Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Генераторы на ОУ: мультивибраторы | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Прошлая статья была посвящена компараторам и триггерам Шмитта на операционных усилителях. Я упоминал, что они служат основой для построения различных видов генераторов колебаний. Среди всех типов генерируемых сигналов можно выделить четыре основных формы импульса: прямоугольная, треугольная, пилообразная и синусоидальная. В соответствии с этими формами импульса получили названия и генераторы сигналов.

Принцип построения импульсных генераторов на ОУ

В предыдущих статьях я рассказывал об импульсных генераторах с различной формой импульсов, выполненных на транзисторах. Для простых устройств их, возможно, применять, но для создания сложных устройств с регулировкой различных параметров их схемы оказываются неоправданно трудоёмкими в настройке и разработке. Поэтому для упрощения схемотехнической реализации применяют генераторы импульсов в основе, которых лежат операционные усилители.

В общем случае для получения импульсов различной формы требуется замкнутая система, которая состоит из трёх основных частей: интегратора, компаратора и логической схемы.



Блок-схема генератора колебаний различной формы.

Хотя схема состоит из трех частей, но довольно часто в простых генераторах применяют один-два операционных усилителя. Для повышения гибкости и универсальности схем генераторов можно добавлять дополнительные ОУ.

Первой рассматриваемым генератором будет мультивибратор, то есть генератор прямоугольных импульсов.

Автоколебательный мультивибратор на ОУ

Автоколебательный мультивибратор или просто мультивибратор называют генератор прямоугольных импульсов. В его основе лежит триггер Шмитта или компаратор с гистерезисом, но в отличие от триггера напряжение в мультивибраторе формируется интегрирующей цепочкой R1C1. Ниже приведена схема мультивибратора на ОУ



Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе.

Данный мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, который охвачен положительной обратной связью через резисторы R2R3 и отрицательной обратной связью при помощи интегрирующей цепочки R1C1.

Рассмотрим работу мультивибратора. В основе работы мультивибратора лежит триггер Шмитта, который создается ПОС при помощи резисторов R2R3. Так как опорное напряжение триггера равно нулю, то напряжение верхнего порогового уровня будет равно


24052016012405201601

а нижнего порога переключения триггера


24052016022405201602

Таким образом, в момент подачи питания конденсатор полностью разряжен, то есть на инвертирующем входе ОУ напряжение равно нулю. В тоже время на выходе ОУ, вследствие неидеального ОУ, присутствует некоторое положительное напряжение, часть которого через ПОС R2R3 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Далее происходит усиление этого напряжения и на выходе ОУ происходит дальнейший рост напряжения.

Напряжение с выхода ОУ поступает также через цепочку R1C1, но вследствие того, что интегрирующая цепочка задерживает сигнал, то рост напряжения на конденсаторе С1, а следовательно и на инвертирующем входе будет происходить медленнее, чем на неинвертирующем. И в результате разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входе будет расти, а следовательно будет происходить рост выходного напряжения.

В некоторый момент времени напряжение на конденсаторе UC (а также на инвертирующем входе) достигнет напряжения верхнего порогового уровня UВП триггера Шмитта и выходное напряжение UВЫХ скачком станет равным отрицательному напряжению насыщения UНАС-. В результате чего ток через резистор R1 изменится на противоположный, а конденсатор С1 начнёт разряжаться. Разряд конденсатора будет происходить до напряжения нижнего порога переключения UВП триггера. После этого также скачкообразно произойдёт переключение выходного напряжения с отрицательного насыщения к положительному напряжению насыщения UНАС+ триггера Шмитта. Данные переключения иллюстрирует график расположенный ниже



График напряжений в мультивибраторе: на выходе мультивибратора (верхний) и на конденсаторе С1 (нижний).

Частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянной времени интегрирующей цепочки R1C1, а также от ширины петли гистерезиса и в общем случае определяется следующим выражением


24052016032405201603

Не трудно заметить, что при


24052016042405201604

В случае равенства сопротивлений резисторов в цепи ПОС R2 и R3 соотношения будут выглядеть следующим образом


2405201605
2405201605

Улучшение параметров мультивибратора

Стабильность частоты амплитуды генерирования простого мультивибратора, изображённого в начале статьи, во многом определяется стабильностью характеристик насыщения операционного усилителя, поэтому для улучшения параметров выходных импульсов (длительности и амплитуды) необходимо обеспечить стабильность амплитуды выходных импульсов и постоянной времени цепочки R1C1. Ниже приведена схема мультивибратора, в которой сведены к минимуму недостатки предыдущей схемы.



Улучшенная схема мультивибратора.

В данной схеме мультивибратора введены дополнительные элементы: входные резисторы R1 и R3, повышающие входное сопротивление ОУ и двухсторонний параметрический стабилизатор R4VD1VD2, стабилизирующий амплитуду выходных импульсов. Введение резисторов R1 и R3 связано с тем, чтобы увеличить входное сопротивление ОУ, так как они снабжены защитой по входам при больших дифференциальных сигналах. Их величина выбирается на порядок больше, чем сопротивление резисторов R5 и R6 и имеет порядок сотен килом.

Ещё большего улучшения параметров мультивибратора можно добиться, если резистор в интегрирующей RC цепочке заметить транзисторным генератором тока.

Если ставится задача получения несимметричного мультивибратора, то резистор в цепи ООС заменяется двумя параллельными диодно-резисторными цепями, что изображено на рисунке ниже



Схема несимметричного мультивибратора на операционном усилителе.

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Ждущий мультивибратор в отличие от автоколебательного на выходе формирует одиночный импульс под действием входного сигнала, причём длительность выходного импульса зависит от номиналов элементов обвязки операционного усилителя. Схема ждущего мультивибратора показана ниже



Схема ждущего мультивибратора (одновибратора) на операционном усилителе.

Ждущий мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, цепи ПОС на резисторах R4R5, цепи ООС VD1C2R3 и цепи запуска C1R1VD2.

Цикл работы ждущего мультивибратора можно условно разделить на три части: ждущий режим, переход из ждущего режима в состояние выдержки и непосредственно состояние выдержки. Рассмотрим цикл работы мультивибратора подробнее.

Ждущий режим является основной и наиболее устойчивой частью цикла работы данного типа мультивибратора, так как самопроизвольно он не может перейти в следующие части цикла работы ждущего мультивибратора. В данном состоянии на выходе мультивибратора присутствует положительное напряжение насыщения ОУ (UНАС+), которое через цепь ПОС R4R5 частично поступает на неинвертирующий вход ОУ, тем самым задавая пороговое напряжение переключения мультивибратора (UПП), которое определяется следующим выражением


24052016062405201606

На инвертирующем входе ОУ присутствует напряжение, которое задаётся диодом VD1 (в случае кремневого диода напряжение примерно равно 0,6 – 0,7 В), то есть меньше порога переключения мультивибратора. При данных условиях ждущий мультивибратор может находиться неограниченно долгое время (до тех пор, пока не поступит запускающий импульс).

Переход из ждущего режима в состояние выдержки, является следующей частью цикла работы ждущего мультивибратора и начинается после того, как на вход поступит импульс отрицательной полярности, амплитуда которого превысит двухкратное значение напряжения переключения ждущего мультивибратора. То есть минимальная амплитуда входного напряжения (UВХ min) должна быть равна


24052016072405201607

В этом случае напряжение порога переключения ждущего мультивибратора понизится и станет меньше, чем напряжение падения на диоде VD1. Далее произойдёт лавинообразный процесс переключения выходного напряжения и на выходе установится напряжение отрицательного насыщение ОУ (UНАС-) и ждущий мультивибратор перейдёт в состояние выдержки. При выборе номиналов элементов входной цепи C1 и R1 надо исходить из того, что конденсатор С1 должен полностью разрядиться за время действия входного импульса, то есть постоянная времени цепи C1R1 должна быть на порядок (в десять раз) меньше длительности входного импульса.

