УНІВЕРСАЛЬНИЙ ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР

А. Матикіна, м. Москва

Введення у відносно нескладний функціональний генератор на мікросхемі МАХ038 функцій хитання частоти і генератора міток дозволяють проводити найрізноманітніші вимірювання, регулювання та контроль працездатності різної радіоелектронної апаратури в широкому діапазоні частот. Цікаві можливості застосування, які має цей генератор, можуть бути отримані введенням аналогічних вузлів, і в інші функціональні генератори, описи яких опубліковані в нашому журналі в останні два-три роки.

При проведенні ряду вимірювань функціональний генератор, поряд з мультиметром і осцилографом, є обов'язковим приладом, що входять, мабуть, в основний необхідний комплекс домашній лабораторії радіоаматора.

Генератор качающейся частоти теж буває незамінний при дослідженні, наприклад, амплітудно-частотних характеристик. Він дозволяє спостерігати за зміною характеристик залежно від варіації параметрів досліджуваних ланцюгів, при цьому в деяких випадках час настроювання резонансних ланцюгів може бути в десятки, а то й сотні разів менше, ніж в класичному методі дослідження АЧХ по точках.

Зазвичай в нескладних функціональних генераторах з невеликим частотним діапазоном відсутні регулювання шпаруватості прямокутних імпульсів, а також часу прямого і зворотного ходу напруги пілообразной форми, немає можливості отримання частотно-або широтно-імпульсної модульованої сигналу. Що стосується генераторів качающейся частоти, то в них зазвичай багато резонансних контурів, вони важкі в налаштуванні, їх виготовлення найчастіше не під силу і радіоаматорам середньої кваліфікації.

У простих ГКЧ [2] зазвичай відсутні сигнали частотних міток, і тому без частотоміра користі від таких приладів дуже мало.

Пропонований увазі радіоаматорів-конструкторів генератор вільний від перерахованих недоліків. Велика частина приладу зібрана на цифрових мікросхемах, що максимально спрощує його налагодження. Виготовити його може навіть радіоаматор з невеликим стажем. В описі наведені рекомендації щодо зміни деяких характеристик "під свій смак".

Основні технічні характеристики генератора

Робочий діапазон частот розбитий на дев'ять піддіапазонів:
1) 0,095 Гц … 1,1 Гц;
2) 0,95 Гц … 11 Гц;
3) 9,5 Гц … 110 Гц;
4) 95 Гц … 1100 Гц;
5) 0,95 кГц … 11 кГц;
6) 9,5 кГц … 110кГц;
7) 95 кГц. .. 1100 кГц;
8) 0,95 МГц … 11 МГц;
9) 9 МГц … 42 МГц *.

Верхня частота дев'ятого піддіапазону визначається конкретним екземпляром мікросхеми МАХ038: її типове значення – близько 40 МГц, мінімальне – 20 МГц.

Форма вихідного сигналу – прямокутна, синусоїдальна, трикутна, пілообразная. Розмах вихідного напруги від піку до піку (на опорі навантаження RH = 50 Ом) – 1 В.

Шпаруватості прямокутних імпульсів – 0,053 … 19. Регулювання частоти і шпаруватості вихідного сигналу – взаімонезавісімая.

Сигнали частотних міток можна встановлювати з інтервалами 10 та 1 МГц, 100, 10 і 1 кГц, а також 100 Гц.

Максимальна модулююча частота як входів ШІМ і ЧС – 2МГц, девіація частоти Fo (ЧС) зовнішнім модулюючим сигналом – до ± 50%.

Основу генератора (його схем а наведена на рис. 1) складає мікросхема МАХ038 фірми MAXIM, докладний опис якої наведено в [1].

Розглянемо роботу приладу в режимі функціонального генератора, коли движок резистора R6 "девіація" знаходиться в крайньому нижньому за схемою положенні. Форма вихідного сигналу генератора визначається логічними рівнями на входах АТ, А1 і залежить від положення перемикача SA6. Було відмічено вплив нестабільності керуючих сигналів для входів АТ і А1 на загальну нестабільність частоти генерації. Для цілей мінімізації даного ефекту призначені конденсатори С12, С13, що зменшують рівень наведень і пульсації джерела живлення.

