа", ручка перебудови за частотою "Частота", ручки регулювання тривалості імпульсів "Трив. I "і" Трив. II ", ручки регулювання амплітуди вихідних імпульсів" Ампл. I "і" Ампл. II ", тумблер включення затримки" Затримка вкл. "І ручка регулювання затримки" Per. затримки ", тумблер включення одного з конденсаторів времязадающей частини генератора "НЧ" і "ВЧ", індикатори перевантаження "Перевантаження", а також три високочастотних роз'єму типу СР-50-155ф "Синхр.", "вих. I "і" вих. II ". Перемикачі типу ПД-22ПЧН. Тумблер включення мережі розташований на задній стінці разом з запобіжником. Спеціальної екранівку генератора не потрібно.

Правильно змонтований генератор налагодження не вимагає. Працездатність приладу може бути визначена за допомогою осцилографа (наприклад, С1-65) та цифрового частотоміра (наприклад, Ч3-33). Осцилограф дозволяє спостерігати форму генерованих коливань і вимірювати амплітуду, а частотомір – вимірювати частоту імпульсної послідовності при перебудові по частоті.