Заключительная часть цикла работы ждущего мультивибратора является состояние выдержки. В данном состоянии на неинвертирующий вход поступает часть напряжения с выхода мультивибратора, тем самым задавая пороговое напряжение перехода мультивибратора в ждущий режим. В тоже время выходное напряжение через цепь ООС C1R1 поступает на инвертирующий вход и открывает диод VD1, через который начинает разряжаться конденсатор С1. После разряда конденсатора С1 до 0 В происходит его зарядка через резистор R1 до напряжения перехода мультивибратора в ждущий режим. После чего схема переходит в исходное состояние и на выходе устанавливается напряжение положительного насыщения ОУ (UНАС+). Длительность состояния выдержки и непосредственно формируемого выходного импульса определяется временем зарядка конденсатора С1 через резистор R1 и в общем случае определяется следующим выражением


2405201608
2405201608

Так как ждущий мультивибратор имеет только одно устойчивое состояние, то за ним закрепилось название одновибратора.

Для того чтобы одновибратор вырабатывал положительные импульсы при положительных управляющих входных сигналах необходимо изменить полярность включения диодов VD1 и VD2.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

www.electronicsblog.ru

Функциональный генератор

Функциональный генератор назван так не потому, что он хорошо выполняет свою функцию (хотя если он собран качественно, так оно и будет), а потому, что он генерирует сигналы, соответствующие по форме графикам различным математическим функций. Например: прямоугольные, треугольные, синусоидальные. Предлагаемый вариант такого генератора, который придумал автор Instructables под ником The_Technocrat, работает в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Он облегчает проверку и настройку звуковых усилителей, устройств на логических микросхемах, драйверов двигателей, преобразователей напряжения и многого другого. Самый быстрый и проверенный способ построить функциональный генератор - применить в нём специализированную микросхему, в данном случае типа IC8038:

Диапазон частот генератора разбит на четыре поддиапазона, смена которых производится переключением конденсаторов. На трёх выходах микросхема с обвязкой вырабатывает сразу три сигнала различных форм, каждый из которых можно подать на расположенный на той же плате усилитель (LF351N). Четвёртый режим соответствует пропусканию прямоугольных импульсов через диод, чтобы проходила только одна полуволна - полезно при проверке устройств с цифровыми микросхемами.


Выбранные разработчиком DIP-переключатели для поставленной цели неоптимальны: если случайно выбрать более одного выхода, они окажутся замкнуты друг на друга, а соединять между собой выходы, уровни на которых отличаются, нельзя. Это может вызвать перегрев микросхемы. Лучше взять галетные переключатели.

Переменные резисторы служат для плавных регулировок: R1 - частоты, R2 - скважности прямоугольных импульсов (при генерации сигналов других форм его надо устанавливать в среднее положение), R5 - амплитуды. Подстроечные резисторы R3 и R4 позволяют уменьшить искажения для минимума при генерации синусоиды.

Работу над генератором мастер начинает с составления чертежа печатный платы. Получилось вот что:

Но по одной такой картинке плату не изготовить (она нужна, скорее, для справки по размещению компонентов, если вы заказали плату без шелкографии), поэтому для желающих повторить конструкцию The_Technocrat выложил Gerber-файлы. Можно также изготовить печатную плату самостоятельно ЛУТом или собрать генератор на макетной плате. Всё зависит от ваших возможностей и предпочтений. Разработчик получил вот что:

На плату мастер устанавливает все детали согласно подсказке на шелкографии или картинке выше. Микросхемы, во избежание их перегрева, лучше устанавливать после остальных компонентов. После этого на выход устройства он подключает осциллограф, а на вход - двуполярный 12-вольтовый источник питания. Выбрав какую-нибудь частоту или амплитуду, он первым делом выбирает режим генерации синусоиды, чтобы настроить подстроечные резисторы и больше их не трогать. Выставляет регулятор скважности в промежуточное положение, но несмотря на это, на экране - не совсем синусоида:

При помощи уже упомянутых резисторов R3 и R4 он добивается от синусоиды правильной формы. Результат не показывает, но я ему почему-то верю. На очереди - меандр:

Мастер вращает ось резистора R2 и получает вместо меандра прямоугольные импульсы различной скважности:

Осталось проверить режим генерации треугольных импульсов:

Внимание: на транзисторы, работающие в ключевом режиме и не имеющие теплоотводов, нельзя подавать с генератора управляющие сигналы никаких других форм, кроме прямоугольной. Скважность при этом можно менять и получать ШИМ.


Убедившись, что генератор работает, The_Technocrat изготавливает для него отдельный двуполярный стабилизированный БП (схему приводить нет смысла, там 7812 и 7912 и всё до боли стандартно):

С обратной стороны:

Затем берёт кусок оргстекла и устанавливает на него платы БП и генератора, чтобы они всегда были вместе, как попугаи-неразлучники:

Если устройство не работает, мастер советует проверить, какая часть виновата: генератор или усилитель. Сам он предпочитает проверять в направлении от выхода: смотрим, есть ли сигнал на выходе усилителя, если нет, перемещается к выходу генератора, или к входу усилителя, что одно и то же. Нет сигнала и там - не работает генератор. Есть - проблема в усилителе. Возможна проверка и в обратном направлении: осциллограф или наушники оставляем на выходе, а точки соединения выхода генератора с входом усилителя касаемся, чтобы получить наводку. Если до этого была тишина, а теперь появился фон, дело в генераторе. Ничего не изменилось - в усилителе. Обоими способами можно также проверить точки соединения в цепочке генератор-переключатель-резистор-усилитель. Неисправность локализована, и понятно, правильность сборки какого узла (и исправность какой микросхемы) надо проверять.


Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Схема автогенератора прямоугольных импульсов на ОУ

   На Рис.1 приведена блок-схема электронного автогенератора прямоугольных импульсов на операционном усилителе ( ОУ ).
   Автогенераторный процесс в схеме генератора осуществляется благодаря имеющейся в ней положительной обратной связи, подаваемой с выхода ОУ на его неинвертирующий вход ( + ), при наличии слабой отрицательной обратной связи, подаваемой с выхода ОУ на его инвертирующий вход ( – ). При этом конденсатор С1 перезаряжается через резистор R1 выходным напряжением ОУ

  Когда напряжение на выходе ОУ достигает максимального уровня, конденсатор С1 заряжается до напряжения, равного критическому напряжению на инвертирующем входе, напряжение на выходе ОУ почти мгновенно уменьшится до минимального значения. Затем конденсатор начнёт перезаряжаться. Когда отрицательное напряжение на нём сравнится с напряжением на неинвертирующем входе, напряжение на выходе ОУ достигнет максимального уровня.

  Процесс автоколебаний происходит с частотой, определяемой по формуле

     f= 0,23/(C1 х R1 x lg (1 + 2R3/R2)),

 где ёмкость конденсатора выражена в фарадах, сопротивление резисторов – в Омах, частота – в Гц. 

    Номинальные значения внешних компонентов генератора можно выбирать в пределах R1 и R2 от 3 до 10 кОм; отношение R3/R2 = от 0,5 до 10; С1 = 0,01 – 0,1 мкФ.

источник: В. С. Майоров, С. В. Майоров. “УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ЛАМПАХ, ТРАНЗИСТОРАХ И МИКРОСХЕМАХ”, “Библиотека киномеханика”, Москва, “ИСКУССТВО”, 1982, стр.135

Похожее

admarkelov.ru

Простой универсальный функциональный генератор ГА71

РадиоКот >Конкурсы >Поздравь Кота по-человечески 2019! >

Простой универсальный функциональный генератор ГА71

Итак, опять функциональный генератор. Как и многие другие, в очередной раз столкнувшись с его надобностью, начал смотреть описания различных конструкций. Попадались достойные варианты, но в каждом что-то не устраивало. Поэтому решился объять необъятное и сделать свой, с Блэк Джеком и шлюх.. преферансом и поэтессами. Ну и как каждый мужик должен посадить дерево, построить дом и вырастить сына, каждый настоящий радиолюбитель должен сделать цветомузыку, радиоприемник и функциональный генератор.

