Функциональный генератор

Функциональные генераторы относятся к измерительным приборам, вырабатывающим сигналы различных форм, т. е. различные «функции»: синусоидальную, треугольную, прямоугольную, пилообразную, ступенчатую, экспоненциальную, трапецеидальную и другие. Простейший функциональный генератор содержит замкнутые в кольцо интегратор и компаратор, образующие колебательную систему, генерирующую сигналы треугольной и прямоугольной формы. Из сигнала треугольной формы с помощью преобразователя напряжения «треугольник-синус» формируется сигнал синусоидальной формы.

Сигналы прямоугольной формы используются в практике радиолюбителя для контроля динамических характеристик

усилителей звуковой частоты и других низкочастотных устройств, а также для настройки цифровых устройств. Исследование низкочастотных устройств с помощью сигналов треугольной формы зачастую заменяет радиолюбителям сложные и дорогостоящие анализаторы спектра и селективные вольтметры. Дело в том, что незначительные искажения треугольного сигнала хорошо видны на экране осциллографа. Если воспользоваться испытательным сигналом синусоидальной формы, то визуально можно рассмотреть лишь искажения, имеющие коэффициент гармоник более 6…7%. В то же время на экране осциллографа можно невооруженным глазом увидеть такое искажение треугольной формы сигнала, которое эквивалентно коэффициенту гармоник порядка 1% сигнала синусоидальной формы.

Если не ставить целью получение синусоидального сигнала, схема генератора упрощается. Принципиальная схема прибора показана на рис. 9.8 и представляет собой генератор, управляемый напряжением. Генератор выполнен на микросхеме DA1, содержащей два ОУ. На DA1.1 выполнен интегратор, а на DA1.2 — компаратор. Плавное изменение частоты производится резистором R1, а дискретное — путем переключения конденсаторов С1—СЗ интегратора. Диапазон частот генератора от 20 Гц до 20 кГц разбит на три поддиапазона, которые устанавливают переключателем SA1.

Зарядка конденсатора интегратора осуществляется током

при этом на выходе (вывод 8 DA1.1) формируется линейно нарастающее напряжение. При достижении уровня переключения компаратора DA1.2, равного

последний переключается, в результате чего открывается транзистор VT.1 и конденсатор начинает разряжаться, а на выходе интегратора формируется линейно падающее напряжение. При достижении уровня

компаратор переключится в первоначальное состояние. Далее процесс продолжается в той же последовательности, а на выходе интегратора DA1.1 образуется сигнал треугольной формы. Через разделительный кбнденсатор С4 и резистор R9 он поступает на переменный резистор R10 и далее с его движка на гнездо XS2. Подбором резистора R9 устанавливают максимальное напряжение треугольного сигнала, равное 1… 1,5 В.

На выходе компаратора DA1.2 (вывод 6) получаются колебания прямоугольной формы, которые поступают на усилитель мощности — двухтактный эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторах VT2, VT3. С усилителя мощности через разделительный конденсатор С8 прямоугольные импульсы поступают на переменный резистор R18, а с его движка на выход — гнездо XS1. Включение двухтактного эмиттерного повторителя позволяет снимать прямоугольные импульсы постоянной амплитуды с выхода компаратора и увеличивает быстродействие генератора. Диоды VD1, VD2 задают смещение на базах транзисторов VT2, VT3 соответственно.

Частота генерируемых колебаний прибора определяется по формуле

где частота указана в Гц, С — емкость подключенного частотозадающего конденсатора, мкФ, Uri — напряжение на движке переменного резистора R1, В, Un — напряжение питания устройства, В. Достоинством схемы является то, что частота не зависит от величины питающего напряжения, поскольку делитель Rl, R2 подключен к тому же источнику питания. В результате напряжение на нем будет изменяться пропорционально изменению питающего напряжения. В то же время перекрытие по частоте зависит от напряжения питания и желательно, чтобы оно было стабилизированным.

Основная часть деталей генератора смонтирована на печатной плате (рис. 9.9) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5..2 мм. Транзистор VT1 может быть любой серии КТ3102. Конденсаторы С1—СЗ типа К71, К73, К78, С4, С5, С8 — Ё50-35, К50-38, остальные К10-17, КД, КТ, КЛС. Переменные резисторы СП4, СП, СПО, постоянные МЛТ, С1-4, С2- 33. Переключатель — любой малогабаритный на 3 положения и 2 направления.

На передней панели прибора размещают переменные резисторы и гнезда. Для удобства пользования ручки переменных резисторов желательно снабдить шкалами.

При налаживании прибора, возможно, придется подобрать сопротивление резистора R2, чтобы обеспечить частоту генератора в первом поддиапазоне, равную 20 Гц. Движок переменного резистора R1 должен находиться в нижнем по схеме положении. Частоты поддиапазонов устанавливают подбором конденсаторов С1—СЗ. Максимальную амплитуду треугольного напряжения выставляют подбором резистора R9.

Частотные свойства ОУ позволяют увеличить диапазон рабочих частот генератора до 200 кГц. Если необходим такой диапазон, изменяют величины частотозадающих элементов. Например, можно ввести дополнительный поддиапазон, добавив еще один конденсатор Сдоп и изменить параметры частотозадающих цепей следующим образом: R3 = 22 кОм, R6 = 11 кОм, С1 = 0,22 мкФ, С2 = 0,022 мкФ, СЗ = 2200 пФ, Слоп
= 220 пФ.

Рис. 9.9. Печатная плата и размещение деталей функционального генератора

Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником / В. В. Мосягин