Паяем генератор Клаппа с частотой 11 МГц
Если вы давно почитываете этот блог, то уже знакомы по крайней мере с двумя генераторами — мультивибратором и таймером 555. Однако такие генераторы не подходят, если вам нужно получить высокочастотный сигнал. LC-генераторы, с другой стороны, способны выдавать ВЧ-сигналы в десятки мегагерц. Звучит, как что-то полезное. Давайте же попробуем спаять такой генератор.
Генератор Клаппа: теория
Как мы убедились, благодаря первому эксперименту из поста Первые эксперименты с осциллографом Rigol DS1054Z, LC-контур умеет создавать колебания. Проблема в том, что колебания эти затухают за счет паразитного сопротивления в цепи, от которого никуда не деться. Но что, если время от времени «подталкивать» контур, не давая колебаниям затухнуть? На этом принципе и работают все LC-генераторы.
Существует несколько схем LC-генераторов — это генератор Хартли, генератор Колпитца, генератор Клаппа, и другие. В рамках этого поста мы сосредоточим свое внимание на генераторе Клаппа.
Схем генератора Клаппа также существует несколько вариантов. Я использовал следующую:
LC-контур находится в правой части схемы, см L2 и C5. Главным образом, эти два компонента и задают частоту генератора. Находящиеся рядом конденсаторы C2 и C3 определяют feedback ratio. Обычно C2 и C3 берут намного больше C5, чтобы они не сильно влияли на частоту. Левая часть схемы является усилительным каскадом с общей базой. L1 представляет собой RFC. Она нужна для того, чтобы усилительный каскад получал стабильный постоянный ток. Чем больше индуктивность L1, тем лучше. С колебательного контура сигнал идет на усилительный каскад. Оттуда усиленный сигнал возвращается на колебательный контур с фазовым сдвигом 360° и «подталкивает» его. В конечном счете образуются стабильные периодические колебания. При указанных на схеме номиналах частота сигнала на выходе составит 2.3 МГц.
В общем случае частота определяется по формуле:
import math
C2 = 1/1000/1000/1000 # 1 nF
C3 = 10/1000/1000/1000 # 10 nF
L2 = 10/1000/1000 # 10 uH
1 / (2*math.pi*math.sqrt(L2*(1/(1/C2+1/C3+1/C5))))
2306374.2413629955
Значения R1 и R2 подбирались в симуляторе CircuitJS таким образом, чтобы при сопротивлении R5 в 500 Ом через него шел ток около 1 мА. R5 изображен в виде потенциометра, потому что для правильной работы генератора его приходится подстраивать. У меня схема заработала, если выставить R5 в 270 Ом.
Вы можете изучить работу приведенной схемы в CircuitJS, перейдя по следующей ссылке. Также в исходниках к статье вы найдете схему для этого симулятора, сохраненную в текстовом виде. Обратите внимание, что при симуляции в CircuitJS время шага симуляции должно быть выставлено намного меньше периода генератора. Сделать это можно в меню Options → Other Options… → Time step size. Для частоты 2.3 МГц неплохо работает значение «10n».
Следует отметить, что есть и альтернативное объяснение работы LC-генераторов. LC-контур можно рассматривать, как полосно-пропускающий фильтр, который подавляет все частоты, кроме своей резонансной частоты. В цепи всегда присутствует какой-то шум. Этот шум усиливается каскадом с общей базой. Затем LC-контур отфильтровывает из шума все ненужные частоты и возвращает усилителю. Цикл повторяется снова и снова, пока не останется только резонансная частота.
Добавляем эмиттерный повторитель
Проблема описанного генератора заключается в том, что он не может выдавать большой ток. Если к приведенной схеме вы добавите нагрузку в 50 Ом, ваш сигнал превратится в тыкву.
Для решения этой проблемы я использовал эмиттерный повторитель (emitter follower, он же common-collector amplifier):
Приведенная схема не увеличивает амплитуду сигнала, но усиливает его по току. На входе у нее должен быть конденсатор, но здесь он будет лишним, поскольку у нас уже есть C6 на выходе генератора. Схема неплохо работает для входного сигнала с амплитудой где-то до 3.3 В. Однако как экспериментально, так и благодаря CircuitJS, мы видим, что генератор выдает сигнал амплитудой в 10 В. К счастью, нам ничего не нужно делать для решения этой проблемы. Дело в том, что генератор видит эмиттерный повторитель, как нагрузку, а поскольку генератор не может выдавать большой ток, амплитуда сигнала сама падает где-то до 3 В.
Номиналы R3, R4 и резистора на эмиттере были рассчитаны, как описано в 4-ой главе «Practical Electronics for Inventors, 4th Edition»:
import mathVcc = 5 # напряжение питания
Iq = 0.1 # требуемый ток
hFE = 300 # hFE транзистора
Rload = 50 # сопротивление нагрузки
Re = (Vcc/2)/Iq # резистор на эмиттере
R3 = R4 = (hFE*Re/10)*2
F_3db = 1000
Rinac = hFE*((Re*Rload)/(Re+Rload))
Rin = 1/(1/R3 + 1/R4 + 1/Rinac)
Cin = 1/(2*math.pi*F_3db*Rin)
Cout = 1/(2*math.pi*F_3db*Rload)
Cin * 1000 * 1000 * 1000
Cout * 1000 * 1000 * 1000
Fun fact! Согласно даташуту [PDF], hFE транзистора 2N2222 может находится где угодно от 35 до 300 и, помимо прочего, зависит от напряжения и протекающего через транзистор тока. При проектировании схемы, использующей транзисторы, следует позаботиться о том, чтобы она правильно работала при любых возможных значениях hFE.
Re у меня получился всего 25 Ом. Я решил разбить его на два последовательно соединенных резистора по 12 Ом, поскольку один резистор заметно грелся.
Емкость конденсаторов на входе и выходе повторителя (Cin, Cout) меня не сильно интересовали. Вообще-то, они образуют RC-фильтры высоких частот (Cin — с Rin, Cout — с Rload), и потому могут быть вредны для нашего сигнала. Но если просто взять Cin и Cout, скажем, по 100 нФ, то фильтры будут резать какие-то килогерцы, мы же выдаем мегагерцы. Брать же Cin и Cout поменьше, для фильтрации нежелательных мегагерцовых сигналов, имеет мало смысла, так как у нас уже есть крутейший полосно-пропускающий фильтр в самом генераторе.
Генератор Клаппа: практика
Генератор на 2.3 МГц нетрудно собрать на макетке. Но мне хотелось получить генератор более высокой частоты, и тут макетка уже не особо работает. Было решено развести плату в KiCad, перенести ее на фольгированный текстолит при помощи фоторезиста и вытравить перекисью водорода с лимонной кислотой.Вот, что у меня получилось в итоге:
С учетом имевшихся у меня под рукой компонентов, того факта, что амплитуда генерируемого сигнала постепенно падает с увеличением частоты, а также серии экспериментов, были выбраны C2 = 1 нФ, C3 = 1 нФ, C5 = 100 пФ, L2 = 2.2 мкФ. Потенциометр R5 был поставлен в 14 Ом. Полученный генератор выдает сигнал с частотой около 11 МГц:
Расчетная частота при этом заметно выше, 11.75 МГц. Впрочем, такая несостыковка вполне укладывается в 10-и процентную погрешность компонентов. Для корректировки частоты на месте C5 можно было бы использовать переменный конденсатор.
Что же до спектра сигнала, то он выглядит так:
При получении обоих скриншотов использовалась нагрузка в 50 Ом.
Заключение
Следует учитывать, что подобные схемы чувствительны к наводкам, качеству источника питания, паразитным емкостям, и так далее. Для решения этих проблем рекомендуется делать ножки компонентов как можно короче (еще лучше — делать все на SMD компонентах) и использовать линейный блок питания.
Обратите внимание, что амплитуда сигнала постепенно падает с увеличением частоты — 2.7 В при частоте 2.3 МГц и 0.6 В при частоте 11 МГц. Похоже, чтобы получить генератор на большую частоту, придется переделать схему на питание от 10-15 В и/или каскад с общим эмиттером (common-emitter amplifier). Последний способен увеличивать не только ток, но и напряжение.
Наконец, отмечу, что представленный LC-генератор не отличаются особой стабильностью. Проверяется очень просто. Берем паяльный фен, ставим на минимальную температуру (у меня это 100°C) и буквально пару секунд дуем на генератор. Видим, как частота моментально уплывает на 300 кГц. Для изготовления стабильного генератора он должен быть основан на кварцевом резонаторе, а также использовать NP0 конденсаторы и, желательно, компоненты с погрешностью 1%. Однако это уже тема для другой статьи.
Все исходники к посту вы найдете в этом репозитории на GitHub. Вас может заинтересовать файл frequencies.txt, содержащий полученные экспериментально номиналы, необходимые для генерации сигналов разных частот. Также в репозитории вы найдете проект для Qucs с симуляцией генератора Клаппа. При работе с высокими частотами Qucs более удобен, чем CircuitJS.
А доводилось ли вам паять LC-генераторы, и если да, то какие?
Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Генератор Клаппа на основе кварцевого резонатора, Кварцевый генератор на логическом инверторе 74HC04 и Генератор переменной частоты Super VXO.
Метки: Электроника.
Радиолюбительские измерения и измерительные приборы. Генераторы специалтных сигналов
Совсем простые вольтметры и не очень. Авометры.
Дальше. | ВНИМАНИЕ НАВИГАЦИЯ! Не закрывайте заглавных страниц подкапталогов, а если это случилось перейдите на “СОДЕРЖАНИЕ” в верхнем или нижнем банерах. |
Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе — Gnativ.ru
Юным радиолюбителям посвящается…
Предисловие
Радиосигнал, однажды сгенерированный, уносится в глубь Вселенной со скоростью света… Эта фраза, прочитанная в журнале «Юный техник» в далеком детстве произвела на меня очень сильное впечатление и уже тогда я твердо решил, что обязательно пошлю свой сигнал нашим «братьям по разуму», чего бы мне это не стоило. Но путь, от желания до воплощения мечты долог и непредсказуем…
Когда я только начинал заниматься радиоделом, мне очень хотелось построить портативную радиостанцию. В то время я думал, что она состоит из динамика, антенны и батарейки. Стоит только соединить их в правильном порядке и можно будет разговаривать с друзьями где-бы они не находились… Я изрисовал не одну тетрадку возможными схемами, добавлял всевозможные лампочки, катушки и проводки. Сегодня эти воспоминания вызывают у меня лишь улыбку, но тогда мне казалось, что еще чуть-чуть и чудо-устройство будет у меня в руках…
Я помню свой первый радиопередатчик. В 7 классе я ходил в кружок спортивной радиопеленгации (т.н. охоты на лис). В один из прекрасных весенних дней наша последняя «лиса» — приказала долго жить. Руководитель кружка, недолго думая, вручил мне её со словами — «… ну, ты там её почини…». Я наверное был страшно горд и счастлив, что мне доверили столь почетную миссию, но мои знания электроники на тот момент не дотягивали до «кандидатского минимума». Я умел отличать транзистор от диода и приблизительно представлял как они работают по отдельности, но как они работают вместе — для меня это было загадкой. Придя домой, я с благоговейным трепетом вскрыл небольшую металлическую коробочку. Внутри неё оказалась плата, состоящая из мультивибратора и генератора РЧ на транзисторе П416. Для меня это была вершина схемотехники. Самой загадочной деталью в данном устройстве была катушка задающего генератора (3,5МГц.), намотанная на броневом сердечнике. Детское любопытство пересилило здравый смысл и острая металлическая отвертка впилась в броневой кожух катушки. «Хрясь» — раздался хруст и кусок броневого корпуса катушки, со стуком упал на пол. Пока он падал, мое воображение уже нарисовало картину моего расстрела руководителем нашего кружка…
У этой истории был счастливый конец, правда случился он через месяц. «Лису» я все-таки починил, хотя точнее сказать — сделал её заново. Плата радиомаяка, сделанная из фольгированного гетинакса, не выдержала пыток моим 100 ваттным паяльником, дорожки отслоились от постоянной перепайки деталей… Пришлось плату делать заново. Спасибо моему папе, что принес (достал где-то с большим трудом) фольгированный гетинакс, а маме — за дорогой французский красный лак для ногтей, который я использовал для рисования платы. Новый броневой сердечник мне достать не удалось, но зато удалось аккуратно склеить старый клеем БФ… Отремонтированный радиомаяк радостно послал в эфир свое слабое «ПИ-ПИ-ПИ», но для меня это было сравни запуску первого искусственного спутника Земли, возвестившего человечеству о начале космической эры таким-же прерывистым сигналом на частоте 20 и 40 МГц. Вот такая история…
Схема устройства
В мире существует огромное количество схем генераторов, способных генерировать колебания различной частоты и мощности. Обычно, это достаточно сложные устройства на диодах, лампах, транзисторах или других активных элементах. Их сборка и настройка требует некоторого опыта и наличия дорогих приборов. И чем выше частота и мощность генератора, тем сложнее и дороже нужны приборы, тем опытнее должен быть радиолюбитель в данной теме.
Но сегодня, мне бы хотелось рассказать о достаточно мощном генераторе ВЧ, построенном всего на одном транзисторе. Причем работать этот генератор может на частотах до 2ГГц и выше и генерировать достаточно большую мощность — от единиц до десятков ватт, в зависимости от типа применяемого транзистора. Отличительной особенностью данного генератора, является использование симметричного дипольного резонатора, своеобразного открытого колебательного контура с индуктивной и емкостной связью. Не стоит пугаться такого названия — резонатор представляет собой две параллельные металлические полоски, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга.
Свои первые опыты с генераторами подобного вида я проводил ещё в начале 2000-х годов, когда для меня стали доступны мощные ВЧ-транзисторы. С тех пор я периодически возвращался к этой теме, пока в середине лета на сайте VRTP.ru не возникла тема по использованию мощного однотранзисторного генератора в качестве источника ВЧ-излучения для глушения бытовой техники (музыкальных центров, магнитол, телевизоров) за счет наведения модулированных ВЧ-токов в электронных схемах этих устройств. Накопленный материал и лег в основу данной статьи.
Схема мощного генератора ВЧ, достаточно проста и состоит из двух основных блоков:
- Непосредственно сам автогенератор ВЧ на транзисторе;
- Модулятор — устройство для периодической манипуляции (запуска) генератора ВЧ сигналом звуковой (любой другой) частоты.
Детали и конструкция
«Сердцем» нашего генератора является высокочастотный MOSFET-транзистор. Это достаточно дорогостоящий и мало распространенный элемент. Его можно купить за приемлемую цену в китайских интернет-магазинах или найти в высокочастотном радиооборудовании — усилителях/генераторах высокой частоты, а именно, в платах базовых станций сотовой связи различных стандартов. В своем большинстве эти транзисторы разрабатывались именно под данные устройства.