Частота генерується сигналу залежить від ємності CF, підключеної до висновку COSC (конденсатори С1 – С8) напруги на вході SADJ і впадає струму на вхід IIN. Вибір піддіапазону проводиться перемикачем SA1. Плавне регулювання частоти всередині піддіапазону відбувається по входу IIN. Величина струму, що надходить на вхід, визначається опором резисторів R12, R13, коефіцієнтом посилення ОУ DA1.1 і положенням движка змінного резистора R20. Для піддіапазонів 2 – 8 вона становить 21 … 240 мкА. При переході на 9-й піддіапазон збільшується масштаб посилення DA1.1 за рахунок зменшення ООС (введення R19) h вели чину струму IIN зростає до 160 … 750 мкА. Це необхідно через обмеження мінімально допустимої величини ємності СР в 20 ПФ. При перемиканні на перший піддіапазон вводиться R17, зменшуючи падіння напруги на R20, R21 в десять разів і зменшуючи відповідно IIN до2, 1 … 24мкА.

Таким чином, для піддіапазонів 1 – 8 коефіцієнт перекриття дорівнює 11 і при перемиканні з одного піддіапазону на один ої вихідна частота змінюється в 10 разів, що дозволяє використовувати одну проградуірованную шкалу плавної зміни частоти. Для дев'ятого діапазону необхідна окрема шкала, він більш розтягнутий, коефіцієнт перекриття – близько 4,7. Для кожного конкретного екземпляра DA2 краще експериментально підбирати ширину дев'ятого діапазону за значенням граничної частоти генерації мікросхеми. У будь-якому випадку для розширення, звуження або зсуву діапазонів частот можна скористатися формулами:

Fmin=UminR9/[CFR;.(R12+R13)];

Fmax = UmaxR9 / [CFR – (R12 + R13)], де Umin = 5R21 / (R20 + R21), Umax = 5, R '= R18 – для піддіапазонів 1 – 8, R' = R19 – для піддіапазону 9; СР = С1 … С8 (для відповідного піддіапазону).

Параметри, представлені у формулах, вимірюються відповідно: F – в кілогерц, U – у вольтах, R – в Омасі, С – в пікофарад.

Треба відзначити, що для першого піддіапазону через введення резистора R17 величини Umin і Umax, підставляються у формули для розрахунку частоти, необхідно зменшити в десять разів відносно отриманої. Конденсатори СЮ, С11 призначені для поліпшення стабільності постійного керуючої напруги, що надходить на вход5ОУ DA1.1.

Відносна розлад частоти (± 50% від Fo) здійснюється резистором R4 (SA3 в положенні "Fo"). Для отримання частотно-модульованих коливань на вхід ЧС подають зовнішній модулюючий сигнал і переводять SA3 у верхнє за схемою положення (положення ЧМ).

Для широтно-імпульсної модуляції використовують відповідний вхід ШІМ; регулювання шпаруватості проводиться резистором R2. Поняття "шпаруватості" тут застосовується кілька умовно, точніше – це зміна співвідношення позитивної напівхвилі щодо тривалості періоду у відсотках: для прямокутних коливань це дійсно шпаруватості, але для коливань трикутної форми – це співвідношення часу прямого і зворотного ходу (сигнал змінюється від "прямий" пили до "зворотнього"), для синусоїдального сигналу – зміна (спотворення) форми сигналу. Останнє може бути корисно для мінімізації коефіцієнта гармонік генератора підстроюванням форми синусоїди.

Амплітуда модулюють сигналів для входів ЧС і ШІМ повинна бути не більше ± 2,3 В.

Перемикачі SA4, SA5 призначені для відключення управління шпаруватістю і частотою по входів DADJ і FADJ мікросхеми DA2, при цьому шпаруватості встановлюється рівною 2 (50%), а частота точно відповідає виставленої резистором R20.

Клацни миш.пр.кн. для перегляду

Вихідний сигнал надходить з виходу OUT DA2 через резистор R44 на гніздо "Вихід генератора 1". Входи COSC, DADJ, FADJ мікросхеми дуже чутливі до зовнішніх наведеннях, їх з'єднання з перемикачами доцільно проводити екранованим кабелем або вузол генератора розташувати в екранованих відсіку.

Для регулювання рівня вихідного сигналу зручно користуватися зовнішнім атенюаторів, що підключається між виходом генератора та входом досліджуваного пристрою. Можна рекомендувати аттенюатор, наведений в [2], він забезпечує діапазон ослаблення від 0 до 64 дБ з кроком 1 дБ і добре узгоджується з вхідного і вихідного опору.

У режимі хитання частоти вхід генератора з'єднують з відповідним виходом осцилографа. Керування частотою ГКЧ синхронно з розгорненням осцилографа проводиться по входу IIN мікросхеми DA2. Сигнал із входу надходить на конденсатор С9, де відсікається постійна складова. Далі з движка змінного резистора R6, який регулює розмах керуючого сигналу і відповідно ширину смуги хитання генератора, надходить на інвертується підсилювач-суматор DA1.1. Підсумувавши з постійної складової, яка визначає центральну частоту хитання і регульовану резистором R20, сигнал надходить на вхід UN DA2. Стабілітрон VD1 обмежує максимально допустимий струм для входу IIN до рівня 750 мкА.