Идея была создать максимально полезный прибор, который бы не пылился на полке, а был постоянным помощником на рабочем столе, занимая немного места. Сделать прибор максимально универсальным, но остаться в рамках разумного компромисса между сложностью и количеством функций и режимов. Сделать интерфейс прибора наглядным и интуитивно понятным, на родном языке, не требующим для работы чтения и запоминания вороха инструкций. Без бесконечных меню с одной стороны или леса ручек и кнопок с другой. На приборе должно быть удобно регулировать во время работы именно те параметры, которые требуются. По возможности конструкция не должна требовать настройки, состоять из дешевых и распространенных компонентов, простых в монтаже. Схемотехника с одной стороны не должна содержать дорогих компонентов типа DDS от аналоговых девиц, с другой не иметь дедовских матриц R-2R на дискретных резисторах. И вот после многих проб, ошибок и экспериментов по удовлетворению этих противоречивых требований, родился прибор, который выносится на суд общественности.

Участие в конкурсе определило основные моменты, на которые делался упор при проектировании прибора:
- простота изготовления, повторяемость, относительная дешевизна.
- максимум функциональности используемого железа, удобство использования.

Главные отличия от многочисленных собратьев:
- гибкий и простой интерфейс управления. Три функционально равнозначных регулятора (энкодера), которыми можно управлять любыми параметрами выходных сигналов, одним или сразу несколькими, в любых мыслимых комбинациях и вариантах в реальном времени. Например управление частотой одного выхода сразу двумя энкодерами, но с разным шагом. Или управление одним энкодером длительностью импульсов на разных входах и с противоположным знаком. Возможности ограничены только фантазией оператора.
- наличие большого количества выходов, на которых формируемые сигналы присутствуют всегда, независимо от режима работы прибора. Имеются несколько групп выходов: два аналоговых (А, Б), два импульсных (В, Г), три высокочастотных (Д, Е, Ж) выхода, вход внешнего запуска и измерения сигнала (У), а так же последовательный порт (UART). Выходы одной группы позволяют формировать взаимозависимые сигналы (модуляция, двухканальный ШИМ и т.д.).
- большое количество функций и вариантов применения для достаточно скромного размера. В том числе уникальных, например тестирование каналов передачи данных по последовательному порту с подсчетом количества ошибок и плавной регулировкой скорости для нахождения ее правильного значения в неизвестном потоке.
- легкость повторения. Не смотря на применение в конструкции микроконтроллера, прибор сможет повторить человек, вообще не знакомый с программированием или прошивкой микроконтроллеров. Для этого предусмотрена возможность прошить микроконтроллер без каких-либо программаторов или адаптеров, достаточно скачать свободно распространяемую утилиту на любой компьютер, стандартным шнурком подключить прибор к USB-разъему компьютера и выполнить пошаговую инструкцию.
- широкие возможности для конфигурирования под особенности конкретного железа (энкодеры, частоты внутренних преобразователей, делители напряжения обратных связей, частота кварца и т.д.).

Основные характеристики прибора:
Напряжение питания: постоянное, стабилизированное, .
Ток потребления в покое: 180мА.
Индикация: TFT дисплей 2.4d, 320х[email protected].
Управление: 3 функционально равнозначных энкодера с нажатием (разного цвета).
Выходы/входы: 8/2.
Подключения: нажимные клеммники с шагом 2.54мм.
Размеры: 130х95х45мм.
Вес: 170г.

Аналоговые выходы А, Б:
Выходной сигнал (с плавной настройкой формы -99%...0%...+99%):
- синус, с возможностью убрать или "выгнуть"(зеркально отразить) в противоположную сторону одну или другую полуволну периода.
- треугольник, с возможностью "заваливания" до правой или левой пилы.
- меандр, с возможностью введения участков со средним (третьим) уровнем между периодами или полупериодами сигнала.
- прямоугольник, с регулировкой скважности.
- кубическая парабола (y=x^3), с возможностью убрать или "выгнуть"(зеркально отразить) в противоположную сторону одну или другую полуволну периода.
- трапеция, с настройкой от меандра до треугольника.
- конус, с настройкой от треугольника до "игл" вверх или вниз.
Комбинирование сигнала на выходе Б:
- генерация суммы сигналов выхода А и канала Б (А + Б).
- генерация произведения сигналов выхода А и канала Б (А * Б).
- амплитудная модуляция выходом А канала Б (А ам Б), глубина 0...100%.
- частотная модуляция выходом А канала Б (А чм Б), макс.девиация от f/8 до f.
- генерация белого шума.
Частотный диапазон: 0.1Гц...100кГц, с шагом от 0.1Гц.
Регулировка фазы: -360...+360 градусов, в том числе для кратных частот.
Размах (пик-пик), независимо на каждом выходе: 0...10В.
Выходной ток усилителей: до 80мА.
Смещение: фиксированное, половина размаха.
Коэффициент нелинейных искажений синуса THD 1кГц/9В@100R: 0.03% (Visual Analyser).

Импульсные выходы В, Г:
Форма выходного сигнала: прямоугольник.
Амплитуда, независимо на каждом выходе: 4...13В.
Диапазон формируемых интервалов: 40нс...40сек с шагом от 10нс.
Количество вариантов (схем) запуска последовательности импульсов: 12.
Запуск: автоматический, внешний по фронту, по спаду, по фронту и спаду.
Время нарастания/спада на нагрузке [email protected]нФ, 12В: 30/30нс.

Высокочастотные выходы Д, Е, Ж:
Форма выходного сигнала: меандр.
Частотный диапазон: 4кГц...225МГц, с шагом 1Гц.
Амплитуда на нагрузке 50 Ом: 3.3В.
Выходной импеданс: 50 Ом.

Вход У:
Функции (одновременно):
- внешний запуск последовательности на импульсных выходах.
- измерение размаха переменного напряжения.
- измерение среднего значения переменного напряжения.
- измерение максимального значения напряжения.
Частота дискретизации при измерении: 256кГц.
Длина окна выборок при измерении: 130мс.
Диапазон измеряемого напряжения: 0..3.3В.
Порог срабатывания компаратора запуска последовательности: 1.23В.
Максимальное входное напряжение: 15В.
Входное сопротивление: 20кОм.

Узел последовательного порта:
Формат выходного/входного потока: 8N1/8Nx.
Скорость потока: стандартный ряд с плавной подстройкой 0.3...2400кбод.
Содержимое выходного потока: фиксированный, инкремент, случайный.
Отображаемый на дисплее приемный буфер: кольцевой, 96 байт.
Вид отображения принимаемых данных: HEX и ASCII (с кирилицей).
Выходное напряжение лог."1": 3.3В.
Входное максимальное/пороговое напряжение лог."1": 15В/1.5В.

 

Управление генератором. Для удобства все регулируемые параметры разбиты по смыслу на страницы. Переключения между страницами осуществляется удержанием одного или нескольких энкодеров. Их краткое описание можно увидеть на стартовой информационной странице, которую прибор показывает при включении:

Удержание всех трех энкодеров зеленый+синий+оранжевый вызывает переход в сервисное меню (описание ниже).

Каждый подлежащий регулированию параметр можно отметить одним или несколькими указателями энкодеров соответствующего цвета. Параметры регулируются только на активной в настоящий момент странице. Такой интерфейс управления обладает определенной новизной (по крайней мере похожего автору не встречалось), а все новое частенько идет с трудом, и на сколько он будет удобен для пользователей покажет время. Три энкодера выбраны по причине того, что редко в каких экспериментах и опытах требуется оперативная регулировка более трех параметров сигнала одновременно.

Порядок регулировки:
- когда указатель быстро мигает, он находится в состоянии выбора параметра. В этом состоянии вращением энкодера указатель перемещают на нужный параметр.
- нажатием на энкодер переходят в состояние регулировки параметра, при этом указатель начинает медленно мигать.
- теперь вращение энкодера вызовет регулировку этого параметра.
- при необходимости, нажатием на энкодер можно вновь перейти в состояние выбора параметра и выбрать другой параметр.