Такие транзисторы, визуально и конструктивно отличаются от привычных с детства многим радиолюбителям КТ315 или МП38 и представляют собой «кирпичики» с плоскими выводами на мощной металлической подложке. Они бывают маленькие и большие в зависимости от выходной мощности. Иногда, в одном корпусе располагаются два транзистора на одной подложке (истоке). Вот как они выглядят:
Линейка внизу, поможет вам оценить их размеры. Для создания генератора могут быть использованы любые MOSFET-транзисторы. Я пробовал в генераторе следующие транзисторы: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E — все они работают. Вот как данные транзисторы выглядят внутри:
Внутренняя структура мощного MOSFET транзистора PTFA211801E
Вторым, необходимым материалом для изготовления данного устройства является медь. Необходимы две полоски данного металла шириной 1-1,5см. и длинной 15-20см (для частоты 400-500 МГц). Можно сделать резонаторы любой длинны, в зависимости от желаемой частоты генератора. Ориентировочно, она равна 1/4 длинны волны.
Я использовал медь, толщиной 0,4 и 1 мм. Менее тонкие полоски — будут плохо держать форму, но в принципе и они работоспособны. Вместо меди, можно использовать и латунь. Резонаторы из альпака (вид латуни) тоже успешно работают. В самом простом варианте, резонаторы можно сделать из двух кусочков проволоки, диаметром 0,8-1,5 мм.
Помимо ВЧ-транзистора и меди, для изготовления генератора понадобится микросхема 4093 — это 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входе. Её можно заменить на микросхему 4011 (4 элемента 2И-НЕ) или её российский аналог — К561ЛА7. Также можно использовать другой генератор для модуляции, например, собранный на таймере 555. А можно вообще исключить из схемы модулирующую часть и получить просто ВЧ-генератор.
В качестве ключевого элемента применен составной p-n-p транзистор TIP126 (можно использовать TIP125 или TIP127, они отличаются только максимально допустимым напряжением). По паспорту он выдерживает 5А, но очень сильно греется. Поэтому необходим радиатор для его охлаждения. В дальнейшем, я использовал P-канальные полевые транзисторы типа IRF4095 или P80PF55.
Сборка устройства
Устройство может быть собрано как на печатной плате, так и навесным монтажом с соблюдением правил для ВЧ-монтажа. Топология и вид моей платы приведены ниже:
Эта плата рассчитана на транзистор типа MRF19125 или PTFA211801E. Для него прорезается отверстие в плате, соответствующее размеру истока (теплоотводящей пластины).
Одним из важных моментов сборки устройства является обеспечение теплоотвода от истока транзистора. Я применил различные радиаторы, подходящие по размеру. Для кратковременных экспериментов — таких радиаторов достаточно. Для долговременной работы — необходим радиатор достаточно большой площади или применение схемы обдува вентилятором.
Включение устройства без радиатора, чревато быстрым перегревом транзистора и выходом из строя этого дорогостоящего радиоэлемента.
Для экспериментов, мною были изготовлены несколько генераторов по разные транзисторы. Также я сделал фланцевые крепления полосковых резонаторов, чтобы можно было их менять без постоянного нагрева транзистора. Представленные ниже фотографии помогут вам разобраться в деталях монтажа.
Запуск устройства
Перед запуском генератора, необходимо еще раз проверить правильность его соединений, чтобы у вас не образовалась весьма не дешёвая кучка транзисторов с надписью «Сгорел».
Первый запуск, желательно производить с контролем потребляемого тока. Этот ток, можно ограничить до безопасного уровня использовав резистор на 2-10 Ом в цепи питания генератора (коллектор или сток модулирующего транзистора).
Работу генератора можно проверить различными приборами: поисковым приемником, сканером, частотомером или просто энергосберегающей лампой. ВЧ-излучение, мощностью более 3-5 Вт, заставляет её светиться.
ВЧ-токи легко нагревают некоторые материалы вступающие с ними в контакт в т. ч. и биологические ткани. Так, что будьте осторожны, можно получить термический ожог прикоснувшись к оголенным резонаторам (особенно при работе генераторов на мощных транзисторах). Даже небольшой генератор на транзисторе MRF284, при мощности всего около 2-х ватт — легко сжигает кожу рук, в чем вы можете убедиться на этом видео:
При некотором опыте и достаточной мощности генератора, на конце резонатора, можно зажечь т.н. «факел» — небольшой плазменный шарик, который будет подпитываться ВЧ-энергией генератора. Для этого достаточно просто поднести зажженную спичку к острию резонатора.
Т.н. «факел» на конце резонатора.
Помимо этого, можно зажечь ВЧ-разряд между резонаторами. В некоторых случаях, разряд напоминает крошечную шаровую молнию хаотично перемещающуюся по всей длине резонатора. Как это выглядит вы можете увидеть ниже. Несколько увеличивается потребляемый ток и во всем доме «гаснут» многие каналы эфирного телевидения))).
Плазменная дуга между резонаторами ВЧ-генератора на транзисторе MRF284
Применение устройства
Конечно, данный ВЧ-генератор — не отличается особой стабильностью частоты. Разница частот может достигать 100-200 МГц при использовании модулятора или без него. Но при желании, потратив время на настройку и подбор расстояния между резонаторами, можно добиться стабильности частоты +/- 2-10 МГц. Главная ценность данного генератора — получение достаточно высокой мощности ВЧ, при использовании минимума деталей. В зависимости от типа применяемого транзистора, устройство может генерировать достаточно значительную мощность. В команде TeslaCoilRu, подобное устройство применено для ионизации различных смесей газов в плазменных шарах. Это смотрится фантастично, посмотрите фотографии и видео на их сайте.
Помимо этого, наш генератор может быть применен для изучения воздействия ВЧ-излучения на различные устройства, бытовую аудио и радиоаппаратуру с целью изучения их помехоустойчивости. Ну и конечно, с помощью данного генератора можно послать сигнал в космос, но это уже другая история…
Все материалы по автогенератору ВЧ (схема, плата) вы можете взять здесь в формате Visio. Настоятельно рекомендую начинать эксперименты с небольшими транзисторами (типа MRF284 или MRF6522). Они легко возбуждаются на частотах до 1600-1800 МГц и не очень критичны к форме резонаторов. Большие транзисторы требуют значительной мощности на затворе для поддержания автогенерации, то есть резонатор должен быть достаточно крупным. Помните, что нельзя допускать КЗ резонаторов, это приведет к выходу транзистора из строя. В большей части случаев, подстроечный конденсатор можно не использовать — хватает паразитных емкостей на плате. Но при навесном монтаже этот конденсатор может понадобиться. Экспериментируйте и у вас все получится!
P.S. Не следует путать этот ВЧ-автогенератор с различными EMP-jammers. Там генерируются импульсы высокого напряжения, а наше устройство генерирует излучение высокой частоты.
P.P.S. Для тех экспериментаторов, у кого возникло желание создать подобное устройство и провести с ним опыты, но нет необходимых MOSFET транзисторов — обращайтесь на почту: [email protected]. У меня есть значительный запас, думаю по цене договоримся.
Часть 2. Небольшое дополнение, другие генераторы >>>
Экспериментальный качер Бровина >>>
Генераторы высокой частоты | Техника и Программы
Высокочастотные генераторы предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.
Рис. 12.1
(рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3…1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно нпияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки иключить эмиттерный (истоковый) повторитель.
Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.
Рис. 12.2
Рис. 12.3
Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.
, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.
Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза- земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.
Рис. 12.4
Рис. 12.5
На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.
Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГч до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.
Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно
Рис. 12.6
Рис. 12.7
Рис. 12.8
источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям- бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.
Светодиод HL1 стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.
Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.
Рис. 12.9
Рис. 12.10
Ма рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме- щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.
Высокочастотный генератор, по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].
Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].
нот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.
Рис. 12.11
Рис. 12.12
Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.
Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.
Рис. 12.13
Рис. 12.14
Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.
Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Дня этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный нтемент (рис. 12.15).
Рис. 12.15
Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.
Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.
Генератор стандартных сигналов своими руками
Схема генератора высокой частоты, который вырабатывает сигналы в диапазоне от 10 до 50 МГц. Сигнал можно промодулировать по частоте подав НЧ напряжение от ГНЧ или микрофона. Девиация частоты зависит от величины этого напряжения ЗЧ. Если нужна девиация 50-100 кГц, то, при крайне верхнем .
Принципиальная схема самодельного генератора логических импульсов с частотой от 1 Гц до 10КГц, собран на микросхеме 4011 (К561ЛА7). При ремонте и налаживании схем на цифровых микросхемах может быть очень полезен генератор логических импульсов. В общем, это генератор прямоугольных импульсов .
Низкочастотный генератор синусоидального сигнала — очень важный прибор в лаборатории любого радиолюбителя.Возможно, такой уже есть у всех. Но все же хочу познакомить читателей журнала со своим генератором. Генератор выполнен в виде самостоятельного прибора, питающегося от электросети. Но шкала .
Простой самодельный генератор-пробник, с регулировкой выходной частоты от 100 Гц до 10000 Гц, выполнен на микросхеме К561ЛА7. Если нужно экспромтом проверить прохождение сигнала по аудиотракту многие корифеи пользуются собственным пальцем как генератором НЧ (50 Гц сетевых наводок), регулируя .
Принципиальная схема самодельного широкодиапазонного генератора синусоидального сигнала для лабораторных целей, выполнен на микросхеме МАХ038. Синусоидальный генератор является одним из важнейших приборов лаборатории радиолюбителя. Обычно делаютдва генератора, низкочастотный и высокочастотный .
Принципиальная схема простого генератора плавного диапазона на микросхеме HC4046, Частота до 50 MHz. Микросхема НС4046 (а так же аналогиMM74HC4046N, MJM74HC4046 и другие) представляет собой RC-генератор с ФАПЧ, способный генерировать стабильную частоту до 50 MHz, что позволяет сделать ГПД .
Приведена принципиальная схема низкочастотного генератора сигналов, который выполнен на ОУ КР140УД708. Низкочастотный генератор является одним из необходимейших приборов врадиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты .
Для питания электронных часов, а возможно и другой аппаратуры производства США и некоторых других стран, необходимо напряжение со стабильной частотой 60 Гц При наличии кварцевого резонатора на частоту 1966 08 кГц получить его несложно (см., например, статью В. Полякова “Преобразователь .
Предлагаемая конструкция генератора может быть использована при настройке каскадов радиоприемников, различных аналоговых и цифровых устройств. Генератор формирует низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) синусоидальные и прямоугольные колебания. Диапазон ВЧ колебаний 0,15. 1,6 МГц с плавной .
Формирователь содержит RC-триггер, собранный на логических элементах 2И-НЕ, интегрирующую цепь R1, R2, С1 и инвертор на транзисторе V1. При высоком логическом уровне на входе формирователя на выходе 1 появится высокий логический уровень, а на выходе 2 — низкий. При поступлении на вход .
| Сергей p-45 (at) mail.ru http://p-45.narod.ru/ |
Лаборатория радиолюбителя своими руками
О проекте
При настройке приемников (да и многих других устройств) часто требуется источник сигнала с требуемой и заранее известной частотой, часто для этого используется сигнал вещательных радиостанций, естественно это не совсем удобно. Желание купить сигнал-генератор было убито слишком большой ценой, и тогда возникла идея сделать такой генератор сигналов своими руками. В интернете встретилась страничка с сигнал-генератором из тв-тюнера (из телевизионного селектора каналов), к сожалению ни схемы, ни подробного описания там нет. Эксперименты с селекторами каналов фирмы SELTEKA подвигли на изготовление подобного устройства, получилось легко и очень быстро — генератор был сделан за 2 дня.
Основные характеристики сигнал-генератора
| Диапазон частот | 80 МГц — 900 МГц |
| Шаг перестройки по частоте | 50кГц 100кГц 250кГц 500кГц |
| Режим модуляции | Без модуляции, AM, NFM, WFM |
| Количество фиксированных частот | 16 |
| Напряжение питания | 7В — 9В |
| Потребляемый ток | 120 мА |
Конструкция
Внешний вид генератора:
Генератор размещен в пластмассовом корпусе G738 из магазина “Чип и Дип”.
Вид без верхней крышки:
Конструктивно генератор как и приемник P-45 сделан на одной плате размером 100мм X 115мм из фольгинированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Печатная плата изготовлена методом “лазерного принтера и утюга”.
- Файл с рисунком печатной платы для программы Sprint Layout 3.0
Травится только одна сторона платы — нижняя (сторона SMD деталей). Фольга с верхней стороны предстовляет собой сплошную “землю”, которая в нескольких местах с помощью перемычек соединяется с “землеными” проводниками другой стороны (эти места отмечены красными кружочками). Отверстия для “нормальных” деталей со стороны сплошной “земли” зенкуются сверлом 2,5 мм или 3,0 мм.
Вид со стороны SMD элементов:
Большинство деталей используемых в генераторе — SMD элементы (элементы для поверхностного монтажа)
Схема генератора
В принципиальной схеме могут быть неточности — она “срисовывалась” с работающего прибора, соответственно в файле с рисунком платы ошибок нет (одна была — исправлена, это про проводок на фото).
Доработка селектора KS-H-132
Собственно именно доработка селектора каналов KS-H-132 от SELTEKA и превращает его в генератор.
Самое сложное в этом деле — это открыть корпус KS-H-132 , потому как он запаян, причем запаяны обе крышки. Если будете вскрывать — имейте ввиду что без паяльника в 60 — 100 ватт не обойтись (при вскрытии этого экземпляра использовался 100 ватный), и учтите там где всего одна пайка — это крышка со стороны катушек, а где их немеряно — это сторона печати и SMD деталей, и надо быть осторожным чтобы все это хозяйство не повредить.
Вид со стороны катушек:
Здесь надо удалить две катушки — их бывшие места отмечены красными “завитушками”.
Вид со стороны SMD деталей и сделанными доработками:
С этой стороны удаляем несколько SMD деталей — эти места отмечены красными прямоугольниками, затем надо резрезать три проводника — место отмечено белым кружком и стрелкой. Затем припаять проводок — соединить выход генератора с буферным каскадом (он-же модулятор AM и регулятор уровня сигнала на выходе). И подать питание на этот самый буферный каскад с помощью сопротивления 47 ом — 75 ом . (помечен белой стрелкой) Последнее — проводок который соединит выход буфера с выходным разъемом (а раньше он был входным), места пайки помечены белыми стрелками. Этот проводок проходит со стороны катушек.
Возможно предложенная доработка не самая совершенная — есть поле для творчества.
