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

Содержание

Генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

В радиолюбительской практике часто возникает необходимости использовать генератор синусоидальных колебаний. Применения ему можно найти самые разнообразные. Рассмотрим как создать генератор синусоидального сигнала на мосту Вина со стабильной амплитудой и частотой.

В статье описывается разработка схемы генератора синусоидального сигнала. Сгенерировать нужную частоту можно и программно: Программа Audacity как простой генератор звука и шума

Наиболее удобным, с точки зрения сборки и наладки, вариантом генератора синусоидального сигнала является генератор, построенный на мосту Вина, на современном Операционном Усилителе (ОУ).

Мост Вина

Сам по себе мост Вина является полосовым фильтром, состоящим из двух RC фильтров. Он выделяет центральную частоту и подавляет остальные частоты.

Мост придумал, Макс Вин еще в 1891 году. На принципиальной схеме, сам мост Вина обычно изображается следующим образом:

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Картинка позаимствована у Википедии

Мост Вина обладает отношением выходного напряжения ко входному b=1/3 . Это важный момент, потому что этот коэффициент определяет условия стабильной генерации. Но об этом чуть позже

Как рассчитать частоту

На мосту Вина часто строят автогенераторы и измерители индуктивности. Чтобы не усложнять себе жизнь обычно используют R1=R2=R и C1=C2=C. Благодаря этому можно упростить формулу. Основная частота моста рассчитывается из соотношения:

f=1/2πRC

Практически любой фильтр можно рассматривать как делитель напряжения, зависящий от частоты. Поэтому при выборе номиналов резистора и конденсатора желательно, чтобы на резонансной частоте комплексное сопротивление конденсатора (Z), было равно, или хотя бы одного порядка с сопротивлением резистора.

Zc=1/ωC=1/2πνC

где ω (омега) — циклическая частота, ν (ню) — линейная частота, ω=2πν

Мост Вина и операционный усилитель

Сам по себе мост Вина не является генератором сигнала. Для возникновения генерации его следует разместить в цепи положительной обратной связи операционного усилителя. Такой автогенератор можно построить и на транзисторе.  Но использование ОУ явно упростит жизнь и даст лучшие характеристики.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Коэффициент усиления на троечку

Мост Вина имеет коэффициент пропускания b=1/3

. Поэтому условием генерации является то, что ОУ должен обеспечивать коэффициент усиления равный трем. В таком случает произведение коэффициентов пропускания моста Вина и усиления ОУ даст 1. И будет происходить стабильная генерация заданной частоты.

Если бы мир был идеальным, то задав резисторами в цепи отрицательной обратной связи, нужный коэфф усиления, мы бы получили готовый генератор.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Это неинвертирующий усилитель и его коэффициент усиления определяется соотношением:  K=1+R2/R1

Но увы, мир не идеален.… На практике оказывается, что для запуска генерации необходимо, чтобы в самый начальный момент коэфф. усиления был немного больше 3-х, а далее для стабильной генерации он поддерживался равным 3.

Если коэффициент усиления будет меньше 3, то генератор заглохнет, если больше — то сигнал, достигнув напряжения питания, начнет искажаться, и наступит насыщение.

При насыщении, на выходе будет поддерживаться напряжение, близкое к одному из напряжений питания. И будут происходить случайные хаотичные переключения между напряжениями питания.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Поэтому, строя генератор на мосте Вина, прибегают к использованию нелинейного элемента в цепи отрицательной обратной связи, регулирующего коэффициент усиления. В таком случае генератор будет сам себя уравновешивать и поддерживать генерацию на одинаковом уровне.

Стабилизация амплитуды на лампе накаливания

В самом классическом варианте генератора на мосте Вина на ОУ, применяется миниатюрная низковольтная лампа накаливания, которая устанавливается вместо резистора.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

При включении такого генератора, в первый момент, спираль лампы холодная и ее сопротивление мало. Это способствует запуску генератора (K>3). Затем, по мере нагрева, сопротивление спирали увеличивается, а коэффициент усиления снижается, пока не дойдет до равновесия (K=3).