Установка нескольких указателей (дубликатов) одного цвета и изменение знака приращения при вращении энкодеров:
- находясь в состоянии выбора параметра, двойное нажатие на энкодер вызовет установку на данном параметре дубликата указателя (не закрашенный прямоугольник).
- повторное двойное нажатие вызовет смену дубликата на инверсный ("минус").
- следующее двойное нажатие снимет дубликат указателя.

При вращении энкодеров в состоянии регулирования по часовой стрелке, будут увеличиваться значения всех параметров на странице, отмеченных указателями и их дубликатами соответствующих цветов. А параметры отмеченные инверсными указателями при этом будут уменьшаться. К сложному на первый взгляд интерфейсу управления, после небольшого времени освоения, быстро привыкаешь. Видео с процессом работы интерфейса тут.

Использованные цвета для подписей на дисплее имеют определенный смысл:
- левый верхний энкодер 1 (зеленый).
- правый энкодер 2 (синий).
- левый нижний энкодер 3 (оранжевый).
- значения, подлежащие регулировке (бирюзовый) и их подписи (белый).
- обозначения выходов (желтый).
- измеренные значения (малиновый).
- вычисленные значения и их подписи (менее яркие).

 

Страница аналоговых выходов А и Б. Килогерцы и герцы частот для наглядности отделены друг от друга пробелами. Сигнал белого шума формируется аппаратно, поэтому регулировка его амплитуды ступенчатая и имеет только 11 уровней. Его смешивание с сигналом с другого выхода (через отдельные внешние резисторы), может оказаться очень полезным для эффективной отладки фильтров и других узлов техники обработки сигналов, цифровой и аналоговой. Из-за ограничений ЦАП микроконтроллера на частотах выше десятков килогерц у треугольного и прямоугольного сигнала ухудшается форма. Из-за известных ограничений алгоритма DDS, резкие перепады сигнала подвержены джиттеру (около 800нс).

В режимах комбинирования Б=А+Б, Б=АхБ, Б=АамБ, Б=АчмБ сигналы обоих каналов участвуют в преобразовании с учетом типа, формы, частоты, фазы и размаха. Результат преобразования отправляется на выход Б. В режимах Б=АамБ и Б=АчмБ сигнал канала А модулирует сигнал канала Б. При этом для Б=АамБ регулировка размаха А изменяет глубину модуляции, т.е. чем больше размах, тем сильнее подавление несущей (глубже модуляция). Для режима Б=АчмБ увеличение размаха А увеличивает девиацию, сдвигая вниз нижнюю границу частоты. Если в этом режиме на канале А установить пилообразный сигнал с периодом в несколько секунд, то получится подобие ГКЧ. Режим Б=АхБ отличается от Б=АамБ тем, что в последнем перемножаемые отсчеты сигналов нулевой (численно) уровень имеют не в нижней части размаха, а в ее середине, это приводит к введению постоянной составляющей в сигнале, равной половине размаха (симметрии). Вообще управляя параметрами обоих каналов в режиме комбинирования, можно формировать очень замысловатые сигналы.

 

Страница импульсных выходов В и Г. Из-за чрезвычайной гибкости этого узла, на первых порах может оказаться сложно настраивать необходимые режимы, например нетривиальные двухканальные схемы ШИМ. В этом случае лучше сначала нарисовать на бумаге желаемые сигналы, определить интервалы требующие регулировки и их величины, а затем выбрать подходящую схему запуска, выставить необходимые значения и разместить маркеры на нужных разрядах нужных величин. Старт интервала t1(t3) всегда приводит к появлению активного уровня на выходе В(Г), а его окончание к появлению пассивного уровня, старт/стоп интервалов t2, t4 не изменяет состояния выходов. Активный уровень может быть логической "1" (напряжение 4-13В), а может быть логическим "0" (0В). Миллисекунды, микросекунды и наносекунды интервалов отделены друг от друга пробелами. Из-за предделителей таймеров МК при больших интервалах минимальный шаг перестройки интервалов t1, t2, t3 становится крупнее. Интервал t4 формируется 32х-разрядным счетчиком, поэтому имеет расширенный диапазон настройки и не имеет увеличения шага на больших длительностях. С выходов можно непосредственно управлять затворами силовых полевых транзисторов. При больших выходных токах в цепях питания драйверов может возникать переходный процесс, искажающий амплитуду импульсов, это происходит из-за программной реализации петель обратной связи преобразователей. Из-за экстремальной простоты схемотехники выходных драйверов у них имеется задержка распространения сигнала (фронт - 220нс, спад - 150нс), это накладывает следующие ограничения: минимальный интервал не может быть короче этих значений, на коротких интервалах увеличивается погрешность их установки, возможен дребезг перепадов (джиттер).

 

Страница высокочастотных выходов Д, Е и Ж. Для высокочастотных выходов сигнал формируется недорогой микросхемой тактового генератора с PLL Si5351A. Мегагерцы, килогерцы и герцы частот для наглядности отделены друг от друга пробелами. Микросхема Si5351A может выдавать на своих выходах только две уникальные частоты выше 100МГц из-за наличия в ее составе всего двух узлов ФАПЧ. Один узел обслуживает выход Д, другой пару выходов Е и Ж. Это означает, что если на одном выходе пары (Е или Ж) установлена частота выше 100МГц, то на другом выходе пары выходная частота может быть либо меньше 100МГц, либо равно частоте первого выхода пары. Настройка сдвига фазы сигнала возможна только на выходах одного узла ФАПЧ, т.е. Е и Ж. Подстройкой статического сдвига и инверсией сигналов можно получить дифференциальные и квадратурные сигналы. Шаг сдвига зависит от выходной частоты.

На трех вышеописанных страницах в нижней строке отображаются результаты измерения по входу У.

 

Страница последовательного порта. В этом узле происходят следующие процессы:
- однократная или автоматическая отправка содержимого выходного буфера. После окончания отправки формируется пауза Т. При заполнении буфера случайными данными или последовательным инкрементом данных, его обновление происходит перед каждой отправкой. Процесс передачи сопровождается отображением качающейся черточки на дисплее.
- прием данных. Прием осуществляется всегда, независимо от передачи. Данные принимаются в кольцевой буфер длиной 1024 байта. На дисплее отображаются последние 96 принятых байт, белым цветом выделяется последний принятый байт.
- подсчет ошибок, переданных и принятых байт. После окончания паузы происходит сравнение выходного буфера с данными, имеющимися на этот момент в приемном буфере, с подсчетом несовпадений значений байт.

Управление на этой странице немного отличается от основного способа, регулируемые параметры жестко привязаны к энкодерам и выделены на экране цветом (значение, галка, двойная галка - поворот, нажатие, двойное нажатие соответственно):
- зеленый энкодер:
- вращение: переключение скорости ступенями (300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 56000, 57600, 115200, 128000, 230400, 256000, 460800, 512000, 921600, 1024000, 1843200, 2048000, 2400000 бод).
- нажатие: сброс счетчиков переданных и принятых байт, а так же количества ошибок.
- двойное нажатие: инвертирование входного и/или выходного сигнала, при этом над символами Tx и Rx при инвертировании соответствующего вывода появляется черточка. При включении инвертирования входного вывода, его подтягивающий потенциал тоже соответственно меняется.

- синий энкодер:
- вращение: выбор длины пакета (1...260, 270...990, 999 байт).
- нажатие: выбор содержимого тестового пакета (0x00, случайный, все символы по порядку, 0x0F, 0xF0, 0x55, 0xFF).
- двойное нажатие: выбор паузы между пакетами (10, 30, 70, 100, 300, 700 мс).

- оранжевый энкодер:
- вращение: плавная подстройка скорости с шагом 0.2% (-49%...+99%). Значение скорости на дисплее соответственно пересчитывается.
- нажатие: старт отправки одного пакета / стоп отправки.
- двойное нажатие: старт автоматической отправки пакета.