Детали
Основная деталь устройства — селектор каналов KS-H-132 , — для того чтобы селектор каналов превратить в генератор необходимо чтобы он был сделан с использованием двух микросхем, одна — это смеситель/гетеродин (TDA5736), вторая — синтезатор частоты (TSA5522). Селекторы KS-H-144 , KS-H-146 , KS-H-148 — для этой цели не годятся. К сожалению корпус KS-H-132 (как уже сказано выше) запаян, что существенно усложняет доработку, если уважаемой публике известны аналогичные селекторы, но с легко снимаемыми крышками — просьба сообщить на адрес p-45(собака)mail.ru .
В качестве управляющего микроконтроллера используется PIC16F630 или PIC16F676 фирмы MICROCHIP , последний отличается тем что имеет 5-канальный аналого-цифровой преобразователь на борту (в данной конструкции не используется).
- Файл с прошивкой для сигнал генератора.
Краткое содержание
В данном проекте описывается создание генератора сигналов специальной формы частотой выше 10 МГц и нелинейными искажениями до 1%.
Генератор создает: синусоидальный, треугольный, пилообразный или прямоугольный (импульсный) сигнал с нелинейными искажениями до 1%, с возможностью регулирования коэффициента заполнения импульсов, частотной модуляцией, имеет ТТЛ выход и и источник напряжения смещения. Также может выполнять функцию частотомера.
Главная микросхема MAX 038 снята с производства, но все еще продается в розничной сети.
Ниже прикреплен файл с приблизительным расчетом стоимости генератора.
Изготовление печатной платы
Подготовка печатной платы для трафаретной печати (сериграфия).
В проекте необходимо использовать двухстороннюю печатную плату. Выбранный нами процесс воздействия является химическим, поэтому сначала необходимо выполнить трафаретную печать макета с помощью лазерной установки, после чего подвергнуть химической обработке.
Сначала, мы конвертируем файлы макетов печатной схемы в формат JPG. Поскольку печатная плата двухсторонняя, мы будем ее переворачивать для того, чтобы выполнить трафаретную печать на обеих сторонах, поскольку мы будем использовать лазерную установку. По этой причине печатная плата должны иметь тот же размер, что и макет, или один из размеров (в зависимости от направления, в котором переворачивается печатная плата). После обрезки печатной платы по точным размерам (также можно подогнать размер макета с печатной платой) плата покрывается черной акриловой краской с помощью краскопульта (процедуру нанесения краски нужно выполнять одним днем ранее). Печатную плату необходимо поместить в левом верхнем углу (точка 0,0 лазерной установки должна совпадать с этой точкой), поскольку при перевороте печатной платы она должна находиться в том же месте для совпадения отверстий.
Размеры макета печатной схемы: 207,5 мм X 52 мм.
Изготовление печатной платы (сериграфия)
Сериграфия.
Лазерная установка будет убирать краску в тех частях, где это необходимо, для последующего воздействия кислотой.
Параметры данного процесса для лазерной установки указаны ниже:
Скорость 60. Мощность 30. Разрешение 1200, режим — mood Raster.
Данный процесс необходимо выполнить дважды на обеих сторонах печатной платы, чтобы корректно удалить краску.
Изготовление печатной платы (удаление следов краски)
Удаление следов краски.
После предыдущей процедуры, все еще остаются следы краски и они должны быть удалены перед процессом воздействия кислотой. После вынимания платы из лазерной установки мы должны подождать, по крайней мере, один час, чтобы печатная плата стала сухой. Для этого необходимо использовать мягкий растворитель, такой как скипидар или его заменитель.
После очистки печатной платы, она должна выглядеть, как на фото выше.
Изготовление печатной платы (воздействие кислотой)
Воздействие кислотой
Для данного процесса необходимо использовать кислоту и любой другой продукт, чтобы начать реакцию и ускорить сам процесс.
Для начала необходимо посетить магазин радиотоваров. Обычно, используемая кислота – это соляная кислота, разведенная с водой, продается в супермаркетах в отделе бытовых чистящих средств (хлористоводородная кислота). Большая концентрация ускоряет весь процесс. Как указывалось ранее, кроме кислоты нам необходимо использовать катализатор реакции. Для этой цели лучше всего подходит надборнокислый натрий, который продается в магазине радиотоваров; также необходимо использовать медицинский кислород с высокой концентрацией.
Изготовление печатной платы (удаление остатков краски)
Удаление остатков краски
После обработки кислотой, необходимо удалить остатки краски, используя сильный растворитель.
Электрическая схема генератора
Сборка генератора сигналов, часть 1
Сначала необходимо просверлить печатную плату и начать припаивать компоненты. Необходимо уделять внимание тому факту, что печатная плата двухсторонняя, поэтому нужно учитывать пайку сквозных отверстий и компонентов, которые необходимо запаивать с двух сторон платы.
Размещение компонентов показано на фотографиях.
Резистор номиналом 100 кОм, микросхема chip 1 (операционный усилитель), конденсаторы, соединенные с микросхемой chip 1 и потенциометр номиналом 220 кОм, составляют схему регулировки коэффициента заполнения импульсов, которая используется для наклона импульса. Данная схема может генерировать некоторые искажения, поэтому она присоединяется к земле через перемычку SW3.(типичное положение ON-ON). Можно не использовать перемычку, но не забудьте заземлить схему.
Сборка генератора сигналов, часть 2
Конденсатор емкостью 1мкФ неполярный (смотрите объяснение схемы, в пункте 3.2.1).
Коннектор выбора диапазона подключается к поворотному переключателю, в котором вывод коннектора подсоединен к резистору номиналом 4,7 кОм, который в свою очередь подсоединен к общему выводу (A) переключателя. Данный поворотный переключатель имеет четыре положения срабатывания и одно не подключенное (для выбора высокой частоты, конденсатор 27 пФ).
Как указано в описании схемы, паразитная емкость может ограничивать полосу пропускания. В данном проекте паразитные емкости возникают вследствие использования транзисторов, подсоединенных к конденсаторам, поэтому максимальная частота достигает значения 10 МГц, однако если вы хотите увеличить данный предел необходимо отсоединить конденсатор емкостью 27 пФ или использовать конденсатор меньшего номинала, чтобы достичь полосы пропускания выше 20 МГц.
Другой коннектор предназначен для выбора типа сигнала. Мы должны установить поворотный переключатель в 3-е положение переключения. Вывод 5V подсоединяется к общему выводу поворотного переключателя (A), а выводы A0 и A1 к выводам 1 и 2, оставляя вывод 3 не подключенным.
Микросхема MAX038 не выпускается, но ее все еще можно приобрести. Не рекомендуется покупать данную микросхему напрямую в Китае, поскольку она обычно приходит неисправная, хотя дешевая.
Сборка генератора сигналов, часть 3
BNC коннектор предназначен для ТТЛ выхода.
Перемычки p1 и p2 заменяют резисторы номиналом 47 Ом, поскольку BNC коннектор уже имеет данное электрическое сопротивление.
Положительный вывод электролитического конденсатора подключается к квадратной контактной площадке. Ее положение указано на фотографии.
Потенциометр номиналом 1 кОм предназначен для контроля выходного уровня сигнала.
Голубой потенциометр номиналом 4,7 кОм контролирует усиление для того, чтобы выбрать максимальный уровень выходного сигнала.
Сборка генератора сигналов, часть 4
Перемычка SW5 переключает напряжение смещения на ноль.
Потенциометр номиналом 4,7 кОм предназначен для изменения напряжения смещения.
Перемычка p3 и операционный усилитель работают как повторитель, для того, чтобы передавать сигналы в частотомер.
Сборка генератора сигналов, часть 5
На данной фотографии показано правильное расположение операционных усилителей.
Схема источника питания
Сборка источника питания, часть 1
Макет печатной схемы имеет следующие размеры: 63,4 мм X 7,9 мм.
Сборка источника питания, часть 2
Компоненты должны размещаться так, как указано на фотографии.
Сборка источника питания, часть 3
Непомеченные провода подают напряжение питания на светодиод, который сигнализирует о том, что генератор включен.
Корпус устройства
Корпус изготавливается из фанеры толщиной 5 мм.
Дизайн выполнен в программе Rhinoceros Зои Карбахо (Zoe Carbajo).
Нанесение рисунка выполняется с помощью лазерной установки.
Также в конструкцию необходимо добавить некоторые допуски, чтобы различные части идеально состыковались. Это зависит от выбранного типа материала.
Корпус подсоединяется к кусочку самоклеющейся алюминиевой фольги (обычно используется в сантехнике) для того, чтобы подсоединить к земле металлические компоненты потенциометров и переключателей. Далее заземление подсоединяется к алюминиевой фольге через FM вход BNC коннектора.
Установка печатной платы в корпус, часть 1
Плата подсоединяется к кусочку самоклеющейся алюминиевой фольги (обычно используется в сантехнике) для того, чтобы подсоединить к земле металлические компоненты потенциометров и переключателей. Далее заземление подсоединяется к алюминиевой фольге через FM вход BNC коннектора.
Установка печатной платы в корпус, часть 2
На фотографии выше показано размещение трансформатора и коннектора для провода питания и переключателя. Два последних компонента можно взять от компьютерного блока питания
Два вывода 0В от вторичной обмотки трансформатора должны соединяться вместе, поскольку нам нужен источник питания со средней точкой. Эту точку соединения необходимо подключит к земле (средний вывод коннектора). Оплетки проводов необходимо также подсоединить к земле блока питания.
схема генератора на транзисторе DIY
Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.
Работа генератора на транзисторе
Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.
Автоколебательные транзисторные приборы
Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:
- по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
- по типу выдаваемого сигнала;
- по алгоритму действия.
Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:
- 30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
- 300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
- 3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
- более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.
Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.
Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:
- синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
- функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
- генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.
Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:
- RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
- LC – основная область применения – высокие частоты;
- Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.
Деление частот
Изображение на электрических схемах
Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.
Дополнительная информация. Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.
Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.
Схемы генераторов на транзисторах
Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.
Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.
Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.
В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.
Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.
Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.
Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.
Функциональный транзисторный генератор
Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).
Различают три основных вида импульсов:
- прямоугольные;
- треугольные;
- пилообразные.
Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.
Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.
Блокинг-генератор
По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).
Генераторы импульсов на полевых транзисторах
Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.
Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.
Регенераторы
LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.
Генератор шума
Главное отличие – равномерная характеристика нч и вч частот в требуемом диапазоне. Это означает, что амплитудная характеристика всех частот этого диапазона не будет отличаться. Используются преимущественно в аппаратуре для измерений и в военной отрасли (особенно самолёто,- и ракетостроении). Кроме того, применяют для восприятия звука человеческим ухом – так называемый «серый» шум.
Простой звуковой генератор своими руками
Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.
Схема звукового генератора
При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.
Видео
Все своими руками Генератор сигналов ГУК-1
Опубликовал admin | Дата 6 января, 2013Схема, технические характеристики, работа генератора ГУК-1.
Недавно мне принесли в ремонт генератор ГУК-1. Что бы потом не думалось, сразу заменил все электролиты. О чудо! Все заработало. Генератор еще советских времен, а отношение у коммунистов к радиолюбителям было такое Х… , что вспоминать не охота.
Вот отсюда и генератор желал бы быть получше. Конечно самое главное неудобство, это установка частоты высокочастотного генератора. Хоть бы, какой ни будь простенький верньер поставили, поэтому пришлось добавить дополнительный подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком (Фото1). По правде сказать я очень не удачно выбрал для его место, надо было бы чуть-чуть сместить. Я думаю вы это учтете.
Что бы поставить ручку, пришлось удлинить ось триммера, кусок медной проволоки диаметром 3мм. Конденсатор подключается параллельно основному КПЕ или непосредственно, или через «растягивающий» конденсатор, что еще больше увеличивает плавность настройки генератора ВЧ. Для кучи заменил и выходные разъемы – родные уже все раздрыгались. На этом ремонт закончился. От куда схема генератора я не узнал, но похоже, что все соответствует. Возможно она пригодится и вам.
Схема генератора универсального комбинированного – ГУК-1 приведена на рисунке 1. В состав прибора входят два генератора, низкочастотный генератор и генератор ВЧ.
1. Диапазон частот ВЧ генератора от 150 кГц до 28 мГц перекрывается пятью поддиапазонами со следующими частотами:
• 1 поддиапазон 150 — 340 кГц
• II 340 — 800 кГц
• III 800 — 1800 кГц
• IV 4,0 — 10,2 мГц
• V 10,2 — 28,0 мГц
2. Погрешность установки ВЧ не более ±5%.
3. Генератор ВЧ обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения от 0,05 мВ до 0,1 В.
4. Генератор обеспечивает следующие виды работ:
а) непрерывная генерация;
б) внутренняя амплитудная модуляция синусоидальным напряжением с частотой 1кГц.
5. Глубина модуляции не менее 30%.
6. Выходное сопротивление ВЧ генератора не более 200 Ом.
7. НЧ генератор генерирует 5 фиксированных частот: 100 Гц, 500 Гц, 1кГц, 5кГц, 15кГц.
8. Допустимое отклонение частоты НЧ генератора не более ±10%.
9. Выходное сопротивление НЧ генератора не более 600 Ом.
10. Выходное напряжение НЧ плавно регулируется от 0 до 0.5 В.
11. Время самопрогрева прибора — 10 минут.
12. Питание прибора осуществляется от батареи «Крона» напряжением 9 В.
ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Генератор НЧ собран на транзисторах VT1 и VT3. Положительная обратная связь, необходимая для возникновения генерации снимается с резистора R10 и подается в цепь базы транзистора VT1 через конденсатор С1 и соответствующую фазосдвигающую цепочку, выбранную переключателем В1 (например С2,С3,С12.). Один их резисторов в цепочке – подстроечный (R13), с помощью которого можно подстраивать частоту генерации низкочастотного сигнала. Резистором R6 устанавливается начальное смещение на базе транзистора VT1. На транзисторе VT2 собрана схема стабилизации амплитуды генерируемых колебаний. Выходное напряжение синусоидальной формы через С1 и R1 подается на переменный резистор R8, который является регуляторов выходного сигнала НЧ генератора и регулятором глубины амплитудной модуляции ВЧ генератора.
ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
ВЧ генератор реализован на транзисторах VT5 и VT6. С выхода генератора через С26 сигнал подается на усилитель собранный на транзисторах VT7 и VT8. На транзисторах VT4 и VT9 собран модулятор ВЧ сигнала. Эти же транзисторы используются в схеме стабилизации амплитуды выходного сигнала. Не плохо бы для этого генератора изготовить аттенюатор, или Т, или П типа. Рассчитать такие аттенюаторы можно с помощью соответствующих калькуляторов для расчета Т-аттенюаторов и П-аттенюаторов. Вот вроде и все. До свидания. К.В.Ю.