Цепь положительной обратной связи, в которую был помещен мост Вина, остается без изменений. Общая принципиальная схема генератора выглядит следующим образом:

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Элементы положительной обратной связи ОУ определяют частоту генерации. А элементы отрицательной обратной связи — усиление.

Идея использования лампочки, в качестве управляющего элемента очень интересна и используется по сей день. Но у лампочки, увы, есть ряд недостатков:

  • требуется подбор лампочки и токоограничивающего резистора R*.
  • при регулярном использовании генератора, срок жизни лампочки обычно ограничивается несколькими месяцами
  • управляющие свойства лампочки зависят от температуры в комнате.

Другим интересным вариантом является применение терморезистора с прямым подогревом. По сути, идея та же, только вместо спирали лампочки используется терморезистор. Проблема в том, что его нужно для начала найти и опять таки подобрать его и токоограничиващие резисторы.

Стабилизация амплитуды на светодиодах

Эффективным методом стабилизации амплитуды выходного напряжения генератора синусоидальных сигналов является применение в цепи отрицательной обратной связи ОУ светодиодов (VD1 и VD2).

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Основной коэффициент усиления задается резисторами R3 и R4. Остальные же элементы (R5, R6 и светодиоды) регулируют коэффициент усиления в небольшом диапазоне, поддерживая генерацию стабильной. Резистором

R5 можно регулировать величину выходного напряжения в интервале примерное 5-10 вольт.

В дополнительной цепи ОС желательно использовать низкоомные резисторы (R5 и R6). Это позволит пропускать значительный ток (до 5мА) через светодиоды и они будут находиться в оптимальном режиме. Даже будут немного светиться 🙂

На показанной выше схеме, элементы моста Вина рассчитаны для генерации на частоте 400 Гц, однако они могут быть легко пересчитаны для любой другой частоты по формулам, представленным в начале статьи.

Качество генерации и применяемых элементов

Важно, чтобы операционный усилитель мог обеспечить необходимый для генерации ток и обладал достаточной полосой пропускания по частоте. Использование в качестве ОУ народных TL062 и TL072 дало очень печальные результаты на частоте генерации 100кГц. Форму сигнала было трудно назвать синусоидальной, скорее это был треугольный сигнал. Использование TDA 2320 дало еще более худший результат.

А вот NE5532 показа себя с отличной стороны, выдав на выходе сигнал очень похожий на синусоидальный. LM833 так же справилась с задачей на отлично. Так что именно NE5532 и LM833 рекомендуются к использованию как доступные и распространенные качественные ОУ. Хотя с понижением частоты гораздо лучше себя будут чувствовать и остальные ОУ.

Точность частоты генерации напрямую зависит от точности элементов частотозависимой цепи. И в данном случае важно не только соответствие номинала элемента надписи на нем. Более точные детали имеют лучшую стабильность величин при изменении температуры.

В авторском варианте были применены резистор типа С2-13 ±0.5% и слюдяные конденсаторы точностью ±2%. Применение резисторов указанного типа обусловлено малой зависимостью их сопротивления от температуры. Слюдяные конденсаторы так же мало зависят от температуры и имеют низкий ТКЕ.

Минусы светодиодов

На светодиодах стоит остановиться отдельно. Их использование в схеме синус генератора вызвано величиной падения напряжения, которое обычно лежит в интервале 1.2-1.5 вольта. Это позволяет получать достаточно высокое значение выходного напряжения.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

После реализации схемы, на макетной плате, выяснилось, что из-за разброса параметров светодиодов, фронты синусоиды на выходе генератора не симметричны. Это немного заметно даже на приведенной выше фотографии. Помимо этого присутствовали небольшие искажения формы генерируемого синуса, вызванные недостаточной скоростью работы светодиодов для частоты генерации 100 кГц.

Диоды 4148 вместо светодиодов

Светодиоды были заменены на всеми любимые диоды 4148. Это доступные быстродействующие сигнальные диоды со скоростью переключения менее 4 нс. Схема при этом осталась полноценно работоспособной, от описанных выше проблем не осталось и следа, а синусоида приобрела идеальный вид.