 

 

Схемотехника. Основа прибора, это микроконтроллер серии STM32 с архитектурой ARM. Микроконтроллер работает на частоте 75МГц, хоть это и на 3МГц больше заявленной производителем, проблем это не вызывает. Ресурсы ядра, периферии и памяти микроконтроллера задействованы практически полностью. Для написания прошивки использовалась среда Keil uVision, язык программирования Си с использованием библиотеки Standard Peripherals Library (SPL). Для обеспечения одновременного функционирования всех режимов, внутренняя периферия тесно взаимоувязана аппаратно, с широким применением каналов прямого доступа к памяти (DMA) и разграничением по приоритетам. По параллельной шине к МК подключен дисплей. Сигналы с энкодеров МК обрабатывает программно. В микросхеме EEPROM запоминаются значения всех настроек и регулируемых параметров прибора. Для увеличения ресурса, запоминание осуществляется с секундной задержкой. Если EEPROM не запаяна, то при каждом включении настройки будут иметь значения по умолчанию. При включении прибора с нажатыми энкодерами и паузой в несколько секунд происходит восстановление всех настроек по умолчанию.

Сигналы на аналоговых выходах формируются прямым цифровым синтезом (табличный DDS). Частота дискретизации около 1.4МГц, разрядность ЦАП 12 бит, размер таблицы 1024 16-битных ячейки. За идею реализации быстрого алгоритма синтезатора огромное спасибо Neekeetos. Напряжение смещения на аналоговых выходах было выбрано фиксированным, так как по опыту оно почти всегда требуется, но его уровень не особенно важен. Усилитель питается от повышающего преобразователя +10.5В.

Сигнал для импульсных выходов, МК формирует полностью аппаратно. Четыре таймера работают в режиме Slave One-Pulse Mode производя запуск друг друга в различных комбинациях, формируя четыре независимых временных интервала. Не смотря на большое количество таймеров в МК и их развесистую архитектуру, пришлось долго подбирать комбинации периферийных модулей так, чтобы охватить все требуемые варианты работы импульсных выходов. Для питания выходных драйверов импульсных выходов, на одном из таймеров МК собраны два повышающих импульсных преобразователя напряжения, их обратные связи через делители заведены на АЦП МК. В качестве самих драйверов используется КМОП версия дешевого и распространенного таймера 555 с дополнительными эмиттерными повторителями.

Генератор Si5351A управляется по шине I2C. Эта часть схемы особенностей не имеет, все по даташиту микросхемы. Если микросхема не запаяна, страница высокочастотных выходов Д, Е, Ж будет не доступна. Для более качественного согласования выходов с нагрузкой можно применить коаксиальные разъемы с волновым сопротивлением 50 Ом.

Аналоговый вход У и последовательный порт имеют простейшие цепи защиты.


Источник питания - внешний. Он должен обеспечивать требуемые параметры тока и напряжения. На качество выходного сигнала генератора влияет уровень пульсаций источника. По желанию источник питания можно встроить внутрь корпуса или оснастить аккумулятором. Это не сложно сделать используя типовые модули с АлиЭкспресс.

Компоненты. Самый труднодоступный компонент, это TFT дисплей: диагональ 2.4 дюйма 320х240 точек, контроллер LI9341, шлейф на 37 выводов, их много разных, вот эти точно подходят. Микроконтроллер в корпусе LQFP48 STM32F303CBT (возможно применение STM32F303CСT). Операционный усилитель в каналах аналоговых выходов А и Б должен удовлетворять следующим требованиям: скорость нарастания не менее 10-15 в/мкс, выходной ток желателен не менее 50 мА, входной и выходной диапазон напряжений должен включать потенциал отрицательного источника питания (нижний rail по входу и выходу). Вместо MAX4392 применимы например MC33202, LMH6643, с некоторым ухудшением параметров AD8042, AD8052 или даже TS922. Микросхему Si5351A-B-GT (если нужны высокочастотные выходы) тоже можно недорого приобрести на AliExpress. EEPROM любая с однобайтовой адресацией 24C02...24С16. Таймеры 555 должны быть КМОП семейства. Зажимные клеммники серии DG141V, они разборные, поэтому подойдут 18 секций в любых комбинациях. Энкодеры следует выбирать с тактильным эффектом, некоторые с подходящей цоколевкой (PEC12R, PEC11R) выдают сигнал с противоположным направлением вращения, предусмотрена возможность и их применения. Электролитические конденсаторы CK1C221M-CRE77 ну или К50-35. Дроссели серии CD75 или обычные гантели размером не менее 7х8мм. Стабилизатор питания любой на напряжение 3.3В в корпусе DPAK или sot-223. Кварцевый резонатор HC49SM, ABM3-25.000MHZ-D2Y или подходящий выводной. Транзисторы BC847/BC857 - КТ315/КТ361, IRLML2502 - FET N-типа не менее 25В, 2А с логическим пороговым напряжением затвора. Вместо диодов SS12 можно применить SM5819 или любые Шоттки не менее 20В и 1А. US1M - диод с временем восстановления не менее 50нс, на ток не менее 1А, напряжением более 30В. Ручки на энкодеры можно посмотреть тут. Полный список компонентов и материалов, необходимых для изготовления прибора прилагается.

Печатная плата. Размер 100х70мм, разведена в Topor'е. Gerber-файлы для заказа на производстве прилагаются. Так-же прилагается файл для изготовлении платы по лазерно-утюговой технологии. Сложности может вызвать мелкий шаг выводов двух компонентов: МК и Si5351. Диаметр переходных отверстий на плате 0.6мм. При печати ничего дополнительно зеркалить не надо, оба слоя уже имеют отзеркаленый вид.

Монтаж. Сначала монтируют все компоненты поверхностного монтажа кроме дросселей. Плату промывают и сушат. Затем запаивают дроссели, энкодеры, клеммники и дисплей. Дисплей пока приклеивать не следует.

Прошивка. Ее осуществляют после визуального контроля смонтированной платы. Прошивку можно осуществить программатором ST-LINK/V2 через разъем JP5 или без программатора через имеющийся в микроконтроллере USB-бутлодер, по следующей инструкции:
1. Устанавливаем на компьютер пакет STSW-STM32080 DfuSe_Demo_V3_Setup.exe. Скачиваем тут, или архив прикрепленный в конце статьи.
2. Берем готовый .DFU файл или конвертим .HEX в .DFU утилитой "C:/Program Files/STMicroelectronics/Software/DfuSe v3.0.6/Sources/Binary/Release/DfuFileMgr.exe ниже скриншут.
3. Замыкаем R8 (подаем +3.3V на ногу BOOT0), подключаем к разъему XP7 4х-жильный кабель с разъемом USB-A (соблюдая цоколевку) и вставляем этот разъем в USB порт компьютера.
4. Если требуется (проверить в диспетчере устройств) ставим отсюда драйвер c:/Program Files/STMicroelectronics/SoftwareDfuSe v3.0.6/Bin/Driver
5. Запускаем утилиту C:/Program Files/STMicroelectronics/Software/DfuSe v3.0.6/Bin/DfuSeDemo.exe , грузим в нее файл .DFU и прошиваем, см. скриншот.
6. Все отключаем и удаляем перемычку R8. Прошивка выполнена.

 

Настройка. При первом включении сразу убедитесь, что ток потребления примерно равен номинальному, и на дисплее отображается стартовая страница. Правильно собранное устройство начинает работать сразу после прошивки микроконтроллера. С помощью осциллографа нужно убедиться в присутствии правильных сигналов на всех выходах. Если запаяна микросхема EEPROM, то для более точной настройки можно воспользоваться сервисным меню:

Нажатие на зеленый энкодер - переход на следующий параметр. Вращение зеленого энкодера - регулировка параметра. Двойное нажатие синего энкодера вызовет запись всех параметров в EEPROM. Изменяйте параметры только четко понимая смысл своих действий. Безразмерные величины (пункты 2,5,6) прямо пропорционально влияют на соответствующие параметры. Питание операционного усилителя в каналах А и Б (пункты 3,4) нужно установить таким, чтобы на максимуме амплитуды при максимальном выходном токе не происходило ограничение сигнала на выходе. На вход У нужно подать постоянное напряжение 2.7...3.1В и регулировкой коэффициента (пункт 7) добиться отображения его реального значения. Последовательный порт можно проверить соединив его вход с выходом и включив режим тестирования канала.