Скачать схему.
Рисунок печатной платы генератора ВЧ
Рисунок в формате LAY любезно предоставил Игорь Рожков, за что я ему выражаю благодарность за себя и за тех, кому этот рисунок пригодится.
В приведенном архиве размещен файл Игоря Рожкова к промышленному радиолюбительском генератору, имеющему пять диапазонов ВЧ — ГУК-1. Плата приведена в формате *.lay и содержит доработку схемы (шестой переключатель на диапазон 1,8 — 4 МГц), ранее опубликованную в журнале Радио 1982, № 5, с.55
Скачать рисунок печатной платы.
Доработка генератора ГУК-1
FM модуляция в генераторе ГУК-1.
Еще одна идея модернизации генератора ГУК-1, я ее не пробовал, потому, как у меня собственного генератора нет, но по идее все должно работать. Эта доработка позволяет настраивать узлы, как приемной, так и передающей аппаратуры, работающей с применением частотной модуляции, например радиостанций СВ диапазона. И, что не маловажно, с помощью резистора Rп можно подстраивать несущую частоту. Напряжение, которое используется для смещения варикапов должно быть обязательно стабилизированным. Для этих целей можно использовать однокристальные трехвыводные стабилизаторы на напряжение 5В и небольшим падением напряжения на самом стабилизаторе. В крайнем случае можно собрать параметрический стабилизатор, состоящий из резистора и стабилитрона КС156А. Прикинем величину резистора в цепи стабилитрона. Ток стабилизации КС156А лежит в пределах от 3ма до 55ма. Выберем начальный ток стабилитрона 20ма. Значит при напряжении питания 9В и напряжении стабилизации стабилитрона 5.6В, на резисторе при токе в 20ма должно упасть 9 — 5,6 = 3,4В. R = U/I = 3,4/0,02 = 170 Ом. При необходимости величину резистора можно изменить. Глубина модуляции регулируется все тем же переменным резистором R8 — регулятор выходного напряжения НЧ. При необходимости изменить пределы регулировки глубины модуляции, можно подобрать номинал резистора R*.
Обсудить эту статью на – форуме “Радиоэлектроника, вопросы и ответы”.
Просмотров:29 043
Генератор сигналов
– обзор
2.8 Определение характеристик на уровне системы
Определение характеристик микроволновых модулей на системном уровне становится ключевым шагом для правильной реализации подсистем передатчика и приемника как для моделирования, так и для целей проверки.
Современные сложные схемы модуляции требуют специфической характеристики различных модулей. Фактически, классические методы непрерывной волны (CW), описанные в предыдущих разделах, наряду с двухтональными тестами, не могут обеспечить полное и точное представление фактического поведения в присутствии сложных модулированных сигналов вместо периодических и по сути узкополосных возбуждений.
Измерительные установки системного уровня можно рассматривать как цифровые приемопередатчики, поскольку данные на входе усилителя мощности должны быть модулированы в цифровой форме, а совокупность основной полосы частот должна быть восстановлена по выходу усилителя мощности.
Эти приборы дают чрезвычайно важные результаты, поскольку они напрямую сообщают об эффектах в основной полосе частот искажений, вносимых нелинейностями PA. Фактически, они могут дать прямое представление о влиянии PA на поведение и производительность системного уровня, например, обеспечить оценку во временной области для цифровых синфазных ( I ) и квадратурных ( Q ) символов полосы частот.
Простейший подход к этим измерениям заключается в использовании базового анализатора спектра (см. Рисунок 2.15). Эта характеристика предоставляет только информацию о величине, не касаясь измерения фазы, что является основополагающим для современных сложных модуляций.
Рисунок 2.15. Принципиальная схема анализатора спектра.
В этом приборе супергетеродинный приемник качается, что позволяет регистрировать сигнал мощности в зависимости от частоты. После преобразования с понижением частоты сигнал фильтруется широкополосным фильтром с высоким разрешением и проходит через схему детектора амплитуды.Прокручивая настраиваемый фильтр по интересующему диапазону частот, характеристика может быть проведена во всем диапазоне частот. Принимая во внимание точность измерения, важно, чтобы входные сигналы оставались постоянными и стабильными во время развертки частоты; состояние, которого не всегда легко достичь.
Современное поколение анализаторов спектра может включать цифровые элементы, такие как аналого-цифровое преобразование или системы обработки цифровых сигналов.
В последние годы были предложены новые специальные настройки для преодоления ограничений анализатора спектра.По сути, они состоят из двух новых инструментов: генератора векторных сигналов (VSG) и его аналог, анализатора векторных сигналов (VSA). Этот прибор находится в постоянном развитии и представляет собой ядро любого стенда для определения характеристик основной полосы частот.
VSG (см. Рисунок 2.16) может генерировать либо CW, либо произвольно модулированные сигналы, которые могут присутствовать на входе DUT. Он состоит из трех основных блоков:
Рисунок 2.16. Принципиальная схема векторного генератора сигналов.
- •
генератор сигналов произвольной формы (AWG)
- •
гетеродин
- •
смеситель с повышающим преобразованием (часто квадратурный модулятор)
Более конкретно, он включает настраиваемое радио, с AWG (модулятором), работающим на компонентах основной полосы частот I и Q , поступающих от цифро-аналоговых преобразователей (АЦП) (часто дифференциальных), работающих как своего рода модем.Затем сигнал фильтруется, преобразуется с повышением частоты до локально сгенерированной несущей РЧ-частоты и в конечном итоге усиливается для достижения необходимого уровня мощности.
VSA извлекает из высокочастотного модулированного сигнала поток данных основной полосы частот, обычно квадратурно демодулированный до компонентов I и Q (см. Рисунок 2.17). Он ведет себя аналогично анализаторам спектра последнего поколения, по крайней мере, для аналоговой высокочастотной части, но отличается в отношении возможностей обработки данных с помощью дигитайзера основной полосы частот.
Рисунок 2.17. Принципиальная схема векторного анализатора сигналов.
Понижающий преобразователь, микшер и дигитайзер (АЦП) в данном случае представляют три основных блока. Согласно схеме на рисунке 2.17, операции VSA можно разделить на последовательные этапы: преобразование сигнала с преобразованием частоты (ослабление и преобразование с понижением частоты), аналого-цифровое преобразование, квадратурное обнаружение, цифровая фильтрация и повторная выборка, сохранение данных в памяти. и, наконец, обработка данных и анализ БПФ.
Основные проблемы этих приборов типичны для любой линии передачи: амплитудные и фазовые искажения, искажения I и Q , а также спектральная чистота стимула. Обычно они сокращаются и частично компенсируются специальными решениями как на программном, так и на аппаратном уровне [72–76].
2.8.1 Синхронизация измерительной системы
При правильной настройке и синхронизации VSA и VSG с остальным измерительным оборудованием установка обеспечивает векторные измерения во временной и частотной областях сигналов на выходе DUT (обычно ВЧ-усилитель).Все инструменты синхронизируются с общим генератором 10 МГц, обеспечивающим общий опорный сигнал. Необходимо обеспечить правильную синхронизацию и синхронизацию, чтобы правильно запустить генератор и приемник.
Процедура выполнения точного измерения нетривиальна. Частота дискретизации должна быть в три / четыре раза выше, чем ширина полосы сигнала, чтобы обнаруживать интермодуляцию в соседних каналах. Более того, блоки данных сбора данных должны быть достаточно большими, чтобы собирать всю форму сигнала, генерируемую VSG.Другим важным параметром является диапазон частот, который следует выбирать в соответствии с тактовой частотой модулятора IQ .
В частности, полоса разрешения сильно влияет на размер выборки (распределение памяти) и количество вычислений БПФ (т. Е. Время измерения). Например, при использовании модулированного сигнала с частотой дискретизации 10 МГц для достижения полосы разрешения 10 Гц требуется один миллион точек для БПФ. Таким образом, очевидно влияние на необходимую память для хранения и требуемое время измерения.Выбрав подходящую частоту дискретизации, фильтры сглаживания (управление окнами) и прореживание, эту проблему можно частично преодолеть, когда требуется узкая полоса пропускания.
Как и предполагалось, основной операцией во время измерений VSG-VSA является правильная синхронизация двух приборов. Любое смещение между потоками генерации и сбора данных означает потерю выборок данных, неправильную выборку и, как следствие, неточные измерения. Распространенной стратегией решения этой проблемы является вставка в начале последовательности некоторых маркеров (например, известной последовательности данных), которые будут использоваться во время постобработки для правильной синхронизации.Для получения высокоточных измерений необходимо уделять особое внимание правильной корректировке и передаче уровней мощности от генератора и приемника на правильные опорные плоскости ИУ. С этой целью могут быть приняты дополнительные шаги калибровки, как в [77], где потери, вносимые установкой датчика при колебании сигнала на рис. 2.18, учитываются путем добавления к стандартной калибровке сквозного измерения. В этом случае VSA подключается к выходу стенда, используя однотональный вход. Измерения мощности, выполненные VSA и стендом, собираются и сравниваются для получения частотно-зависимого калибровочного коэффициента.
Рисунок 2.18. Пример схемы испытательного стенда модулированного сигнала для определения характеристик на пластине.
Обычно настройки определения характеристик на уровне системы дополняются возможностями цифрового предыскажения (либо через ПК, либо через специализированное оборудование, например, на основе интегральных схем программируемых вентильных матриц (FPGA)).
В этом контексте трансивер векторных сигналов появился для обработки сигналов и управления в реальном времени как новый класс приборов, сочетающих VSG, VSA и FPGA.Схема блока представлена на рисунке 2.19. Программируемая пользователем ПЛИС позволяет настраивать реализацию алгоритмов на аппаратном уровне прибора и, в то же время, может использоваться для применения определенных стратегий коррекции к системе (например, предыскажения).
Рисунок 2.19. Пример принципиальной схемы приемопередатчика векторных сигналов (VST).
Коммерческие готовые продукты, реализующие сложные VSG / VSA с часто настраиваемыми программными процедурами для оценки различных показателей качества наиболее распространенных стандартов беспроводной связи, доступны у основных поставщиков ВЧ- и СВЧ-приборов, см. [75] и [78] –80] для получения более подробной информации о доступных продуктах.
Чтобы проверить качество анализируемых ИУ, ранее введенные показатели качества обычно пересчитываются в средние количества.
Что касается линейности, специфическим индикатором, обычно используемым для сложных схем модуляции, является величина вектора ошибки, которая количественно определяет различия между сигналами идеального созвездия и сигналами, измеренными на выходе PA (см. Рисунок 2.20). Измерительная установка представляет собой реальную систему цифрового приемопередатчика. Фактически, данные на входе PA модулируются в цифровом виде, и по выходу PA восстанавливается совокупность основной полосы частот.
Рисунок 2.20. Представление величины вектора ошибки.
Он дает чрезвычайно важные результаты, поскольку он напрямую сообщает об эффектах в основной полосе частот искажений, вносимых, например, нелинейностями PA. Фактически, он может дать прямое представление о влиянии РЧ на поведение и производительность на уровне системы, например, обеспечение оценки во временной области цифровых символов I и Q основной полосы частот.
Генератор ВЧ всех волн
построен и модифицирован sv3ora
РФ Генератор сигналов – это специальное тестовое оборудование, которое позволяет для тестирования широкого спектра ВЧ-схем и выполнения многих других интересные RF эксперименты.В течение нескольких лет я пытался выполнить радиочастотные эксперименты, которые требовали радиочастотного источника, используя специализированные узкополосные LC или даже кварцевые генераторы. После были завершены, я разобрал некоторые из них, так как мне нужен был компоненты, и мне пришлось перестраивать их в будущем, чтобы протестировать новые схемы. Когда осцилляторы не были разобраны, они оказались в Ящик для мусора цепей. Более или менее, я получил целую кучу узкополосные радиочастотные генераторы, большинство из них непригодны для моего следующего проекты, требующие других частот работы.Если вы действительно увлекаетесь радиочастотами, рано или поздно вам понадобится широкополосный генератор радиочастотных сигналов.
В настоящее время, с улучшениями в технологии DDS, синтезированный в цифровом виде частотно-стабильный широкополосный генератор ВЧ сигналов с хорошими характеристиками можно сделать по очень низкой цене. Практически нет смысла пытаться построить генератор радиочастотных сигналов аналогового типа, обычно состоящий из множества резонаторы, чтобы покрыть широкий диапазон частот. Но для homebrewer, ситуация может быть совсем другой.Есть разные причины для этого. DDS требует микроконтроллера для установки это частота. Для микроконтроллера требуется аппаратное обеспечение программатора и программное обеспечение, чтобы быть запрограммированным. ПК также необходим для программирование операций. Многие домашние пивовары не знают, как написать программу для управления DDS и изучить программирование MCU. сложно для многих. Таким образом, они полагаются на программы, созданные другими, и они не могут изменить свою работу в соответствии со своими потребностями.DDS также требует стабильный тактовый генератор с очень высокой частотой для его работы хотя ситуация становится немного лучше (требуется более низкая частота), если внутри микросхемы DDS есть внутренние умножители частоты. Отдельно от этих вещей пайка микросхемы DDS – кошмар для домашний пивовар с небольшим опытом или без опыта в SMD, и для этого требуется SMD оборудование. Крошечная распиновка микросхем DDS может быть доказана сложно паять, даже для более опытных людей и прототипов почти не может быть и речи.Наконец, микросхема DDS – это модуль «черного ящика». и экспериментатора РФ нет никакого реального удовлетворения, так как он не строить RF-схему, а просто использовать чип для создания RF без возможности изменить его радиочастотные характеристики. Найдите время, чтобы прочтите список требований в этом параграфе, и вы сразу понять, почему генератор на основе DDS не всегда лучший решение, практически говоря. Даже стоимость DDS, которая могла бы изначально считаться низким, может быть доказано, что он намного выше на конец, со всеми упомянутыми требованиями.
An вместо этого аналоговый генератор радиочастотных сигналов может быть построен с использованием нескольких дискретных компоненты спаяны с помощью обычного паяльника и нет предыдущий опыт работы с компонентами SMD или связанными с MCU вещами. Зависел на схему генератора и способ его сборки, общая стоимость может быть ниже, чем у генератора DDS, и резонаторы могут быть самодельный. В DDS результат формы выходного сигнала всегда один и тот же. (гарантируется спецификациями микросхемы DDS) при правильной сборке.тем не мение в аналоговом ВЧ генераторе качество выходного сигнала зависит от многих факторов, таких как топология схемы, ВЧ экранирование, механическая стабильность, добротность резонаторов и т. д. Но у вас есть полный контроль над этими вещами, и вам действительно нужно решить, как лучше всего соответствовать вашим требованиям, и в этом вся прелесть.