На следующей схеме элементы моста вина рассчитаны на частоту генерации 100 кГц. Так же переменный резистор R5 был заменен на постоянные, но об этом позже.

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

В отличие от светодиодов, падение напряжения на p-n переходе обычных диодов составляет 0.6÷0.7 В, поэтому величина выходного напряжения генератора составила около 2.5 В. Для увеличения выходного напряжения возможно включение нескольких диодов последовательно, вместо одного, например вот так:

Простой качественный генератор синуса на мосту Вина генератор синусоидаПростой качественный генератор синуса на мосту Вина генератор синусоида

Однако увеличение количества нелинейных элементов сделает генератор более зависимым от внешней температуры. По этой причине было решено отказаться от такого подхода и использовать по одному диоду.

Замена переменного резистора постоянными

Теперь о подстроечном резисторе. Изначально в качестве резистора R5 был применен многооборотный подстроечный резистор на 470 Ом. Он позволял точно регулировать величину выходного напряжения.

Использование переменного резистора в подобных цепях нежелательно по двум основным причинам:

  • ненадежность подвижного контакта
  • наличие у многооборотных подстроечных резисторов паразитной индуктивности, которая может отрицательно сказаться на качестве выходного сигнала

При построении любого генератора крайне желательно наличие осциллографа. Переменный резистор R5 напрямую влияет на генерацию — как на амлитуду так и на стабильность.

Для представленной схемы генерация стабильна лишь в небольшом интервале сопротивлений этого резистора. Если соотношение сопротивлений больше требуемого — начинается клиппинг, т.е. синусоида будет подрезаться сверху и снизу. Если меньше — форма синусоиды начинает искажаться, а при дальнейшем уменьшении генерация глохнет.

Так же это зависит от используемого напряжения питания. Описываемая схема исходно была собрана на ОУ LM833 с питанием ±9В. Затем, без изменения схемы, ОУ были заменены на AD8616, а напряжение питания на ±2,5В (максимум для этих ОУ). В итоге такой замены синусоида на выходе подрезалась. Подбор резисторов дал значения 210 и 165 ом, вместо 150 и 330 соответственно.

Как подобрать резисторы «на глаз»

В принципе можно оставить и подстроечный резистор. Все зависит от требуемой точности и генерируемой частоты синусоидального сигнала.

Для самостоятельного подбора следует, в первую очередь, установить подстроечный резистор номиналом 200-500 Ом. Подав выходной сигнал генератора на осциллограф и вращая подстроечный резистор дойти до момента когда начнется ограничение.

Затем понижая амплитуду найти положение, в котором форма синусоиды будет наилучшей.Теперь можно выпаять подстроечник, замерить получившиеся величины сопротивлений и впаять максимально близкие значения.

Если вам требуется генератор синусоидального сигнала звуковой частоты, то можно обойтись и без осциллографа. Для этого, опять таки, лучше дойти до момента когда сигнал, на слух, начнет искажаться из-за подрезания, а затем убавить амплитуду. Убавлять следует до тех пор пока искажения не пропадут, а затем еще немного. Это необходимо т.к. на слух не всегда можно уловить искажения и в 10%.

Дополнительное усиление

Генератор синуса был собран на сдвоенном ОУ, и половина микросхемы осталась висеть в воздухе. Поэтому логично задействовать ее под регулируемый усилитель напряжения. Это позволило перенести переменный резистор из дополнительной цепи ОС генератора в каскад усилителя напряжения для регулировки выходного напряжения.

Применение дополнительного усилительного каскада гарантирует лучшее согласование выхода генератора с нагрузкой. Он был построен по классической схеме неинвертирующего усилителя.