Сборка. Для печатной платы хорошо подходит недорогой корпус Z-19. В его верхней крышке нужно прорезать прямоугольные зоны для дисплея размером 37х50мм и для клеммников размером 48х15мм, 3 отверстия под энкодеры диаметром 7мм (программа в G-кодах для трехкоординатного станка прилагается). Затем нужно установить плату в верхнюю часть корпуса и определить точное положение дисплея относительно прорезанной зоны. Только после этого его можно приклеить к печатной плате двухсторонним скотчем в один или несколько слоев. Скотч лучше выбрать пористый, толщиной несколько миллиметров, слегка сжавшись, он должен плотно без щели прижать индикатор к плоскости корпуса.

Полностью смонтированная, прошитая и проверенная печатная плата крепится на верхнюю крышку корпуса с помощью гаек энкодеров. На плате в отверстие около клеммников нужно установить винт подходящей длины, который будет упираться в нижнюю крышку корпуса и предотвращать прогибание платы при надавливании на клеммник. Если применены энкодеры без резьбы, то плату можно закрепить на крышке через стойки с помощью предусмотренных на плате отверстий. После сборки корпуса на энкодеры одеваются ручки соответствующих цветов. При невозможности приобретения ручек с требуемыми цветами, можно купить одинаковые и воспользоваться краской. Или наклеить возле энкодеров кусочки бумаги нужных цветов. На клеммники желательно наклеить подписи, или хотя бы выделить черным маркером контакты земли. Для удобства можно приклеить резиновые ножки на нижнюю часть корпуса и установить дополнительный разъем питания сбоку. В корпусе Z-19 не предусмотрены винты или шурупы для скрепления крышек, есть только штыри, которые входят в углубления и держатся в них под действием трения, для надежности можно в них капнуть клеем.

Идет работа приемо-сдаточной комиссии:

Автор будет благодарен за отзывы, предложения, обратную связь по выявленным в процессе эксплуатации недостаткам, а так-же готов обсудить вопросы развития проекта, сотрудничества, исходников и т.д.

В перспективе попробовать реализовать следующие идеи:
- список пресетов настроек, для быстрого вызова часто используемых режимов.
- режим измерителя АЧХ. Для опорного сигнала ГКЧ задействовать выход А или Д по выбору, пилообразный сигнал пропорциональный частоте ГКЧ - выход Б, сигнал синхронизации развертки - выход Г, вход детектора - вход У. Графики рисовать по размаху сигнала или его пиковому значению, с возможностью компенсации (приравнивания текущего графика к нулевому уровню).
- режим внешнего управления амплитудой, частотой или любым другим параметром сигнала. Внешний сигнал может подаваться на вход У или приниматься в цифровом виде через вход последовательного порта .
- режим тестера шины I2C. Определение неизвестных устройств, запись или чтение адреса, проверка целостности и определение объема типовых видов памяти.
- генерация определенного количества периодов сигнала на аналоговых выходах по внутреннему или внешнему событию.
- качественное улучшение метрологических параметров. Это к сожалению можно реализовать только путем существенной модификации железа, что по сути будет означать уже другой, новый прибор. Фильтры, смещение и аттенюаторы по аналоговым выходам, полноценные драйвера по импульсным выходам, канал высокочастотного синуса, термостатирование кварца, малошумящий источник питания, разделение схемы на блоки и т.д. Все это кардинально усложнит и удорожит конструкцию, а прибор задумывался как любительский, поэтому изначально метрологические параметры и были отодвинуты на второй план.

Осциллограммы выходных сигналов:

 

 

 

 

 

 

 

(тут раскрыли традиционную, еще не раскрытую тему).

 

Файлы:
Прошивка v1.0
Gerber rev5.2
dfu STSW-STM32080
Программа резки (G-коды)
Этикетка на клеммник
Плата для ЛУТ rev5.2
Принципиальная схема rev5.2
Спецификация

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

www.radiokot.ru

Функциональный генератор с электронной перестройкой частоты

Функциональный генератор с электронной перестройкой частоты

категория

Самодельные измерительные приборы

материалы в категории

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Радио, 2002 год, № 2

Функциональными генераторами называют приборы способные обеспечить выходной сигнал различной формы: синусоидальный, треугольные или прямоугольные импульсы, пилообразный сигнал.
 Правда, подобными приборами обычно пользуются специалисты, профессионально разрабатывающие сложную аппаратуру. В радиолюбительской же практике в большинстве случаев достаточно, например, иметь возможность получить сигнал треугольной и прямоугольной форм. Первый из них позволит настраивать аналоговую аппаратуру диапазона 3Ч и выявлять (конечно, при наличии осциллографа) искажения типа "ступенька", ограничения сигнала "сверху" или "снизу". С помощью второго можно проверять и налаживать цифровую технику, а также контролировать динамические характеристики аналоговой аппаратуры. Сам же генератор, обеспечивающий получение таких сигналов, значительно упрощается.

Схема функционального генератора выдающего треугольные и прямоугольные импульсы приведена на рисунке:

 Собственно генератор выполнен на микросхеме DA1, содержащей два операционных усилителя. На DA1.1 собран интегратор, а на DA1.2 — компаратор (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 1998, с. 257). Диапазон частот генератора от 20 Гц до 20 кГц разбит на три поддиапазона, которые устанавливают переключателем SA1, подключающим к интегратору один из конденсаторов С1 — СЗ. В каждом из поддиапазонов частоту генератора изменяют переменным резистором R2.

При зарядке частотозадающего конденсатора формируется нарастающее по времени напряжение на выходе ОУ DA1.1 (вывод 9). Как только оно достигает определенного значения, компаратор изменяет направление интегрирования. Частотозадаю-щий конденсатор начинает разряжаться, напряжение на указанном выводе — падать. В итоге образуется сигнал треугольной формы. Через резистор R8 и конденсатор С6 он поступает на переменный резистор R9, а с его движка — на выходное гнездо XS3. Максимальное напряжение, которое можно установить на выходе переменным резистором, достигает 1 В.

На выходе компаратора (вывод 13 ОУ DA1.2) образуются колебания прямоугольной формы, которые поступают на формирователь, выполненный на микросхеме DD1. Эта микросхема допускает подавать на входы напряжение,

большее напряжения питания, что позволяет подключать ее вход 1 непосредственно к выходу ОУ DA1.2. Питающее напряжение на нее подается через один из стабилитронов VD1 — VD4, поэтому на выходе логических элементов DD1.2 — DD1.6 будут прямоугольные импульсы амплитудой 3, 5, 9, 12 В в зависимости от положения подвижного контакта переключателя SA2.

Благодаря использованию сравнительно мощной КМОП микросхемы К561ЛН2, ее выходной ток может достигать 20...30 мА. Поэтому прибор пригоден для настройки устройств, собранных на микросхемах различных серий: К155, К176, К530, КР531, К555, К564, КР1554 и многих других.

При указанных на схеме номиналах элементов, частоту генерируемого сигнала в герцах определяют по формуле: Fвых=(40/С)·(UR2/Uпит), где С - ем-кость подключенного частотозадающего конденсатора, мкФ; UR2 — напряжение на движке переменного резистора R2, В; Uпит — напряжение питания, В.

Поскольку ОУ питается однопо-лярным напряжением, значение UR2 будет ограничено снизу. Для использованного автором экземпляра ОУ оно составило 1,45 В, при более низком напряжении генератор не работал. Поэтому для получения десятикратного перекрытия по частоте было выбрано стабилизированное питающее напряжение 15 В. Правда, генератор работоспособен и при меньшем напряжении, но перекрытие по частоте на каждом поддиапазоне также будет меньше.