Есть плохо спроектированные аналоговые схемы ВЧ-генераторов или также плохо построенные как хорошие или правильно построенные.Я видел и тестировал довольно много генераторы сигналов, которые появляются в сети и в журналах, но я не действительно доволен конечным результатом любого из них. Это нормально строить плохой аналоговый генератор радиочастотных сигналов, если вы собираетесь делать только простые вещи с ним, но если вы собираетесь использовать его для более серьезной работы, выберите схему и способ постройки, которые подходят вашему стилю требования. Поскольку вы собираетесь приложить усилия и потратить свое время в любом случае при создании генератора ВЧ сигналов я бы посоветовал вам начать с более качественной схемой и построить ее как можно лучше, в зависимости от вашего свободного времени, вашего терпения и конечного результата, который вы попробуете достигать.
Для обычной домашней лаборатории основными характеристиками, которые отличают хороший аналоговый генератор ВЧ сигналов от плохого, в том, что касается качества генерируемого сигнала, являются:
- Широкий частотный диапазон.
Вам определенно нужен широкий частотный диапазон, чтобы вы могли тестировать больше цепей. в большем количестве частот. Чем шире, тем лучше, это основная цель вы делаете генератор сигналов. Однако имейте в виду, что, поскольку частота становится значительно выше, страдает стабильность частоты больше, и потребность в лучшей защите становится все более важной. - Переменный выходной уровень.
Уровень выходного сигнала сгенерированного сигнала должен иметь возможность варьироваться в широкий диапазон, так что вы можете тестировать оборудование как на очень низком, так и на высоком уровни. Обычно это достигается с помощью резистивного аттенюатора на выход генератора сигналов. Этот аттенюатор лучше быть переключаемый аттенюатор, а не просто потенциометр (делитель напряжения), поэтому что точные значения затухания известны, а вход и выход импедансы остаются постоянными независимо от настройки аттенюатора. - Постоянный выходной уровень.
Если вы используете выходной аттенюатор, вы можете установить уровень генератор на любое желаемое значение. Однако постоянный выходной уровень от генератор (до аттенюатора) желателен. Это потому что, независимо от настройки аттенюатора, вы ожидаете, что многие из ваших тесты, чтобы увидеть постоянный выходной уровень при настройке по частоте генератора, независимо от его уровня. Представьте себе, например, что вы хотите развернуть генератор, чтобы проверить реакцию широкополосного фильтр.Последнее, что вам нужно, это чтобы уровень генератора изменился. когда вы проходите через полосу пропускания фильтра. - Постоянное выходное сопротивление 50 Ом.
Выходное сопротивление ВЧ-генератор должен оставаться постоянным около 50 Ом на всех частотах, что является стандартным значением полного сопротивления большинства радиочастотных цепей, которые мы использовать сегодня. Иногда можно управлять нагрузкой с более высоким импедансом с помощью Источник 50 Ом, но обратное может вызвать проблемы из-за чрезмерного загрузка генератора.Постоянный импеданс должен поддерживаться на уровне различные настройки выходного аттенюатора (если вы его используете). А переключаемый аттенюатор, рассчитанный на 50 Ом, удовлетворяет этому требованию. - Низкие искажения (содержание гармоник).
Каждый осциллятор, даже синусоида, производит гармоники (искажения). В в случае однополосных генераторов эти гармоники могут быть очень Легко ослабляется фильтром нижних частот на выходе. Однако в широкополосные генераторы, затухание гармоник не может быть легко и дешево делается с использованием нескольких фильтров нижних частот для разных диапазонов, так обработка гармоник следует позаботиться о конструкции сердечника генератора и буферные усилители.Важно иметь низкие искажения, самые низкие тем лучше, особенно если вы собираетесь использовать ВЧ-генератор в качестве локального генератор к смесителям в приемниках прямого преобразования. - Достаточная стабильность частоты.
Это очень важные и наиболее разблокированные (VFO) аналоговые ВЧ генераторы. не способны обеспечить адекватную стабильность частоты. Вы хотите, чтобы ваш результат частота сигнала, чтобы оставаться на месте как можно дольше, если вы хотите для выполнения таких работ, как тестирование узкополосных фильтров и многие другие.это трудно добиться этого в разблокированном VFO, без печи, чтобы сохранить температура стабильна. Однако вы можете минимизировать дрейф частоты, использование более качественных катушек индуктивности и конденсаторов для определения частоты компоненты и конденсаторы NP0 в местах RF схемы. Возможна компенсация ухода частоты с использованием различных конденсаторов PPM. но это сложно, если в схема. - Шаг точной настройки
Я видел довольно много широкополосных ВЧ-генераторов, которые используют только один переменный конденсатор без редуктора для установки их частоты.Это нормально для общей настройки приемника, но для работы в узком диапазоне. (например, настройка фильтров SSB и CW), вам нужно уметь точно установить частоту. Другими словами, вам нужна тонкая настройка шаг “если нельзя это так назвать, потому что в аналоговые термины. Если для изменения частоты используется конденсатор переменной емкости, шаг точной настройки может быть выполнен с использованием механического редукторы. Если требуется очень точная настройка, вы можете даже подключите два таких привода последовательно. - Хорошая защита
Хорошее экранирование является обязательным условием для генератора радиочастотных сигналов хорошего качества. Экранирование гарантирует, что частотное искажение от ручных эффектов устраняется, когда вы приближаетесь к корпусу и ручкам или касаетесь их в передней панели генератора. Он также обеспечивает изоляцию внутри генератор. Если вы используете переключаемый аттенюатор, убедитесь, что вы экранировали это, поэтому никакой внешний сигнал не может пройти через него. Если ты хочешь идти крайний, каждый переключатель аттенюатора аттенюатора может быть независимо защищен от других.Высокое напряжение и трансформатор, который источник питания генератора должен быть экранирован от остальной части цепь тоже. Вы также можете использовать фильтры радиопомех в сети, чтобы предотвратить сетевой кабель от излучающего RF просочился из генератора. Целый Цепь ВЧ-генератора должна быть заключена в металлический корпус и заземлены, но не размещайте индукторы с воздушным сердечником слишком близко к металлы, если можно.
Уловка
для быстрой гравировки каналов на печатной плате, заключается в нанесении тонких боковых линий
сначала на каждой дорожке или контактной площадке, убедившись, что медь разрезает все
путь до стекловолокна. Затем очистите небольшую часть
медь из печатной платы на одной стороне следа. Наконец, воспользуйтесь пинцетом.
потянуть эту очищенную часть, и медь будет вытащена полностью
вдоль канала, изолируя след от медного заземления вокруг него.
Убедитесь, что вы накрываете красный светодиод небольшим кусочком черной термоусадочной трубки, чтобы создать светонепроницаемое ограждение для светодиода.Нагрейте тепловую термоусадочную трубку, и когда она еще горячая, удерживайте ее за оба конца плоскогубцами и дайте ему остыть, пока вы его держите. Когда он остынет, термоусадочная трубка будет оставайтесь на месте, закрыв оба конца, чтобы свет не попадал на ВЕЛ.
Вот еще картинки из моей реализации ВЧ генератора
Вернуться на главную сайт
Генераторы синусоидальной волны– Основы схемотехники
В нашей части 3 (из 4) мы поговорим о синусоидальных волнах и генераторах синусоидальных волн.
Синусоидальные волны, в идеале, не должны содержать гармоник вообще и часто используются в генераторах сигналов, используемых для тестирования усилителей и фильтров, а также радиочастотных (РЧ) цепей для обеспечения несущих сигналов для приемников и передатчиков. Спектральная чистота и стабильность имеют первостепенное значение. Хотя есть несколько способов генерировать синусоидальные волны, такие как цифровой источник, например Arduino, в этом уроке мы рассмотрим еще три распространенных способа сделать это.
Метод 1: Осцилляторы моста Вина
Макс Вин изобрел мостовой генератор Вина в 1891 году.В 1939 году под руководством Фредерика Термана два студента Стэнфордского университета, Хьюлетт и Паккард, разработали в своем гараже работающий генератор звуковых сигналов с использованием моста Вина и стабилизатора лампы. Это был их первый продукт и начало компании Hewlett Packard!
Схема, представленная ниже, очень похожа на конструкцию, за исключением того, что в ней вместо ламп (ламп) используется операционный усилитель. Он по-прежнему использует очень подходящий метод регулятора амплитуды лампы.
Мостовой осциллятор ВинаМостовая схема – C1 R4a и C3 R4b.R4 представляет собой потенциометр с двойным соединением и регулирует частоту, равную 1 / 2πRC. Предполагая, что R4 является центральным, скажем, 2k, это будет 1 / (2 * π * 5k * 0,01u) = 3kHz. Лампа представляет собой небольшую лампу накаливания на 12 В, как и в панельных контрольных лампах. Когда нить накала нагревается, ее сопротивление увеличивается, уменьшая ток через нее, уменьшая усиление и амплитуду на выходе, так что у вас есть очень эффективный контроль амплитуды отрицательной обратной связи. Идея состоит в том, чтобы настроить R2 так, чтобы цепь только колебалась.Это дает меньший выход, но лучшие характеристики с низким уровнем искажений.
C1 R4a – это последовательный фильтр или фильтр верхних частот, а C3 R4b – параллельный фильтр нижних частот. Когда они одинаковы в любой заданной точке, положительная обратная связь от выхода к неинвертирующему входу заставляет усилитель колебаться с коэффициентом усиления, установленным 1+ R2 / Rlamp.
Как видно из приведенного ниже дисплея Фурье, худшая гармоника на 58 дБ ниже; это около 0,13% THD. Если бы вы следовали этой схеме с фильтром нижних частот, настроенным на срез сразу после установленной частоты, вы могли бы сбить еще 30 дБ, сделав ее значительно ниже 0.01% при условии, что фильтр не добавляет слишком много собственных искажений.
Если генератор очень чистый, стабильный по амплитуде и может настраиваться в частотном диапазоне 10: 1, а также с настраиваемым диапазоном ограничения, из него получится хороший тестовый генератор. Но лучше было бы побольше вэлью банка – у меня было только 50к. Обратите внимание, что горшок должен быть типа LIN, а не типа LOG.
.
| Хорошая чистая синусоида | Все гармоники> 58 дБ вниз |
Метод 2: XR2206
Еще один очень удобный способ генерировать хороший синусоидальный сигнал с коэффициентом настройки 10: 1 – XR2206.Этот чип дает вам бонус в виде прямоугольной волны на выходе, который вы можете использовать для управления отображением частоты. Регулировка R5 и R7 установит THD ниже 1%. Кроме того, размыкание переключателя на контакте 13 изменит синусоидальную волну на довольно хорошую форму треугольника. Этот генератор легко будет работать от 10 Гц до 100 кГц, что делает его отличным настольным генератором звуковых сигналов или полноценным функциональным генератором. Комбинируя два из этих генераторов функций и модулируя один с другим, можно синтезировать практически любой звуковой сигнал тревоги или сирену полиции / скорой помощи.
Генератор синусоидальных, прямоугольных и треугольных сигналов 2206| Аудиогенератор 2206 | 2206 PCB |
Метод 3: Осциллятор Клаппа
Если вам нужно иметь синусоидальную волну на гораздо более высоких частотах, чем мы можем получить с мостом Вина и 2206, вам нужно выбрать генератор типа RF (радиочастоты). Два распространенных типа – это Hartley, в котором используется индуктивность с ответвлениями, и Colpitts, в котором используется конденсатор с ответвлениями.Оба варианта – отличный выбор. Небольшая вариация Colpitts превращает его в генератор Клаппа.
Диаграмма A показывает базовую модель Colpitts. Обратите внимание, что C1 и C5 включены последовательно / параллельно L1 и образуют резонансный контур. В Clapp, показанном на диаграмме B, значение C7 сделано намного меньше, чем C2 и C6, и имеет гораздо большее влияние на настройку. Если C7 намного меньше, частота f в основном зависит только от C7 и более стабильна и настраивается в лучшем диапазоне. Вот почему схемы Клаппа часто являются более популярным выбором для радио VFO (генераторов переменной частоты).
Ниже показан рабочий VFO Clapp, и есть несколько интересных дополнений к базовой схеме. C1 R1 обеспечивает развязку от источника питания. RFC – это около 10 витков на ферритовой бусине, что дает источнику более высокий импеданс, а R3 обеспечивает смещение для полевого транзистора. C2 и C4 – это основные ограничения обратной связи, а C5 – переменные ограничения настройки. D1 R2 помогает снизить амплитуду, создавая лучшую синусоидальную волну.
Клапп VFO Сборка макета VFO Clapp в стиле RFНиже приведена форма волны Клаппа схемы выше, которая является хорошей синусоидой.Рядом с ним находится дисплей Фурье, показывающий вторую гармонику, которая почти на 40 дБ ниже (около 1% THD).
| Форма волны осциллятора Клаппа | Отображение Фурье 2-й гармоники осциллятора Клаппа составляет 1% |
Теперь мы рассмотрели четыре разных генератора синусоидальной волны, каждый из которых дает красивые чистые формы волны. В последней статье этой серии мы рассмотрим кварцевые генераторы.
Схема, работа, типы и их применение
Генератор сигналов – это один из видов испытательного оборудования, используемого для генерации формы волны или электрического сигнала.Они генерируют различные типы сигналов в зависимости от приложения. Таким образом, эти формы сигналов в основном используются в различных системах, таких как испытательные приборы, системы разработки и т. Д. Генераторы сигналов доступны в различных формах, где каждый тип используется для генерации различных типов сигналов в разных формах, таких как аудиосигнал, радиочастотный сигнал, импульсный сигнал и т. Д. аналоговые, цифровые и т. д. Эти системы доступны уже много лет, но существующие генераторы сигналов очень стандартные с точки зрения производительности, возможностей и т. д.В этой статье обсуждается обзор того, что такое генератор сигналов, работа и приложения.
Что такое генератор сигналов?
Определение: Электронное устройство или инструмент, который генерирует непрерывные и дискретные сигналы, такие как аналоговые и цифровые, называется генератором сигналов. Эти системы в основном используются для тестирования, отслеживания сигналов, отладки, поиска и устранения неисправностей, регулировки отклика усилителя и т. Д. На рынке доступно множество генераторов сигналов, каждый из которых имеет свойство модуляции и амплитуды.Таким образом, выходной сигнал генератора сигналов можно изменить, задав его амплитуду и частоту в процессе моделирования.
Блок-схема генератора сигналов
Блок-схема генератора сигналов показана ниже. В блок-схеме генератор, управляемый напряжением, является важной частью, поскольку входное управляемое напряжение может быть определено через частоту генератора, управляемого напряжением. Таким образом, как управляющее напряжение, так и частота ГУН прямо пропорциональны.
