Л. АНУФРІЄВ (СРСР)

Пропонований генератор, незважаючи на простоту схемного рішення, володіє різноманітними функціональними можливостями і хорошими характеристиками генеруються сигналів. Він генерує прямокутні, трикутні і синусоїдальні сигнали в діапазоні частот 0,6 Гц. . . 300 кГц. Весь діапазон розбито на п’ять піддіапазонів: 0,6 … 30 Гц, 6 … 300 Гц, 60 Гц … 3 кГц, 0,6 … 30 кГц і 6 … 300 кГц. У будь-якій точці діапазону є можливість змінювати частоту на ± 10% від встановленої на шкалі за допомогою ручки “Расстройка”. Прилад може працювати і як свип-генератор. Смуга хитання частоти може плавно регулюватися від 0 до значення смуги кожного піддіапазону. Для управління ЧС використовується зовнішнє джерело сигналу. Вихідні сигнали прямокутної і трикутної форми постійні по амплітуді, амплітуда синусоїдального сигналу може регулюватися. Вихідні напруги у всьому діапазоні частот практично постійні. Прямокутний сигнал відповідає параметрам ТТЛ логічних схем (нижній рівень не більше 0,3 В, верхній – НЕ менше 2,4 В). Напруга сигналу трикутної форми має розмах 5 В (1 … 6 В), синусоидальной – близько 1 В (300 мВ еф.). Потужність, споживана генератором по постійному струму, 270 мВт (9 В, 30 мА). Прилад живиться від мережі змінного струму через вбудований стабілізований випрямляч. У функціональному генераторі для генерування імпульсів прямокутної і трикутної форми використовується замкнута релаксационная система, що складається з інтегратора і компаратора, роль якого в даній схемі виконує тригер. Напруга синусоїдальної форми виходить перетворенням трикутного сигналу нелінійним підсилювачем.

Принципова схема генератора наведена на рис. 1. Він зібраний на двох логічних інтегральних мікросхемах К155ЛА8 і К155ЛАЗ і дев’яти транзисторах. Інтегратор виконаний на инверторе D1.1 і транзисторі V6; схема управління інтегратором на транзисторах VI-V5. Транзистор V7 і інвертор D1.2 є буферним емітгерним повторителем. Перетворювач напруги трикутної форми в синусоидальную зібраний на инвертор D1.3 н діодах V8, V9; тригер – на інвертора D2.1 і D2.2. Інвертор D2.3 є буферним каскадом. Інвертори D1.4 і D2.4 спільно з транзистором VII виконують роль стабілізаторів напруги живлення інтегральних мікросхем. Дані схеми стабілізації не тільки забезпечують додаткову стабілізацію напруги живлення, але і забезпечують температурну стабілізацію режимів роботи інверторів мікросхем, що особливо важливо для мікросхеми D1, що працює в лінійному режимі. Напругу живлення мікросхеми D1 зменшено до 3,7 В, що дозволило збільшити вхідний опір інверторів, які працюють в режимі лінійних підсилювачів. Для поліпшення режиму по постійному струму транзисторів V4-V6 потенціал загального проводу мікросхеми D1 піднято до значення падіння напруги на діод VI0 (близько 0,7 В). Харчування мікросхеми D2 стандартне + 5 В.

Генератор працює таким чином. Припустимо, що напруга на виході інвертора D2.2 має високий рівень. При цьому правий за схемою транзистор перемикача струму V3 закритий, а лівий – відкритий. Позитивний струм від джерела струму, зібраного на транзисторі V2, надходить на вхід інтегратора (база транзистора V6) і починає заряджати одну з ємностей С2-С6, наприклад Сб прн положенні перемикача, зазначеного на схемі. Напруга на виході інтегратора (на навантаженні R12) починає лінійно зменшуватися. Через транзистори V4 н V5, що працюють в режимі інвертора струму, тече невеликий і постійний струм зміщення, який визначається резистором R10, який задає режим роботи по постійному струму транзистору V6. Напруга з виходу інтегратора подається на вхід тригера (верхній за схемою вхід інвертора D2.1). Як тільки напруга стане нижче порога спрацьовування інвертора D2.1, тригер перекидається і на виході інвертора D2.2 рівень стає низьким. Напруга цього рівня через дільник на резисторах R27 і R29 подається на другий вхід інвертора D2.1 і фіксує даний стан тригера. Одночасно напруга низького рівня через дільник на резисторах R30, R28 подається на правий транзистор перемикача струму V3 і відкриває його. При цьому лівий по схемі транзистор V3 закривається, так як напруга на його базі, що подається з дільника на резисторах R9 і R8, вище, ніж на базі правого. У такому