В приборе можно использовать любой транзистор серии КТ3102. Конденсаторы С1 — С З— ПМ-2, К71, но в крайнем случае, если не требуется высокая термостабильность, — КД, КЛС, К10-17; С4 — любого типа, С5 — С7 — К50-16, К50-35 или аналогичные. Переменные резисторы — СП, СПО, СП4, постоянные — МЛТ, С2-33. Переключатели — любого типа.

Большинство деталей монтируют на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Плату устанавливают в корпус подходящих габаритов, а на корпусе крепят переключатели, гнезда и переменные резисторы. Резистор R2 желательно снабдить шкалой и проставить на ней значения генерируемых частот для каждого поддиапазона.

При налаживании прибора вначале подбирают резистор R1 такого сопротивления, чтобы в левом (по схеме) положении движка резистора R2 наблюдалась устойчивая работа генератора на самой низшей частоте — 20 Гц (подвижный контакт переключателя SA1 — в положении "20...200 Гц"). Частоты поддиапазонов устанавливают подбором конденсаторов С1 — СЗ, а максимальную амплитуду треугольного напряжения — подбором резистора R8.

Диапазон рабочих частот генератора ограничен быстродействием используемого ОУ и составляет 40...50 кГц. Если получение таких частот необходимо, следует добавить еще один частотозадающий конденсатор, применить переключатель на четыре положения и установить другие поддиапазоны, например, 4...40 Гц, 40...400 Гц, 0,4...4 кГц, 4...40 кГц.

radio-uchebnik.ru

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»


Как нам говорит Вики: «Функциональный генератор это источник напряжения, который выдает аналоговые сигналы в синусоидальной, прямоугольной и треугольной форме». Поскольку, сейчас я увлечен усилителями звука, мне этот генератор, пришелся как нельзя кстати.

Я предлагаю вам вместе со мной собрать этот весьма интересный набор, а может быть и чуть больше = )
Вот так, производитель видит этот конструктор после сборки нами:

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Краткие технические характеристики этого конструктора:

- напряжение питания,  от +10V до +16V max;
- выходная частота, плавная от 1Гц до 1мГц
- выходное сопротивление, 600 Ом;
- максимальная амплитуда выходного сигнала: 3.62V синус, 5.63V меандр;
- ток потребления, 20мА max.

К вашему набору, будет приложен листок со схемой и краткой инструкцией по сборке. Но даже если и нет, - не беда, я продублирую ее здесь.
Вот так, получилось разложить содержимое почтового пакета у меня.
Итак, нам…

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Понадобятся:
- содержимое набора;
- паяльные принадлежности, у меня это чистая канифоль, припой, паяльник;
- бокорезы, если их нет, радиолюбители приспосабливают для целеоткусывающих действий большие кусачки для ногтей, весьма удобно;
- надфиль, им придется зачищать ножки панелек и переменных резисторов;
- школьный ластик - начистите перед пайкой все контакты монтажной платы до явного блеска;
- если вам сложно читать цветовую кодировку на постоянных резисторах, то необходим мультиметр;

Принципиальная схема весьма простая и предназначена, скорее для справки.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Посмотрите на таблицу элементов, схожим цветом, я выделил однотипные элементы кроме интегральной микросхемы и установочных элементов.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Итак, начинаем с резисторов R3, R4, R5 они одинаковых номиналов 5000 Ом.
Когда-то, выводы проволочных элементов было принято формовать. В принципе, можно формовать их и сейчас, особенно в том случае, если сборочная плата будет простой, без металлизации отверстий под компоненты.

Тогда, при нажатии на припаянный элемент, он не вызовет отрыва печатной дорожки с оборотной стороны платы. В печатной плате этого генератора, отверстия под распайку элементов сделали с внутренней металлизацией, потому, формовать выводы нет необходимости, я скорее, делал это развлечения для. =)

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Постоянные резисторы.

Установите резисторы на предназначенные им места, и припаяйте их с лицевой стороны, при этом, припой затечет и внутрь отверстия на монтажной плате. После этого, переверните плату на обратною сторону, откусите лишние выводы, и поправьте пайку, если вам показалось, что припоя не достаточно.
Таким же образом, припаяйте R1 и R4.

Неполярные конденсаторы.

Хотя, я отформовал выводы, но я вам этого не советую, в генераторах сигнала – длина выводов бывает критична.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
Это частотозадающие конденсаторы, потому, лучше вставить их до упора, и быстро припаять с обратной стороны монтажной платы, следя за тем, что бы припой проник и на лицевую сторону.
На самих конденсаторах нанесена маркировка, присмотритесь.

Вначале, припаяйте C6 и C7. Затем, C5 и C8 а после, и C2. Именно так будет удобнее всего.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Гребенка для выбора рабочего диапазона частоты.

Место для нее находится правее неполярных конденсаторов. Зачистите надфилем штырьки с той стороны гребенки, где они короткие. Не поленитесь, иначе, пайка гребенки превратится в ад.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
Так же, пройдитесь ластиком по монтажным отверстиям для пайки гребенки с обратной стороны монтажной платы.
Вставьте гребенку до упора, наживите крайние выводы гребенки по диагонали, проверьте плотность посадки гребенки, и последовательно, припаяйте контактные штырьки.
Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Панелька для вставки микросхемы.

Действия те же. На самой панельке, есть выемка на одном из торцов, это ключ, сориентируйте его согласно печатному рисунку на монтажной плате. Паяйте.

Электролитические, полярные конденсаторы.

Этот тип элементов имеет полярность, при этом, минус на плате заштрихован, так же как и минус на бочкЕ конденсатора выделен полосой – с этой визуально подсказкой ошибиться будет сложно. Припаяйте конденсатор C1 – емкостью 100мкф, а затем два одинаковых C3 и C4 – эта парочка будет размерами поменьше.

Блок пружинных клемм.

К ним будут подключаться проводники с сигналами из генератора, следовательно, сориентируйте их контактными отверстиями наружу. Зачистите контакты блочка, вставьте его до упора, и припаяйте его с обратной стороны монтажной платы.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Гнездо внешнего питания.

Переверните плату лицевой стороной вверх, и левее кондесатора C1, таким же способом, припаяйте гнездо

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Переменные резисторы.

Найдите тот, что равен значению 50кОм

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
Слегка зачистите его контакты, а так же и два корпусных лепестка, вставьте его на место обозначенное на плате R7 и загнув лепестки навстречу друг другу, припаяйте вначале их, а за тем и три проволочных вывода переменного резистора.
Найдите переменный резистор номиналом 100кОм, и таким же образом, припаяйте его на место R8.
Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
Оставшийся резистор, предназначен для посадки на место R2.

Очистка.

Так как монтажная плата оказалась местами в канифоли, я почистил ее кистью смоченной в уайт-спирите и пригляделся, «нет ли где ненужных спаек?»

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Всё, плата готова, микросхема вставлена СТРОГО в соответствии с ключом на панельке.
На листочке, который пришел вместе с этим набором, я помечал карандашом те элементы, которые последовательно оказывались на своих местах – как видите, все позиции отмечены =)

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

А теперь, обратимся к справочному листку этой микросхемы.

Из него мы видим, что рабочее напряжение микросхемы, внимание, от +10V до +26V. Продавцы, все поголовно упоминают диапазон от +9V до +12V. Они заблуждаются, так как, скорее всего понимают только то, что им сказал кто-то другой.
Наши электролитические конденсаторы, имеют рабочее напряжение +16V, значит, мы свободно можем использовать стандартные +12V для питания генератора.

Другое, обратите внимание на картинку (Figure 11), расположенную на странице 8 руководства.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
Производитель рекомендует зашунтировать правый по схеме резистор делителя напряжения электролитическим конденсатором. У нас этого нет. Вернее, не было.
Я зашунтировал резистор R5 электролитом.
Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Также, в сети я нашел упоминание, что будет лучше, если этот номинал не будет ниже 100мкф и установил емкостью 470мкф. Позже, на правую по картинке ножку, я одел трубочку.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Задел на будущее.