Генератор частотних міток складається з генератора, що задає на DD1.1 – DD1.3, дільників на DD3 і DD4, тригера DD5.1 і компаратора на DA1.4. Кварцовий задає генератор виробляє сигнал частотою 10 МГц, який надходить на вхід дільника DD3 (коефіцієнт ділення 10). Далі з виходу DD3 сигнал в 1 МГц надходить на вхід дільника зі змінним коефіцієнтом ділення DD4. Залежно від положення перемикача SA7.1 на вході З тригера DD5.1 буде присутній сигнал частотою 10 МГц, 1 МГц або сигнал, частота якого визначена коефіцієнтом поділу DD4. На входи JK-тригера надходить з виходу SYNC DA2 сигнал, частота якого дорівнює частоті вихідного сигналу генератора, а фаза зсунута на 90 град. До виходу тригера підключений ФНЧ на елементах R40, С22-С27 (частота зрізу визначається положенням SA8).

Таким чином, на вході компаратора DA1.4 отримуємо низькочастотні биття вихідний частоти генератора і частот, кратних частоті на тактовій вході DD5.1. Амплітуда биття тим вище, чим ближче розташовані вищевказані складові по осі частот. Отже, при плавній зміні вихідний частоти сигналу генератора на вході DA1.4 будуть присутні сплески сигналу биття, що вказують на кратність частоти вихідного сигналу генератора частоті сигналу позначок. Ширина

сплесків (у часі) залежить від ширини смуги ФНЧ і визначається положенням SA8, це зроблено для отримання чітких позначок при різних смугах огляду і на різних діапазонах генератора. Резистором R36 визначається поріг спрацьовування компаратора, відсікаючи шуми биттів нижче заданої амплітуди. Амплітуда міток регулюється резистором R46 і складається з основним сигналом на R45. Коефіцієнт розподілу DD4 вибирається перемикачем SA7.2 і дозволяє отримати на виході дільника сигнал з частотами 100, 10, 1 кГц, 100 Гц. При положенні SA7 в двох крайніх (верхніх за схемою) положеннях DD4 виробляє одноразовий рахунок і зупиняється – сигналу на його виході Q немає.

Для розширення можливостей генератора можна доповнити сітку частот сигналу міток необхідним набором частот, наприклад 465 кГц, для налаштування ППЧ радіоприймачів. У цьому випадку коефіцієнт ділення вибирають виходячи з формули:

N = М (1000Р1 + 100Р2 +10 РЗ + Р4) + Р5,

де N – коефіцієнт розподілу; М – модуль, який визначається кодом на Ка, Кь, Кс; Р1 – множник тисяч, визначається кодом на J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 – множники сотень, десятків, одиниць, вони визначаються кодом на J13-J16, J9-J12, J5-J8; Р5 – залишок, який визначається кодом J1-J4.

Детальний опис роботи мікросхеми К564ІЕ15 наведено в [3]. Генератор має окремий вихід "Мітки", який може бути корисним у ряді вимірювань, де необхідно мати зразкову кварцованную частоту.

Допоміжний генератор звукової частоти на DA1.2 зібраний за типовою схемою, він може використовуватися для модуляції основного генератора по частоті або широтно-імпульсної модуляції або як окремий генератор.

Детектор (рис. 2) зібраний за схемою подвоєння напруги і дозволяє працювати в діапазоні 10кГц … 50 МГц при використанні частоти розгортки осцилографа не більше 100 Гц. Для дослідження низькочастотних ланцюгів частота розгортки повинна бути дуже низькою, застосування звичайного осцилографа не дозволяє бачити АЧХ. При наявності запам'ятовуючого осцилографа можливо спостереження частотних характеристик, починаючи з частоти 0,1 Гц. При цьому необхідно застосувати іншу вхідну ланцюг синхронізації, наприклад, показану на рис. 3.

Також для цієї мети краще виготовити окрему детекторні голівку, збільшивши ємності конденсаторів С1 і С2 (див. рис. 2). Збільшення їх ємності розширює частотний діапазон знизу, одночасно зменшуючи допустиму частоту розгортки осцилографа. Для отримання міток на низьких частотах необхідно вибрати відповідний коефіцієнт ділення DD4 і замість фільтра на R40, С22-С27 застосувати високодобротних фільтр; обмеження все ж таки є – виділити биття на низьких частотах важко.