Как только сигнал поступает на управляющий вход, он генерирует частоту генератора. Как только входной аудиосигнал подан на управляющее напряжение, частотно-модулированный сигнал будет производиться с использованием ГУН. Генератор сигналов генерирует тональные сигналы, формы сигналов в цифровом и произвольном виде. Как только сигнал генерирует немодулированный сигнал, они, как известно, создают непрерывные волновые сигналы. Таким образом, он генерирует модулированный сигнал прямоугольной формы, сложные и треугольные волны и т. Д.
Блок-схема генератора сигналовДля FM схема модулятора может быть расположена после генератора, управляемого напряжением. Таким образом, это изменит выходное напряжение VCO за счет генерации выходного сигнала AM. Приемник можно проверить, используя такие свойства сигналов, как стабильность и точность.
Схема генератора сигналов
Чтобы проверить неисправность любой электронной схемы, используется метод отслеживания сигнала. Этот метод обычно используется в аудиоэлектронике для поиска и устранения неисправностей.Этот метод используется путем добавления источника сигнала на одном конце, и ответ можно проверить на оставшемся конце, независимо от того, где сигнал передается между этими двумя концами, и сегмент между этими концами работает нормально.
Принципиальная схема
Простая схема генератора сигналов показана выше. Эта схема может быть сконструирована с резистором и конденсатором, так что может быть сформирован простой генератор. Этот генератор генерирует богатый гармониками сигнал для вставки сигнала.
Типы генераторов сигналов
Генераторы сигналов подразделяются на различные типы в зависимости от мощности, а также функциональности. Они доступны в различных размерах, дизайне, а также параметрах. Так что эти генераторы используются для разных целей. Каждый генератор сигналов может подавать неограниченное количество сигналов для решения задач отладки.
Генераторы сигналов произвольной формы
Эти генераторы используются для генерации произвольных потоков цифровых данных. Таким образом, форма этих сигналов не может быть стабильной.Этот генератор включает в себя два отдельных выходных канала, используемых для мгновенной стимуляции двух систем. Основная функция этого генератора – активировать систему сложным сигналом. Этот генератор включает дисплей для отображения точной формы сигнала произвольной формы, что помогает избежать возможности ошибки при выборе формы сигнала из системной памяти. Пропускная способность этих генераторов ограничена, и по сравнению с функциональными генераторами эти генераторы дороги. Эти генераторы используются в коммуникациях, полупроводниковых компонентах и т. Д.
Генераторы ВЧ сигналов
Этот генератор разработан для генерации сигналов, таких как контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и прямой цифровой синтез. В большинстве генераторов сигналов ФАПЧ используется для обеспечения точности, а также стабильности, необходимой для системы. Эти генераторы выдают аналоговые сигналы в своем частотном диапазоне.
СВЧ и ВЧ генераторы примерно одинаковы, за исключением того, что они имеют различный частотный диапазон. Но по сравнению с ВЧ генераторами частотный диапазон микроволновых генераторов имеет более широкий диапазон частот.Генераторы радиочастотных сигналов в основном используются для тестирования систем, вещания аудио и видео, радиоэлектронной борьбы, радаров, спутниковой связи и т. Д. Эти генераторы доступны в трех формах, таких как аналоговая, векторная и логическая.
Генераторы звуковых сигналов
Эти генераторы играют ключевую роль в генерации звуковых сигналов в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Эти генераторы используются в аудиосистемах для проверки его частотной характеристики, а также для измерения искажений. Используя этот генератор вместе с простой схемой, также можно измерить очень небольшие искажения.Уровни гармонических искажений этого генератора меньше. Эти генераторы применяются в электронных лабораториях различного назначения. Эти генераторы используют сложные методы для генерации звуковых сигналов.
Генератор видеосигналов
Этот тип генератора в основном используется для генерации видеосигналов. Основной фактор, подобный синхронизации, будет влиять на качество видео на телевизоре, поэтому выходной сигнал видеогенератора обычно включает в себя сигналы синхронизации. Эти сигналы содержат горизонтальную и вертикальную синхронизацию.
Функциональный генератор
Функциональный генератор в основном включает в себя осциллятор, и основная функция этого типа генератора заключается в генерации простых повторяющихся сигналов, таких как синусоидальный, квадратный, треугольный и пилообразный. В настоящее время эти генераторы могут использовать методы цифровой обработки сигналов для создания цифровых сигналов и преобразования этих сигналов из цифровых в аналоговые. Существует множество таких генераторов, таких как черный ящик, включая интерфейсы USB, применимые в измерительной шине и т. Д.Эти генераторы применяются в сфере образования, ремонте электрических и электронных устройств и т. Д.
Генератор импульсов
Генератор импульсов используется для генерации сигналов в форме импульсов. Импульс, генерируемый этим генератором, включает в себя переменные задержки, переменное время нарастания и спада. Импульсные сигналы часто требуются при тестировании различных аналоговых или цифровых схем.
Форматы генераторов сигналов
Генераторы сигналов доступны в различных форматах, как и другие типы измерительных приборов.Эти форматы в основном зависят от конкретного типа генератора, однако доступны различные варианты, такие как приборная карта для испытаний в стойке, стендовое испытательное устройство, генератор сигналов на основе USB и использование формы сигнала, сгенерированной компьютером.
Существуют различные форматы, доступные для этих генераторов, в зависимости от физического формата устройства. Если пользовательское устройство является автономным, то инструмент для стендовых испытаний – идеальный вариант, за исключением систем и регионов, где доступны ПК.
Приложения
Генератор сигналов используется в следующих целях.
- Генератор сигналов произвольной формы используется в тестовых приложениях и приложениях высокого класса для проектирования
- Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов в основном используются для тестирования компонентов, тестовых систем и приемников в широком спектре приложений, таких как Wi-Fi, сотовая связь, радар, GPS , WiMAX, вещание аудио и видео, спутник, радиоэлектронная борьба и т.д.
Итак, это все о генераторе сигналов.При поиске этих генераторов наиболее важны частотные характеристики генератора сигналов, такие как диапазон частот, разрешение частоты, самые высокие входные каналы, скорость переключения и точность частоты. Точно так же есть некоторые спецификации, которые необходимо учитывать при выборе этих генераторов, таких как подключения к хосту, пользовательский интерфейс, хранилище, память, компьютерная шина и т. Д. Вот вам вопрос, каковы преимущества генератора сигналов?
Я спроектировал и построил собственный генератор функций
Последние два-три месяца я провел, работая над bFunc, платой генератора функций с открытым исходным кодом.У меня давний зуд было спроектировать небольшую часть оборудования с открытым исходным кодом, и мне нужен был генератор функций для моего собственного стенда. Я также был немного одержим микросхемами прямого цифрового синтеза, и мне нужен был предлог, чтобы использовать его в проекте.
Это моя рецензия на мою работу и небольшой предварительный обзор того, что готовится к следующему этапу проекта.
Мне часто задавали этот вопрос – в основном от моих друзей и членов семьи, которые не являются инженерами-электриками. Я воспринимаю это как знак того, что веду очень уравновешенный образ жизни.Так же важно, чтобы в вашей жизни были люди, которые не знают, что такое , что такое генераторы функций, как и иметь людей, которые делают , которые знают, что они из себя представляют.
Функциональные генераторы действительно являются обычным оборудованием для электрических испытаний. На самом базовом уровне они используются для генерации наиболее распространенных типов электрических сигналов: синусоидальной, треугольной и прямоугольной. Эти три типа сигналов – это хлеб с маслом лота электротехнических концепций.Наличие известного источника сигналов такого типа чрезвычайно полезно в лабораторных условиях. Если вам нужна демонстрация, это видео на YouTube из Ноттингемского университета является отличным введением в то, что делают генераторы функций.
Более дорогие генераторы функций могут делать более причудливые вещи: генерацию шума, генерацию сигналов произвольной формы и даже схемы модуляции RF (OOK, ASK, PSK, FSK). Это здорово, но я бы сказал, что 99% их использования и полезности исходит от этих трех исходных типов сигналов.
Причин множество.
У меня не было, а мне нужно было.
Само по себе это ужасная причина для создания собственного испытательного оборудования. Если, конечно, вы не работаете в какой-то действительно нишевой области физики, где у вас нет другого выбора, кроме как создать собственное испытательное оборудование.
Я начал изучать микросхемы прямого цифрового синтеза несколько месяцев назад и подумал, что они классные. Я также занимался разработкой некоторых настольных схем, но без генератора функций мне было трудно сравнивать их производительность с LTSpice.В конце концов я решил: «Это не так уж и сложно». Итак, я начал создавать генератор функций на базе микросхемы DDS. Почесывание собственного зуда казалось довольно верным способом мотивировать себя завершить это. К счастью для меня, этот проект почесал несколько проблем: потребность в генераторе функций, желание использовать микросхему DDS, желание делать больше встроенного программирования и т. Д. (Подробнее о встроенном программировании чуть позже.)
I Я не единственный любитель, у которого нет генератора функций.
Я видел достаточно снимков рабочего стола на / r / electronics, чтобы знать, что существует , очень много производителей в сети с очень небольшим количеством надлежащего испытательного оборудования. Более того – так много из них, кажется, не понимают, почему необходимо или полезно иметь испытательное оборудование. Многие люди создают проекты, не беспокоясь о том, чтобы поделиться действительно основными рабочими характеристиками своей работы. Никого не волнуют частотные характеристики своих схем? А как насчет фазовой характеристики ?!
Я бы также сказал, что многие люди действительно не могут позволить себе испытательное оборудование известных марок.У меня точно нет 1500 долларов, чтобы потратить на генератор функций Keysight. Думаю, то же самое верно и для значительной части любителей электроники в Интернете.
Моя гипотеза относительно создания bFunc на самом деле двояка:
- Многие производители не имеют доступа к приличному, доступному по цене испытательному оборудованию, и
- Многие производители не понимают, зачем им эти инструменты.
Я рассматриваю этот проект как прекрасную возможность убить двух зайцев одним выстрелом – дать сообществу разработчиков более совершенные инструменты и дать им инструмент, из которого они могут чему-то научиться.
Хотел еще программировать.
В последнее время у меня мало шансов заниматься программированием. Мне не хватало встроенного C. Пришло время снова почесать этот зуд.
По совпадению, я тусовался во многих уголках Интернета, которые действительно очень любят микроконтроллеры STM32 серии ST Micro. Я подумал, что это еще одна возможность убить двух зайцев одним выстрелом.
Я хотел попробовать начать (очень) малый бизнес.
Моей первоначальной целью для этого проекта было создать прототип и построить его вовремя для OSHWA Summit 2020.Я надеялся, что смогу пойти на конференцию и продать несколько из этих плат людям, которым нужен был дешевый небольшой функциональный генератор для стимуляции схем, которые они строят. Почему? Потому что я ни разу в своей проклятой жизни не продал ничего, и потому что я провел так много времени в Hacker News, что мне промыли мозги, заставив поверить в то, что предпринимательство – это ответ на все ваши проблемы.
А если серьезно. Я хотел попробовать свои силы в продаже продукта. Я никогда раньше этого не делал.Я хотел проверить свои идеи на рынке и посмотреть, как рынок отреагирует. Я рад сообщить, что пока что рынок положительно отреагировал!
Я хотел узнать про USB.
Универсальная последовательная шина – это везде . Он заряжает наши телефоны. Он регистрирует наши нажатия клавиш. Он передает наши данные между компьютерами – попробуйте, как Dropbox и Google Drive могут его вытеснить.
Я считаю, что USB – это фундаментальная технология для нашего современного цифрового общества. Такие технологии заслуживают изучения!
Я хотел отвлечься.
OSHWA Summit 2020 – это крайний срок, установленный мной для подготовки этого проекта.
С другой стороны, я уложился в срок!
С другой стороны, из-за COVID-19 саммит OSHWA был переведен на полностью цифровую конференцию.
В результате я не поехал в Нью-Йорк, я не представил свои работы, я не встретил других хакеров оборудования, я не прошел Go, я не собрал 200 долларов.
Это была краткосрочная неудача, но долгосрочная победа.Во-первых, у меня был хороший маленький проект, над которым нужно было работать в условиях изоляции от COVID-19. Это был действительно очень ценный . Всякий раз, когда мне скучно или тревожно, я могу на несколько часов исчезнуть в лаборатории электроники в подвале и раскрыть новую функцию, или провести несколько тестов, или написать краткое описание функций. Это похоже на головоломку, но с гораздо большим количеством таблиц данных и ошибок компилятора.
Все это дополнительное время привело к созданию лучшего продукта, более крутого и полезного маленького гаджета.За время, прошедшее после OSHWA, мне уже удалось добавить в bFunc множество важных функций, в том числе:
- Добавление номеров версий в кодовую базу и идентификаторов сборок в мою прошивку.
- Добавление поддержки загрузчика, чтобы прошивка могла быть обновлена через USB.
- Добавление функции пилообразной волны.
Я полагаю, что этот уровень функциональности станет еще богаче и полнее, если поработать еще несколько месяцев.
Ненавижу программировать большую часть тестового оборудования.
Я когда-либо имел дело только с дорогим тестовым оборудованием с дерьмовыми интерфейсами сценариев. Я ненавижу SCPI особенно страстно. Похоже, что это стандарт связи де-факто для большинства электронного испытательного оборудования. Я уверен, что он используется только потому, что у него много наследия. Мне трудно запомнить, излишне вложены и сложно запрашивать “на лету”.
Я хотел иметь шанс стать тем изменением, которое я хотел видеть в мире, в области программирования программируемого испытательного оборудования.Как спросите вы? К я написал свой проклятый серийный интерфейс для тестового оборудования .
Самая лучшая часть этого проекта, без сомнения, – это все классные вещи, которые я узнал. Все эти высокие цели потребовали чертовски много знаний.
Последовательные интерфейсы нетривиальны.
Вступая в этот проект, я просто предположил, что последовательные консольные терминалы – это просто стандартизированная вещь, которую все поняли, и что был согласован единственный «правильный путь».
Как я был очень, очень неправ.
Кажется, что каждая отдельная операционная система и пакет эмуляции терминала имеют свой собственный специальный набор управляющих символов и функций. Я этого не понимаю. Это похоже на то, что должно было быть стандартизовано много лет назад, но все мы знаем, как это получается:
Например: вы знаете, что такое большая проблема, чтобы правильно работать с несколькими ОС? Возврат. Позвольте мне объяснить:
- Mac отправляют символ DEL (
0x7F) при нажатии клавиши Backspace.Это связано с тем, что клавиша клавиатуры, которая обычно является «Backspace», на клавиатуре Mac является клавишей «Удалить». - Компьютеры Windows отправляют символ возврата (
\ b), как обычные машины. Я читал несколько сообщений на форуме в Интернете, в которых говорится, что такое поведение зависит от программного обеспечения эмуляции терминала. PuTTY, мой эмулятор терминала, работал как чемпион, безупречно удалял и стирал символы в буфере. Однако мне интересно, когда я получу сообщение об ошибке несовместимости терминала.