Рис. 1

стані струм від джерела струму на транзисторі V2 надходить на колектор і базу V4 і базу V5. Робота інвертора струму заснована на тому, що якщо вважати струм баз транзисторів V4 і V5 Досить малим, то на базі транзистора V4 створюється така напруга, при якому весь струм проходить через колектор транзистора V4. Якщо транзистори V4 і V5 ідентичні, то оскільки бази їх з’єднані, то струм V5 буде дорівнює струму V4. Потенціометр R11 дозволяє вирівнювати струми. Струм, що подається на вхід транзистора V6 (вхід інтегратора) з колектора транзистора V5, має зворотний знак, і, отже, конденсатор С6 буде розряджатися. Напруга на виході інтегратора буде наростати. Оскільки струми розряду і заряду рівні, то швидкості зміни напруги на виході інтегратора однакові і відрізняються тільки знаком, а напруга трикутної форми симетрично. При досягненні напруги на виході інтегратора рівня 6,5 В відкривається діод V13 і струм з виходу інтегратора починає надходити на другий вхід D2.1 через перехід емітер – колектор транзистора VI2. При досягненні потенціалу иа вході 2 D2.1, відповідного порогу спрацьовування, тригер перекидається, і на виході D2.2 рівень напруги знову стає високим У схемі виникають незгасаючі коливання трикутної і прямокутної форми. Прямокутні коливання подаються на вихід через інвертор D2.3. Трикутне напруга знімається з виходу інтегратора через буферний емітерний повторювач, зібраний на транзисторі V7, і розв’язує регістр R20. Інвертор D1.2 в даному випадку виконує роль джерела струму в ланцюзі емітера транзистора V7, що забезпечує високу лінійність і великий динамічний діапазон буферного каскаду. Зміна частоти коливань всередині піддіапазону здійснюється зміною струму колектора транзистора V2, а частоту поддиапазона – перемиканням ємностей С2-С6.

Керований джерело струму зібраний на транзисторах VI і V2 за схемою складеного емітерного повторювача, що дозволяє отримати великий вхідний опір. Використання транзисторів з різною провідністю істотно зменшує температурний дрейф на емітер транзистора V2 по відношенню до бази транзистора VI, так як значення потенціалів ділянок база – емітер транзисторів, температурний дрейф яких близько 2 мВ на градус, що є основним джерелом похибки, віднімаються. Напруга управління знімається з потенціометра R3 і через резистор R2 подається на базу транзистора VI. Ця напруга задає емітерний струм транзистора V2. Якщо коефіцієнт посилення по струму досить великий, то його колекторний струм, який є вихідним струмом джерела струму, дорівнює напрузі управління, поділеній на R6 + R 7. (Напруга управління відраховується від рівня +9 В.) Якщо співвідношення опорів резисторів вибрати так, що зміна опору резистора R6 буде міняти загальну суму на ± 10%, то і частота генератора буде змінюватися також на ± 10%. Таким способом здійснюється расстройка частоти в будь-якій точці основної шкали генератора. Величина расстройки відраховується у відсотках по лімбу змінного резистора R6. Частотна модуляція генератора здійснюється подачею на вхід XI (вхід ЧМ) модулюючого напруги. Складався з напругою управління, модулюючий сигнал відповідним чином змінює струм джерела струму і, отже, частоту генератора. Так як постійна складова модулюючим Частоти не проходить на базу транзистора VI, то хитання частоти здійснюється симетрично щодо частоти, встановленої по лімбу потенціометра R3 (за умови, що модулирующая частота має вісь симетрії, що, як правило, завжди виконується). Глибина модуляції ЧМ в межах від 0 до максимального значення поддиапазона (Приблизно в 50 разів) змінюється потенціометром R1.