Блок живлення (рис. 4) зібраний за звичайною схемою і виробляє живлять напруги ± 5 В і ± 12 В. Струми споживання за відповідними шинам не перевищують зазначених меж: -5 В – 300 мА: -5 В – 100 мА; +12 В – 50 мА; -12 В – 50 мА.

У пристрої використані резистори МЛТ 0,125, як змінних допускається використовувати СП, СПО, СП4. Частотно-які визначають конденсатори повинні мати малий ТКЕ – застосовні серії КЛС, КМ-5 (С5-С8), К73-9, К73-16, К73-17 (С2-С4). Полярний конденсатор С1 – К52-1 с; малим струмом витоку; інші конденсатори – будь-які. Перемикачі SA1, SA6-SA3 – ПГ. Мікросхеми DD1 – DD3, DD5 замінимі на аналогічні серій К155, К555, К533, потрібно лише враховувати відповідне зміна струму споживанні. Мікросхему серії 564 або K564 (DD4) цілком замінить К561ІЕ15.

Друкована плата для генератора не розроблялася. При розміщенні елементів і сполук на платі необхідно як можна далі рознести все ланцюга, пов'язані із входами (виводи 3-10) DA2 від інших ланцюгів.

Налаштування генератора починають з підбору конденсаторів С1-С6, щоб при перемиканні діапазонів частота змінювалася точно в десять разів. Конденсатори С7, СЗ краще додатково підібрати після остаточної збирання конструкції, так як на загальну місткість CF для піддіапазонів 8, 9 впливають ємність з'єднувального кабелю, монтажна та інші паразитні ємності.

Після цього градуіруют дві шкали для резистора R20 (для піддіапазонів 1-8 і 9). Далі перевіряють форму вихідного сигналу в залежності від положенні SA6 і межі регулювання шпаруватості і розладу. Діапазон їх регулювання можна змінити, перерахувавши дільник R1-R4, враховуючи при цьому, що напруги на входах FADJ і DADJ повинні бути в межах 12,3 В. Потім на вхід подають сигнал від осцилографа, вхід Y осцилографа підключають до висновку 7 DA1.1, движок резистора R20 виставляють на середину одного з піддіапазонів, R6 ставлять у верхнє за схемою становище і підбором R5 домагаються, щоб сигнал на виводі 7 DA1.1 був у межах 0,2 … 7,5 В. Це відповідає максимальній смузі гойдання. Всередині смуги частота може змінюватися в 300 разів, для зменшенні цього значення опір R5 збільшують до необхідної величини.

Налаштування генераюра частотних міток починають з установки частоти задаючого генераюра. Частотомір підключають до висновку 6 DD1.3 і підстроюванням конденсатора С18 виставляють частоту, яка дорівнює 10 МГц. Далі перевіряють відповідність частот на виході частот міток положенням перемикача SA7. Після цього перевіряють наявність сигналу биттів на виведення 13 DA1.4 і резистором R36 виставляють поріг спрацьовування компаратора до отримання чітких вузьких міток на виході DA1.4. На цьому налаштування генератора можна вважати закінченою.

Допоміжний генератор звукової частоти на DA1.2 (див. рис. 1) налаштовують підстроюванням R23 до одержання стійкої генерації синусоїдального сигналу.

Налаштування блоку харчування полягає у виставленні відповідних вихідних напруг за допомогою резисторів R1, R4, R6.

Для дослідження АЧХ збирають установку за схемою на рис. 5. Перемикач SA6 переводять у положення генерації синусоїдального сигналу. Передбачуване розташування АЧХ виставляють перемикачем SA1 і резистором R20, резистором R6 встановлюють необхідну смугу гойдання (огляду). За допомогою перемикача SA7 вибирають необхідні частотні позначки.

Перемикачем SA3 домагаються отримання на екрані осцилографа чітких стійких позначок. Змінюючи параметри досліджуваного пристрою, відстежують зміна характерних точок АЧХ: за частотою – щодо міток, по амплітуді – щодо положень аттенюатора.

Радіо № 5, 1998 р., с. 34-36,81.

ЛІТЕРАТУРА

1. Ковальов В. Багатофункціональний генератор МАХ038. Радіо: 1996, № 10. з. 53.

2. Нечаєв І. функціональний генератор з діапазоном частот 0,1 Гц … 10 МГц. Радіо, 1997, № 1: з 34, 35.

3. Скрипник В. А. Прилади для контролю і налагодження радіоаматорського апаратури. – М.: Патріот. 1990. з. 5.

4. Алексєєв С. Застосування мікросхем серії К561. Радіо, 1987, № 1, с. 43.