Я нахожу немного странным и удивительным, что в Windows было намного проще заставить последовательный терминал работать должным образом. Мак, я так и не понял. (Это то, что вы знаете, как исправить? Я был бы очень рад вашей помощи в этом проекте, если вы это сделаете.)
Это, должно быть, более сложная проблема, чем кажется – или, может быть, мне просто не хватает исторического контекста полностью решить сам.
ST Micro серьезно относится к опыту разработчиков.
Я мог бы написать об этом целый пост.Раньше я думал, что Microchip – настоящая стая ботаников в мире микроконтроллеров. Я могу сказать, просто из документации, что ST Micro дает им возможность за свои деньги. Когда начать? Есть так много вещей, которые показывают, насколько они заботятся о хороших впечатлениях для своих конечных пользователей.
Обширная подробная документация.
Тот факт, что сейчас 2020 год, и я должен назвать это аплодисментами, является настоящим шоком, но, эй, вот оно.
ST Micro очевидно, что неравнодушен к хорошей документации.Их таблицы данных: отлично .
Более того: ST написала уровень аппаратной абстракции для своих микроконтроллеров, а и – руководство по программированию для него. Поставщики довольно часто поставляют HAL. Не могу сказать, что когда-либо работал с человеком, который предоставил вместе с ним достойный бесплатный пакет документации. Браво!
A с батареями, встроенный загрузчик.
Эта единственная особенность серии STM32 – глоток свежего воздуха. Я мог бы написать целый пост фаната про встроенный загрузчик.Я работал со многими поставщиками микроконтроллеров, которые рекомендуют покупать следующую по величине деталь всякий раз, когда мы спрашиваем о возможностях загрузчика, потому что «вам понадобится дополнительное флеш-пространство для хранения загрузчика». Затем, когда мы предварительно условились обойтись без большей части, они вскользь упоминают, что их эталонный дизайн загрузчика поддерживает только UART и I2C – и что, если вам нужна поддержка USB, вам нужно будет написать его самостоятельно. Кажется, что каким-то образом протокол, для которого нам нужна поддержка загрузчика, – это , всегда – тот, который производитель не реализовал.
Я не знаю ни хрена , почему полупроводниковым компаниям это кажется хорошей бизнес-логикой.
Подумайте об этом. Периферийные USB-устройства полезны только в контексте USB-хоста, к которому они подключены. Это 2020 год, и большинство USB-хостов являются подключенными к Интернету персональными компьютерами, поэтому практически невозможно представить, что вы не сможете:
- Загрузить новое программное обеспечение из Интернета на свой персональный компьютер, а затем:
- Загрузить указанное новое программное обеспечение с с компьютера на периферийное USB-устройство.
У вас есть как минимум канал передачи данных 12 Мбит / с к периферийному устройству и подключение к Интернету на хосте. Почему не , вам нужна возможность обновления периферийных устройств ?!
Дополнительно – почему вы намеренно ограничиваете возможности обновления программного обеспечения, доступные вашим клиентам? На этом этапе вы просто накладываете искусственные ограничения на последующих клиентов и ограничиваете их возможности.
Вдобавок ко всему – ST принял еще одно отличное решение в отношении своего загрузчика.Они хранят это в ПЗУ. Единственный способ получить загрузчик из этого чипа – вырезать его из матрицы. Это абсолютно необходимо. Подключив загрузчик к кремнию, вы гарантированно получите встроенный метод восстановления.
Просто включение этой хорошо продуманной функции загрузчика телеграфирует мне лот о ST Micro. Здравый смысл, личный опыт и разговоры с множеством других инженеров по прошивке привели меня к выводу, что многие компании хотят иметь возможность обновить прошивку микроконтроллеров на месте.Оказывается также, что у многих из тех же компаний нет времени, опыта или мелочей, чтобы написать свою поддержку загрузчика. И зачем им это? Загрузчики – это сложно, достать правильно, а вообще с крайними корпусами!
ST Micro явно сделала свою домашнюю работу в своем сегменте рынка. Они заметили проблемы, с которыми сталкиваются их клиенты, и проявили достаточно уважения к своим клиентам, чтобы решить их проблемы. Это называется конкурентным преимуществом , друзья.
Огромная, богатая экосистема заметок приложений.
ST объяснит вам, как достичь практически любого низкоуровневого варианта использования, связанного с их микросхемами, программным обеспечением или периферийными устройствами. Везде, где ST не хватает – онлайн-сообщество любителей воспользуется слабостью.
Это был действительно замечательный проект с точки зрения приятного времяпрепровождения. На форумах Stack Overflow и ST информации о достаточно, чтобы охота за ней была увлекательной, но не настолько, чтобы достижение моих целей на уровне приложения начинало казаться невыполнимой задачей.
Инструменты Codegen чертовски полезны.
STM32CubeMX – фантастический инструмент для создания кода. Я думаю, что отчасти это связано с разумным использованием ограждений для кода с комментариями. Совершенно ясно, куда должен идти ваш собственный код – просто оставайтесь в пределах удобной границы комментариев / * USER CODE * / ! Если вы будете следовать этому руководству, действительно легко, снова вызовет инструмент кодогенерации позже в проекте, не опасаясь, что ваш код будет растоптан.
Это похоже на обман, конечно, но честно говоря – мне нравится знать, что я могу положиться на инструмент кодогенерации.Инициализация периферийного таймера сама по себе не является чрезвычайно ценной вещью. Важно то, что вы собираетесь использовать, этот таймер действительно имеет значение. Пусть инструмент кодогенерации запомнит, какие биты нужно установить. Я сосредоточусь на функциональности на уровне приложений. 🙂
Конкурентоспособные цены
ST не ругает цены на свои чипы. Digikey перечисляет цены чуть более $ 2,00 за штуку при количестве 5 тыс. Для линейки чипов STM32F103. Это отличное предложение для для 32-битного микропроцессора, работающего на частоте 120 МГц, с 64 КБ ОЗУ и 128 КБ флэш-памяти.
В стороне – я буду классифицировать этот побочный проект как с огромным успехом , если мне удастся продать достаточно плат, чтобы получить оптовые цены в 5 тысяч.
Пусть рынок проверит, что люди купят.
В начале этого проекта я прочитал Роба Фитцпатрика «Тест для мамы ». Если вы когда-нибудь задумывались о создании продукта, я настоятельно рекомендую The Mom Test . У него много отличных практических советов по проведению собеседований с пользователями по поводу ваших продуктовых идей.
В любом случае – одна из вещей, на которые указывает Роб в своей книге, – это то, как вы должны быть осторожными, рассказывая людям о своей идее.Это предрасполагает их учитывать свое мнение и чувства, а не свой опыт.
Это был урок, который я усвоил на собственном горьком опыте, когда отправил свой первоначальный проектный документ в Reddit для обратной связи. Боже, я когда-нибудь получал отзывы. Этот комментарий, в частности, был реальным трудно читаемым:
Честно говоря, разработка генератора 1 МГц не имеет для меня никакого смысла, если вы хотите, чтобы это было чем-то большим, чем проект личного обучения.
Особенно, когда есть хорошо задокументированные комплекты с использованием хорошо известных клонов XR2206 на AliExpress, которые делают это за 2–3 доллара.Вы не можете конкурировать с этим, даже если у них нет USB (зачем вам вообще USB для генерации базовых функций?) И они не подходят для макетов (что, вероятно, глупая идея – зачем вам хотите, чтобы генератор занимал место на вашей макетной плате вместо использования двух проводов для его подключения?). То, что гаджет имеет открытый исходный код, не продаст его, это не аргумент в пользу устройств этой ценовой категории.
И если вы хотите усовершенствовать и разработать генератор 10-20 МГц, тогда вы начнете выступать против конкурентов, как FeelTech FY6900 – генератор сигналов полной произвольной частоты, работающий на частоте до 60 МГц и стоящий около 100 долларов.У него действительно куча проблем, но дешевле, чем эта, вы не сможете построить собственное.
Если ваша цель – узнать что-то новое, во что бы то ни стало – вперед – это может быть интересный проект. Однако, если вы намереваетесь разработать что-то для продажи, как вы указали, вас ждет большое разочарование.
Этот комментарий почти убедил меня отказаться от всей проделанной работы и выйти из проекта.
Это было бы настоящим позором, потому что этот комментарий оказался неверным практически в каждом сделанном ими утверждении.
Итак, почему я обращаюсь к книге Роба Фицпатрика?
Один скептик в Интернете – это не рынок. Не принимайте строго сформулированное мнение одного человека по поводу реакции вашего целевого рынка.
Жесткие части генерации функций не являются цифровыми.
Цифровая часть этого проекта была на удивление легко. SI кристалла приличный. Сроки толерантности кристалла достойные. SI интерфейса SPI приличный. Заставить работать драйвер SPI тоже было не так уж сложно.
Аналоговый Электроника там, где все начинает усложняться.
Мне уже сообщали об одной ошибке против этого проекта на GitHub. В чем основная причина? Без сглаживающего фильтра . Классическая ошибка младшего курса электротехники. Но эй! Это столько же возможностей для следующей ревизии, сколько и немного постыдный недостаток текущего оборудования.
Раз уж мы говорим о досадных ошибках: микросхемы DDS полагаются на ЦАП текущего режима.Я недооценил, что это означало входить внутрь. Я ожидал, что это будет двухтактный источник тока – выталкиваю 3 мА, входящие 3 мА. Вместо этого я получил модулированный источник постоянного тока. Средний ток составляет 1,5 мА, что дает максимум 3 мА на выходе и минимум 0 мА. В результате – выход микросхемы DDS имеет приятное постоянное смещение постоянного тока 0,3 [В]! Это определенно , от чего я хочу избавиться в следующей сборке.
В-третьих, это сложная задача – разработать выходной каскад, который позволяет регулировать выходные параметры сигнала.Следующие вопросы сильно отняли у меня в голове за последние несколько недель:
- Как мне отрегулировать смещение постоянного тока?
- Как настроить амплитуду?
- Как подключить сигнал по переменному току?
На все эти вопросы нужно ответить за пределами цифровой области. И на все эти вопросы сложно ответить. Эта сложность усугубляется тем фактом, что мне нужно найти способ ответить на них, а также контролировать их в цифровой области. Помните – это генератор функций с цифровым управлением! Все в системе контролируется MCU.
Я так рада, что вы спросили!
В начале этого проекта я поставил перед собой пять целей:
- Узнать больше о USB.
- Подробнее о STM32.
- Собираю, программирую и отправляю что-нибудь самостоятельно.
- Согните мои программные мускулы.
- Попробуйте продать крошечный товар.
Я рад сообщить, что мне удалось достичь всех пяти целей. Еще лучше – у некоторых из них все еще есть тонн места для дальнейшего обучения.Я едва прикоснулся к возможностям STM32 и только начал исследовать небольшую часть возможностей USB.
bFunc Rev2 уже на горизонте. Я вижу много возможностей улучшить текущий дизайн.
Исправьте некоторые проблемы с разъемом.
Я неуклюже оторвал один из разъемов USB Micro на одной из плат. При более внимательном рассмотрении выяснилось, что на разъеме на самом деле не было надлежащих удерживающих контактов, поэтому удерживающие функции на печатной плате не использовались.Я ожидаю, что это станет драйвером некоторых возвратов и звонков клиентов в первой версии.
Частично причиной того, что мне удалось оторвать этот разъем, было то, что в то время плата была подключена к кабелю BNC. Платы rev1 на самом деле маленькие и не могут встать, когда подключен кабель BNC – у них недостаточно массы или размеров, чтобы уравновесить силу тяжести на кабеле BNC. Это, по сути, создаст скручивающую силу на USB-разъеме. Чтобы решить эту проблему, я хотел бы заменить вертикальный разъем BNC на угловой разъем BNC с краевым креплением, который свешивается с края платы.Я не думаю, что это полностью устранит скручивание USB-разъема, но это должно значительно снизить нагрузку на него.
Разработайте лучший выходной каскад.
Я действительно хочу добавить контроль амплитуды, контроль смещения постоянного тока и связь по переменному току. Я также хочу, чтобы все эти функции были полностью программируемыми. Есть также разумное количество функций, которые я должен добавить, чтобы сделать этот генератор «правильным» функциями, которым я пренебрегал / прямо забыл добавить в первой версии:
- Добавление фильтра сглаживания к выходу DDS.
- Добавление выходного драйвера,
- Завершение выходного драйвера резистором 50 Ом,
- Связь по постоянному току по умолчанию, без смещения постоянного тока.
- Добавление какой-то защиты от перегрузки по току.
- Добавление какой-то функции обнаружения пересечения нуля.
Добавьте возможности модуляции.
Мне бы очень хотелось включить в bFunc некоторые базовые возможности модуляции. Я мог бы сделать это сейчас, но я думаю, что дождусь следующей версии сборки – в основном потому, что я довольно серьезно подумываю о переходе с AD9837 на чипсет AD9834 в следующей версии.AD9834 добавляет GPIO-управление регистрами выбора фазы и частоты. У меня есть мысленное представление о том, как это активирует схемы PSK и FSK, и я почти уверен, что и то, и другое будет легче сделать с помощью управления GPIO. У меня также есть подозрение, что функция обнаружения пересечения нуля, о которой я упоминал ранее, также улучшит это.
Добавьте шум.
Встроенный ЦАП STM32F103 может генерировать псевдослучайный шум. Я хотел бы добавить эту возможность в следующую версию.
Улучшение функций графического интерфейса.
Мне бы хотелось сделать графический интерфейс Python более богатым, более отзывчивым и более полезным для создания заданной формы выходного сигнала. Вот несколько идей для этого:
- Добавление изображения формы волны, которую будет выводить генератор, с аннотациями временной развертки и амплитуды,
- Добавление всплывающих подсказок к кнопкам и полям в приложении,
- Добавление строки меню чтобы переместить некоторые менее используемые функции из окна графического интерфейса пользователя в область уведомлений.
Улучшение адаптации графического интерфейса пользователя.
Насколько я могу судить, ни один из моих пользователей не пользуется преимуществами (по общему признанию, довольно тонкого) GUI-клиента, который я написал как оболочку для интерфейса командной строки. Думаю, я мог бы значительно улучшить это, сделав несколько вещей:
- Рекламировать свое существование.
- Улучшение процесса установки / настройки. Сейчас он доступен только как программа, запускаемая из командной строки. Я бы хотел, чтобы это была программа, которая запускается из меню «Пуск» Windows или док-станции OS X.