Обратимся еще раз к справочному руководству. На этот раз к информации на странице 9 и картинке вверху этой страницы - Figure 12. На этой иллюстрации показано, что микросхема имеет возможность минимизировать искажения что возникают при генерации синуса.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»
В нашем генераторе, выводы микросхемы 15 и 16 висят в воздухе, т.е. не используются. Подключив к ним подстроечный резистор номиналом 25 кОм, а средним лепестком на минус, у нас появится возможность нивелировать искажения при генерации синусоидального сигнала. Это, конечно имеет смысл, так как, для меня это прежде всего генератор звука.

Готовое устройство, следует поместить в акриловый корпус. Но, гаек всего четырые, хотя винтов и восемь

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Гаек к длинным винтам не было – но проблема их найти невелика – полно их. Однако, ничего не вышло, - винты оказались короткими, и хорошо что у меня под рукой пачка нейлоновых стяжек, - так, мне как самоделкину тоже понравилось – никакой истерики. =)

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

Генератор работает, и может быть позже, я введу компенсацию искажений добавив подстроечный резистор на выводы 15 и 16 микросхемы.

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206»

В общем, эти невеликие деньги мной потрачены не зря, и теперь, вместо программного генератора что в планшете, у меня появилась возможность использовать в общем неплохой генератор выполненный как самостоятельное устройство =)

Спасибо.


Купить Kit-набор на Aliexpress

Конструктор «Функциональный генератор на микросхеме XR2206» Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Генераторы треугольных импульсов на ОУ

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал о мультивибраторе, который является генератором прямоугольных импульсов. Кроме прямоугольных импульсов в радиоэлектронике находят широкое применение импульсы с линейно-изменяющейся формой: треугольной и пилообразной. Они применяются в схемах ШИМ – контроллеров (широтно – импульсная модуляция сигнала), различных времязадающий схемах (таймерах) и так далее.

Основная схема генерирования линейно-нарастающего напряжения

Для понимания того как происходит формирование линейно-нарастающего напряжения вспомним как протекает переходный процесс в интегрирующих RC-цепях. Для этого изобразим схему заряда конденсатора некоторым током I



График заряда конденсатора.

Заряд Q конденсатора постоянным током I происходит за время t


30052016013005201601

В тоже время напряжение UС на конденсаторе емкостью С определяется величиной заряда Q накопленного в конденсаторе


30052016023005201602

Таким образом, напряжение UС на конденсаторе емкостью С, который заряжается током I будет определяться временем t


30052016033005201603

Так как значение емкости и тока постоянны, то напряжение, до которого зарядится конденсатор пропорционально времени, прошедшего с момента замыкания ключа. Таким образом, напряжение на конденсаторе UС фактически является суммой напряжений за весь период t. Такое суммирование называется интегрированием, а схема, которая выполняет такую операцию, называется интегратором.

Интегратор на ОУ я рассматривал в одной из предыдущих статей и показан на рисунке ниже



Схема интегратора на операционном усилителе.

В данной схеме зарядный ток I конденсатора С1 определяется входным напряжением UBX и резистором R1, тогда выходное напряжение будет вычисляться по следующей формуле

30052016043005201604

Знак «–» в выражении показывает то, что входной сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ.

Описанный здесь интегратор, имеющий на выходе линейно-изменяющуюся форму напряжения, является основой для построения генераторов треугольного и пилообразного напряжений.

Генератор напряжения треугольной формы

Наиболее простой способ получения треугольных импульсов является схема содержащая триггер Шмитта и интегратор, причём выход триггера соединён с входом интегратора, а выход интегратора с входом триггера Шмитта. Несмотря на свою простоту, схема позволяет получить хорошие треугольные импульсы.



Генератор напряжения треугольной формы.

Данный генератор треугольного напряжения состоит из триггера Шмитта на ОУ DA1 и резисторах R1, R2 и R3, а также интегратора на ОУ DA2 и резисторах R4, R5 и конденсатора С1. Треугольные импульсы снимают с вывода «UВЫХ 2», кроме того с вывода «UВЫХ 1» можно снимать прямоугольные импульсы. Резисторы R3 и R5 служат для компенсации напряжения смещения ОУ и в случае, когда нет необходимости в сильной симметрии импульсов их можно заменить перемычками.

Для понимания принципа работы генератора треугольных импульсов рассмотрим график напряжений на его выводах UВЫХ 1 и UВЫХ 2.



Графики выходных напряжений генератора треугольных импульсов: на выходе триггера Шмитта (верхний) и на выходе интегратора (нижний).

Допустим после подачи напряжения питания в схему на выходе триггера Шмитта (DA1) установилось напряжение положительного насыщения ОУ UНАС+, тогда конденсатор С1 начинает заряжаться, а на выходе интегратора (DA2) напряжение начинает соответственно линейно падать. Так как выход интегратора и вход триггера объединены, то при достижении линейно-падающего напряжения уровня нижнего напряжения переключения триггера UНП, то произойдёт переброс напряжения на его выходе до напряжения отрицательного насыщения ОУ UНАС-, а коденсатор С1 начнёт разряжаться. По мере разряда конденсатора напряжение на выходе интегратора начнёт линейно расти до уровня напряжения верхнего переключения триггера Шмитта UВП, после достижения, которого выход триггера переключится до уровня напряжение положительного насыщения ОУ UНАС+ и цикл зарядки – разрядки конденсатора С1, а следовательно и треугольного напряжения повторится.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что амплитуда выходного треугольного напряжения, которое можно снимать с выхода ОУ DA2 (UВЫХ 2) будет равна величине гистерезиса триггера Шмитта


30052016053005201605

Таким образом регулируя величину гистерезиса триггера можно увеличивать или уменьшать амплитуду выходных импульсов треугольного напряжения.

Длительность треугольно импульса состоит из двух периодов: периода нарастания длительностью tН и периода спада напряжения длительностью tС. Длительность этих периодов определяется следующими выражениями


30052016063005201606

Как известно пороговые уровни триггера Шмитта при опорном напряжении равном нулю (UОП = 0 В) определяются следующими выражениями


30052016073005201607

Тогда после несложных преобразований и замен получим выражение для длительности и частоты треугольного напряжения


30052016083005201608

Изменение частоты следования треугольных импульсов осуществляется с помощью резистора R4 (точная регулировка) и конденсатора C1 (грубо), хотя длительность импульсов также зависит от величины сопротивления резистора R4.

Стоит заметить, что максимальная частота следования импульсов ограничена параметрами ОУ, в частности скоростью нарастания выходного напряжения ОУ DA2 (интегратор) и максимальным выходным током ОУ DA1 (триггер Шмитта).

Генератор напряжения пилообразной формы

Генератор треугольного напряжения, выполненный по предыдущей схеме, легко преобразуется в генератор пилообразного напряжения. Для этого достаточно обеспечить разную длительность заряда и разряда конденсатора в схеме интегратора. Такие изменения показаны на рисунке ниже



Генератор колебаний пилообразной формы.

Как нетрудно заметить внесённые изменения касаются цепи заряда-разряда конденсатора С1 в интеграторе. Диоды VD1 и VD2 позволяют выполнять заряд-разряд конденсатора разными токами. При изображённой на схеме полярности включения диодов длительность разряда конденсатора С1, а следовательно и длительность линейно-возрастающего напряжения определяется величиной сопротивления резистора R4’, а длительность заряда С1 и линейно падающего сигнала на выходе интегратора – сопротивлением R4” по следующим формулам


30052016093005201609

Все остальные аспекты работы схемы аналогичны предыдущей. Так как схема не является симметричной то резистор R5 можно удалить. Частота выходного пилообразного напряжения будет определяться суммой резисторов R4’ и R4”. Стабильность частоты в данной схеме будет ограниченна температурной нестабильностью диодов VD1 и VD2


30052016103005201610

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

www.electronicsblog.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о