Функціональний перетворювач коливань трикутної форми в синусоидальную являє собою інвертується підсилювач з нелінійним зворотним зв’язком. Через резистор R14 з виходу інтегратора на вхід підсилювача надходить симетричне трикутне напруга. Поки різниця між входом і виходом по напрузі менше порога відкривання діодів V8 і V9 (приблизно 0,5 В), він працює як лінійний підсилювач Як тільки напруга на діодах стане більше 0,5 В, вони починають відкриватися і шунтировать резистори R17 і R18 і коефіцієнт посилення зменшується. Так як характеристика діода при малих значеннях струму близька до логарифмічною, а форма синусоидальной кривої в її верхній і нижній частинах також близька до логарифмічною, то і напруга на виході підсилювача мало відрізняється від синусоїдального. Необхідно відзначити, що коефіцієнт гармонік синусоїдального сигналу залежить від режиму роботи підсилювача, коефіцієнт гармонік стає мінімальним прн використанні в режимі обмеження логарифмічного ділянки ВАХ діодів. На вищих частотах діапазону на спотворення форми синусоїдального сигналу починає позначатися швидкодію діодів. У діодів Д105 виявилося досить великий опір у відкритому стані. Діоди Д223А мали недостатня швидкодія на частотах, близьких до 300 кГц. Найбільш відповідними за формою ВАХ і іншим характеристикам виявилися діоди КД522А. Режим роботи функціонального перетворювача встановлюється резисторами R16 і R18. Першим підлаштовують симетрію обмеження, другий – коефіцієнт посилення підсилювача, або, що те ж саме, рівень обмеження трикутного напруги Амплітуда синусоїдального сигналу регулюється змінним резистором R21 Його максимальний розмах становить приблизно 1 В (300 мВ еф). Бажано використовувати потенціометр із залежністю типу В, що значно полегшує установку малих значень вихідної напруги.

Харчується функціональний генератор від вбудованого стабілізованого блоку живлення (рис. 2). Особливістю блоку живлення є те, що мережевий трансформатор працює в режимі трансформатора струму, значення якого нормується ємністю С1 + С2. Це дозволяє застосувати трансформатор з максимально допустимим вхідною напругою близько 70 В і, отже, істотно знизити число витків первинної обмотки трансформатора і його габарити. Резистор R1 служить для розряду конденсаторів С1 і С2 прн відключенні приладу від мережі, а резистор R2 обмежує струм включення. Використання баластного конденсатора замість резистора має ряд переваг. Конденсатор практично не витрачає активну потужність і, отже, не нагрівається Він краще стабілі-

зірует струм навантаження і тим самим покращує коефіцієнт стабілізації параметричного стабілізатора, утвореного вихідним опором трансформатора та стабілітроном V5. При короткому замиканні виходу стабілізатора ток наростає менше, ніж при використанні баластного резистора. Стабілітрон V7 і транзистор

V6, що працюють з режимі джерела струму, утворюють джерело опорного напруги. Особливістю схеми джерела струму є наявність резистора R4. Якщо відношення R3 і R4 зробити рівним відношенню диференціального опору діода V8 до опору R5, то при зміні напруги на виході випрямляча різниця потенціалів ділянки емітер – база транзистора V6 не змінюється і, отже, струм джерела струму стає незмінним Температурна залежність знижена за рахунок часткової компенсації дрейфу напруги емітер – база транзистора V6 діодом V8. Інша частина схеми звичайна, не має особливостей. Діод V10, забезпечує температурну компенсацію напруги емітер – база транзистора V9 Джерело живлення не боїться короткого замикання навантаження і ие вимагає спеціального захисту.

Конструкція генератора наведена на рис. 3, а-б. Як видно з малюнка, конструкція блоку складається з однакових (за розмірами) передньої і задньої панелей, з’єднаних між собою за допомогою двох стяжок з Т-подібного алюмінієвого профілю, і двох однакових кришок. Панелі та кришки виготовлені з алюмінію. Перед-

Рис. 4

няя панель обклеєна шаруватим декоративним пластиком за допомогою епоксидного клею. На передній панелі укріплені тільки фіксатори положення лімбів змінних опорів. Всі інші елементи управління – Перемикач діапазонів, змінні опору – укріплені на допоміжній панелі, яка кріпиться до монтажної плати гвинтами за допомогою куточків. Аналогічна конструкція кріплення вимикача мережі, запобіжника і мережевого роз’єму, що виходять на задню панель. Передня і задня панелі кріпляться до стяжкам заклепками за допомогою куточків.

Монтаж генератора і блоку живлення виконаний на окремих платах з фольгованого склотекстоліти товщиною 2 мм. Розташування деталей і монтажні схеми плат наведено на рис. 4. Можна використовувати й інший НЕ фоліроз енний ізоляційний матеріал, так як фольга використовується тільки як загальний провід. У місцях розташування деталей вона вилучена, а монтаж ведеться неізольованим лудженим проводом діаметром 0,3 мм з використанням ізоляційного кембрика в місцях перетинів.