Создайте автоматическое тестовое приспособление.
Программирование каждой платы и выполнение исходящего контроля качества на каждой убедило меня, что это область, созрела для некоторой автоматизации. Это повторяющаяся задача, и это довольно скучно. Такие вещи допускают ошибки.
Я бы убил прибор с фиксацией pogo, который выполнял бы некоторую комбинацию из следующего:
- Обеспечивает питание платы bFunc,
- Запрограммировал начальный образ прошивки (либо через ST-Link, либо через загрузчик USB DFU),
- Устанавливает соединение USB CDC с платой и подтверждает, что был запрограммирован правильный идентификатор сборки.
- Установите тестовую форму волны на выходе, сделайте выборку формы волны и выполните небольшие вычисления, чтобы подтвердить правильность работы.
Я думаю, что это было бы относительно просто сделать с Raspberry Pi и прибором для тестирования оборудования. Мне нужно будет добавить несколько тестовых точек в следующую версию, чтобы дополнить это.
Лучше создавайте спрос.
Одна из моих целей – превратить это в скромный побочный бизнес. Это самая сложная часть процесса.
На данный момент я в основном генерировал спрос, публикуя свой прогресс на Reddit.Меня немного беспокоит, что я засыпаю этот канал до смерти. Я, , действительно, не хочу, чтобы меня забанили из / r / electronics, что я люблю. Но в то же время там полно людей, которых я считаю своими клиентами: любителей электроники.
Думаю, имеет смысл провести простейший тест целевой страницы, подкрепленный несколькими сотнями долларов, потраченными на Google AdWords, просто чтобы увидеть, есть ли еще один сегмент рынка, который мне не хватает.
Также пора потратить немного усилий на привлечение большего количества клиентов.Это просто базовая документация о том, как начать пользоваться созданными мной досками, вносить свой вклад в проект и, возможно, вики или форум, чтобы помочь людям получить ответы на свои вопросы.
Это было намного более вдохновляюще, чем головоломка в условиях изоляции, это точно.
Я буду рад получить известие от вас, если вам нужна печатная плата, вы хотите получить отзывы о дизайне или просто хотите поделиться своими впечатлениями по электронной почте.
⤧ Следующее сообщение Иногда вам просто нужен новый Linux Box ⤧ Предыдущий пост Почему вы должны писать вместо собрания? Генератор радиочастотных сигналовDDS Arduino Shield AD9910 600 МГц
Эта история началась в тот момент, когда нам понадобился источник радиочастотного сигнала для наших экспериментов с SDR-радио.
Для выполнения такой задачи идеально подходит метод DDS (прямой цифровой синтез). На рынке уже существуют готовые ИС (интегральные схемы) для DDS, вот самые распространенные среди них от Analog Devices IC: AD9910, AD9912, AD9914 и AD9915. Мы выбрали AD9910, потому что он обладает всеми необходимыми нам качествами и имеет разумную цену.
Для нас важными были такие параметры, как: высокая стабильность частоты, низкий уровень фазовых шумов, а также минимальное количество гармоник и паразитов.Естественно, при работе с SDR-радио требовалась возможность быстрой и удобной регулировки выходной частоты в широком диапазоне, например от 100 кГц до 500 МГц.
Оригинальная оценочная плата стоит более 600 долларов США. Поэтому мы решили сначала поискать китайский клон такой платы, и его легко нашли и купили на eBay по цене 70 долларов:
AD9910 DDS Board из Китая
Когда к нам попала китайская копия, оказалось что для него нет существующего программного обеспечения, и продавец не смог предоставить нам даже схему подключения! Было печально, что даже поиск в интернете не дал ответа, как подключить китайскую плату к микроконтроллеру.На то, чтобы перерисовать схему этой платы на бумаге, у нас ушло 3 полных рабочих дня. Эта задача осложнялась тем, что плата была черного цвета и на ней были очень плохо видны печатные проводники.
После того, как схема была составлена и перед первым запуском, мы решили измерить и проверить номиналы некоторых элементов, которые вызвали у нас подозрение, и оказалось, что в схему фильтра контура ФАПЧ были установлены элементы с неправильными номиналами. Пришлось пересчитать их согласно даташиту на AD9910 (стр.26) и замените их правильными. При дополнительном осмотре китайской платы выяснилось, что между несколькими ножками AD9910 (сделанные китайским рабочим при сборке этой платы) произошло короткое замыкание, а одна ножка вообще не припаяна. Естественно, все эти недостатки нужно было устранить до первого запуска.
Далее последовал этап подключения к микроконтроллеру. Чтобы не создавать лишних трудностей при программировании в качестве контроллера для управления AD9910, мы выбрали Arduino Mega.Но поскольку ATmega2560, который установлен на Arduino Mega, имеет уровни сигнала 5 В, а AD9910 – 3,3 В, ему также пришлось подключить дополнительный преобразователь уровня на 32 канала.
После этого пришлось изучить даташит на AD9910 и написать управляющую программу. И только после этого можно было включить всю эту схему и измерить выходной сигнал. Лучше все это делать с помощью анализатора спектра. Когда мы включили анализатор спектра, мы были неприятно удивлены тем, насколько все было ужасно:
Спектр для платы DDS AD9910 из Китая
Сравнение нашей платы GRA & AFCH DDS9910 и китайской платы
Было много гармоник и паразитов на экрана, а их уровень достиг -25 дБм! И это при том, что согласно документации Analog Devices к AD9910 уровень гармоник не должен превышать -60 дБмВт.Этого уже было достаточно, чтобы понять, что ничего хорошего из использования этой платы в качестве гетеродина для SDR-приемника не выйдет. Но мы решили на практике убедиться, насколько все будет плохо.
Для приема сигнала использовался приемник на базе микросхемы MC3362, ВЧ сигнал с DDS AD9910 подавался на гетеродинный вход MC3362, а в качестве передатчика использовалась радиостанция Yaesu VX-6R. Но, несмотря на качественный передатчик, кроме шума и визга мы ничего не слышали.
Поэтому мы поставили цель создать генератор с характеристиками, заявленными в Datasheet и Application Notes к AD9910 в виде Shield for Arduino, то есть с возможностью подключения без дополнительных проводов и внешних периферийных схем, таких как как преобразователи уровня.
Создавая такой щит, мы строго придерживались всех рекомендаций производителя, а кое-что сделали даже лучше. Вот неполный перечень основных технических решений, которые позволили нам в итоге добиться хорошего результата:
- В соответствии с рекомендацией Analog Devices, мы использовали 4-х слойную плату, а не 2-х слойную, как китайцы сделали для удешевления производства.
- Analog Devices рекомендует разделять или разделять силовые линии аналоговых и цифровых схем с помощью FB (ферритовые шарики), но мы сделали даже лучше: каждая силовая цепь стабилизирована отдельным стабилизатором LDO (Low-Dropout Regulator) и разделены с помощью FB.
- Сама схема питания была реализована таким образом, что устройство могло питаться как от USB, так и от внешнего источника питания на 7 вольт. ВАЖНО: не использовать внешний источник питания с напряжением выше 7 вольт, так как DDS питается от линейных стабилизаторов с низким уровнем пульсаций, но они могут выйти из строя из-за перегрева, если они запитаны напряжением выше 7 вольт.Именно благодаря правильной разводке платы, наличию на плате качественных стабилизаторов, танталовых конденсаторов и обычного конденсатора емкостью 1000 мкФ, можно было разогнать ядро DDS до 1,5 ГГц и это при питании от USB. !
- Мы выяснили, что одной из причин появления большого количества гармоник на китайской плате является тактовый генератор DDS. Китайцы использовали генератор с выходом TTL 3,3 Вольта. Такой генератор выдает прямоугольный сигнал с бесконечным числом гармоник.Поэтому мы использовали генератор с обрезанным синусом TCXO, так как он имеет минимальный спектр. К тому же он более стабилен по сравнению с генератором TTL.
- Следующая проблема с китайской платой заключалась в том, что при тактировании от внешнего источника входной сигнал проходил через обычную перемычку, которая предназначена только для передачи низкочастотного сигнала, а не сигнала с частотой 1 ГГц! Поэтому для переключения источников синхронизации мы используем проходные конденсаторы, которые необходимо припаять к соответствующему месту для подключения нужного источника синхронизации.
- Все источники тактовой частоты (кроме кварцевого) подключаем через балун, чтобы исключить возможные синфазные помехи.
- Мы установили выходной трансформатор на выходах + IOUT / -IOUT AD9910 для подавления четных гармоник и увеличения уровня выходного сигнала на 3 дБмВт.
- Мы использовали выходной фильтр уже 7-го порядка, он был рассчитан и смоделирован в программе AWR Microwave Office, а конструкция и компоновка секции печатной платы для этого фильтра были взяты из Application Notes AN-837 из Аналоговые устройства.
Всего на данный момент устройство имеет следующий вид:
- Форм-фактор Shield для Arduino Mega.
DDS9910 as Arduino Shield
- На плате установлены два высокоскоростных преобразователя уровня, которые (помимо управления по шине SPI) позволяют управлять DDS через параллельный интерфейс. Таким образом, можно использовать все функции без лишних проводов и подключения внешних цепей.
- Щит оснащен 0.Съемный 96-дюймовый OLED-дисплей.
- На устройстве есть 3 кнопки для управления и навигации по меню.
Программная часть устройства позволяет настраивать и сохранять в энергонезависимой памяти EEPROM следующие параметры:
- Частота выходного сигнала от 100 кГц до 450 МГц (600 МГц при разгоне 1,5 ГГц) с шагом 1 Гц. .
- Амплитуда выходного сигнала от 0 до -84 дБм (или от +4 при установке DAC Current HI).
- Выполнение AM (амплитудной модуляции) с настройкой:
- частотная модуляция от 10 Гц до 100 кГц.
- глубина модуляции от 0% до 100%.
- Произведите FM (частотную модуляцию) с регулировкой:
- частотную модуляцию от 10 Гц до 100 кГц.
- отклонения от 0 Гц до 100 кГц.
- Выберите источник тактовой частоты (XO, TXCO или внешний) и его частоту:
- Overclock (настройка частоты ядра) от 1000 МГц до 1500 МГц.
Мы провели измерения двух плат и сравнили их показания:
Phase Noise
Поскольку собственный фазовый шум DDS, очевидно, меньше, чем у генераторов PLL, окончательное значение сильно зависит от источника тактовой частоты. Чтобы достичь значений, указанных в таблице данных на AD9910, при разработке нашего DDS AD9910 Arduino Shield мы строго придерживались всех рекомендаций Analog Devices: 4-х слойная разводка печатной платы, раздельное питание всех 4-х линий питания (3.3 В цифровой, 3,3 В аналоговый, 1,8 В цифровой и 1,8 В аналоговый). Поэтому, покупая наш DDS AD9910 Arduino Shield, вы можете ориентироваться на данные из таблицы на AD9910.
и 15 показаны уровень шума при использовании внешнего опорного тактового 1 ГГц, с PLL выходной.
На рисунке 16 показан уровень шума при использовании встроенной ФАПЧ в DDS. ФАПЧ увеличивает частоту генератора 50 МГц в 20 раз. Мы используем аналогичную частоту – 40 МГц (множитель x25) или 50 МГц (множитель x20) от TCXO, что дает еще большую стабильность.
Сравнивая эти два графика, например, для Fout = 201,1 МГц и внутренней ФАПЧ, включенной при отстройке от несущей 10 кГц, уровень фазового шума составляет -130 дБн при 10 кГц. А при выключенной ФАПЧ и использовании внешней синхронизации фазовый шум составляет 145 дБн при 10 кГц. То есть при использовании внешнего тактового сигнала фазовый шум на 15 дБн лучше (ниже).
Для той же частоты Fout = 201,1 МГц и внутренней ФАПЧ, включенной при отстройке от несущей 1 МГц, уровень фазового шума составляет -124 дБн при 1 МГц. А при выключенной ФАПЧ и использовании внешней синхронизации фазовый шум составляет 158 дБн при 1 МГц.То есть при использовании внешнего тактового сигнала фазовый шум на 34 дБн лучше (ниже).
Вывод: при использовании внешней синхронизации можно получить гораздо меньший фазовый шум, чем при использовании встроенной ФАПЧ. Но не забывайте, что для достижения таких результатов к внешнему генератору предъявляются повышенные требования.
Проекты в области электроники: генератор четырех частот
При разработке, тестировании и обслуживании цифровых и аналоговых электронных схем и встроенных систем возникает потребность в сигналах TTL и CMOS, создаваемых источниками стабильной частоты.Эти источники также полезны для быстрой проверки осциллографов, пробников, мультиметров, частотомеров и другого измерительного оборудования. Эта схема генератора четырех частот производит фиксированные частоты 4 МГц, 6 МГц, 10 МГц и регулируемую прямоугольную волну с переменными частотами от 10 Гц до более 100 кГц.
Схема и рабочая
рис. 1 приведена схема опорного источника четыре частоты. Он состоит из трех шестнадцатеричных интегральных схем инвертора 74C04 (IC1, IC2 и IC3) и одной шестнадцатеричной микросхемы инверторного триггера Шмитта 74C14 (IC4).Каждый из четырех блоков схемы на рис. 1 вырабатывает прямой и инвертированный буферизованный сигнал.
IC1 использует кристалл XTAL1 для генерации сигнала с частотой 10 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON1. Номиналы конденсаторов C1, C2 и C3 зависят от параметров кристалла XTAL1 и IC1.
IC2 использует кристалл XTAL2 для генерации сигнала с частотой 6 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON2.
IC3 использует кристалл XTAL3 для генерации сигнала с частотой 4 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON3.
Как показывает практика, R2 = реактивное сопротивление C3 для IC1. То же самое и с IC2 и IC3.
IC4 и связанные с ним компоненты генерируют прямоугольный сигнал с частотой от 10 Гц до более 100 кГц. Частотные диапазоны выбираются переключателями S1, S2, S3 и S4.
Потметры VR1 и VR2 используются для регулировки частоты.VR1 предназначен для более точной настройки частоты, а VR2 – для грубой настройки частоты. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON4. Частоту можно рассчитать в соответствии с соотношением, указанным в таблице данных IC4.
Питание генераторов должно быть регулируемым; это осуществляется регулируемым регулятором LM317. Подстроечный потенциометр VR3 используется для регулировки напряжения питания 5 В.
Строительство и испытания
Односторонняя печатная плата реального размера для четырехчастотного генератора показана на рис.2 и его компоновка на рис. 3.
Загрузите PDF-файлы с макетами печатных плат и компонентов: нажмите здесьПетре Цв Петров был исследователем и доцентом Софийского технического университета (Болгария), а также экспертом-лектором в OFPPT (Casablance), Королевство Марокко.