У генераторі використані наступні деталі: постійні резистори типу МЛТ, МТ, конденсатори К50-16, К50-6, МБМ, КМ-4, КТ; підлаштування резистори типу СПЗ-27а; змінні резистори R1 і R21 типу СПЗ-З аМ, R3 – ПТП-11, R6 – ППЗ-41; тумблер мережі – МТ-1; перемикач діапазону S1 галетний тіпа5П2НПМ; трансформатор Т1 уніфікований типу БТК (магнітопровід погано 15, обмотка I має 2600 витків, обмотка II – 1300 витків дроту ПЕЛ-2 0,08 мм).

Налагодження приладу починається з перевірки блоку живлення. Підключивши мережу і .отключів вихід +9 В, перевіряють напругу на конденсаторі СЗ. Воно має дорівнювати 13 … 15 В, а струм через стабілітрон V5 при напрузі мережі 220 В не менше 36 мА. Далі перевіряють вихідну напругу. При необхідності його підлаштовують в бік зменшення – заміною діода VI0 з меншим падінням напруги, наприклад КД522А, або заміною стабилитрона V7, якщо напруга менше заданого, то установкою резистора невеликого опору послідовно з діодом VI0. Потім перевіряють блок під навантаженням, підключивши на вихід резистор 300 Ом. Вихідна напруга має зменшитися не більше ніж на 0,1 В, а на стабілітроні V5 не більше ніж на 1 В. Настройку генератора починають з підбору опорів резисторів R22 і R24. Першим встановлюють напруга на контакті 14 D1, рівним 4,5 В, другий – на контакті 14 D2 – 5 В. Для подальшої настройки необхідний осцилограф, наприклад Н313. Змінний резистор R2 встановлюють у положення, при якому частота максимальна (нижнє за схемою), а перемикач S1 – в будь-яке положення, але краще починати перевірку на середніх частотах, наприклад, відповідних підключеному конденсатору С4. Осцилограф підключають до гнізда ХЗ і перевіряють наявність трикутних коливань. Потім осцилограф підключають до гнізда Х2 і підстроюванням резистора R11 добиваються симетрії прямокутного напруги (рівності по тривалості позитивного і негативного напівперіодів). Резистор R2 встановлюють в положення, відповідне мінімальної частоті діапазону (крайнє верхнє за схемою), і домагаються симетрії сигналу підбором резистора R10. Слід відзначити, що опір резистора R10, що визначає струм зміщення транзистора V6, може дуже сильно відрізнятися від зазначеного на схемі (7,5 МОм), аз деяких випадках резистор R10 може виявитися непотрібним. Регулювання функціонального перетворювача здійснюють резисторами R16 і R18, контролюючи форму сигналів на гнізді Х4. Резистором R16 встановлюють симетрію обмеження, а резистором R18 – поріг обмеження по найкращій формі синусоїдального сигналу. Далі перемикач діапазонів S1 встановлюють в положення, при якому підключений конденсатор С2, а резистор R3 – з крайнє нижнє, і перевіряють частоту сигналу. Змінним резистором R6 встановлюють її значення, рівне 30 Гц, і відзначають на лімбі “Расстройка” 0. Обертаючи ручку “Расстройка” за годинниковою і проти годинникової стрілки, перевіряють величину зміни частоти. Запасу регулювання потенціометра R6 повинно вистачати для зміни частоти не менше ніж на ± 10%. Якщо регулювання в одну зі сторін недостатньо, то необхідно дещо змінити значення резистора R 7. Після цього перевіряють роботу генератора на інших піддіапазонах. Суміщення шкал поддиапазонов домагаються підстроюванням ємностей СЗ ~ С6 на найвищій частоті піддіапазону. Роботу генератора в режимі ЧС зручно перевіряти за осцилограф, підключивши його до виходу Х2 в режимі чекає розгортки при внутрішній синхронізації. При подачі на вхід ЧМ сигналу (наприклад, 50 Гц) спостерігається розпливчастий задній фронт прямокутного сигналу, величина якого пропорційна амплітуді модуляционного сигналу. Необхідно зазначити, що сума амплітуди модуляционного сигналу і сигналу управління не повинна перевищувати межі зміни сигналу управління, що знімається з потенціометра R3, інакше генератор “вийде” з лінійного режиму. Чим більше частотна девіація, тим менше діапазон установки центральної частоти. При максимальній девіації лімб зміни частоти повинен бути встановлений в середнє положення.

Джерело: Конструкції радянських і чехословацьких радіоаматорів: Зб. статей. – Кн. 3. – М .: Радио и связь, 1987. – 144 с .: іл. – (Масова радиобиблиотека; Вип. 1113)