генератор синусоидального сигналагенератор синусоидального сигнала

Указанные номиналы позволяют изменять коэффициент усиления от 2 до 5. При необходимости номиналы можно пересчитать под требуемую задачу. Коэффициент усиления каскада задается соотношением:

K=1+R2/R1

Резистор R1 представляет из себя сумму последовательно включенных переменного и постоянного резисторов. Постоянный резистор нужен, чтобы при минимальном положении ручки переменного резистора коэффициент усиления не ушел в бесконечность.

Как умощнить выход

Генератор предполагался для работы на низкоомную нагрузку в несколько Ом. Разумеется ни один маломощный ОУ не сможет выдать необходимый ток.

Для умощнения, на выходе генератора разместился повторитель на TDA2030. Все вкусности такого применения этой микросхемы описаны в статье Схема повторителя напряжение на ОУ. Мощный повторитель напряжения на TDA2030.

А вот так собственно выглядит схема всего синусоидального генератора с усилителем напряжения и повторителем на выходе:

Простой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту ВинаПростой и качественный генератор синусоидального сигнала на мосту Вина

Генератор синуса на мосту Вина можно собрать и на самой TDA2030 в качестве ОУ. Все зависит от требуемой точности и выбранной частоты генерации.

Если нет особых требований к качеству генерации и требуемая частота не превышает 80-100 кГц, но при этом предполагается работа на низкоомную нагрузку, то этот вариант вам идеально подойдет.

Заключение

Генератор на мосту Вина — это не единственный способ генерации синусоиды. Если вы нуждаетесь в высокоточной стабилизации частоты то лучше смотреть в сторону генераторов с кварцевым резонатором.

Однако, описанная схема, подойдет для подавляющего большинства случаев, когда требуется получение стабильного, как по частоте так и по амплитуде, синусоидального сигнала.

Генерация это хорошо, а как точно измерить величину переменного напряжения высокой частоты? Для это отлично подходит схема которая называется Активный выпрямитель.

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

Follow @AudioGeek_ru

audiogeek.ru

Генератор синусоидального сигнала. Схема и описание — Уголок радиолюбителя

Данная схема генератора низкой частоты гармонического синусоидального сигнала предназначена для настройки и ремонта усилителей звуковой частоты.

Генератор синусоидального сигнала совместно с милливольтметром, осциллографом или измерителя искажений создает ценный комплекс для настройки и ремонта всех каскадов усилителя звуковой частоты.

Основные характеристики:

  • Генерируемые частоты: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц.
  • Максимальное гармоническое искажение (THD): 0,11% — 1 кГц, 0,23% — 300Гц, 0,05% — 3 кГц
  • Ток потребления: 4,5 мА
  • Выбор выходного напряжения: 0 — 77,5 мВ, 0 — 0,775 В.

Схема синусоидального генератора достаточно проста и построена на двух транзисторах, которые обеспечивают высокую частоту и амплитудную стабильность. Конструкция генератора не требует никаких элементов стабилизации, таких как лампы, термисторы, или других специальных компонентов для ограничения амплитуды.

Каждая из трех частот (300 Гц, 1 кГц и 3 кГц) устанавливается переключателем S1. Амплитуда выходного сигнала может быть плавно изменена посредством переменного резистора R15 в двух диапазонах, которые устанавливаются переключателем S2. Доступные амплитудные диапазоны: 0 — 77,5 мВ (219,7 мВ от пика до пика) и 0 — 0,775 В (2,191 В от пика до пика).

На следующих рисунках приведена разводка печатной платы и расположение элементов на ней.

Перечень необходимых радиодеталей:

  •  R1 — 12k
  •  R2 — 2k2
  •  R3, R4, R5, R15 — 1k переменный
  •  R6, R7 — 1K5
  •  R8 — 1k
  •  R9 — 4k7
  •  R10 — 3k3
  •  R11 — 2k7
  •  R12 — 300
  •  R13 — 100k
  •  С1 — 22n
  •  С2 — 3u3
  •  С3 — 330n
  •  С4 — 56n
  •  С5 — 330n
  •  С6, С7 — 100n
  •  D1, D2 — 1N4148
  •  T1, T2, T3 — BC337
  •  IO1 — 78L05

Если все детали установлены правильно и в монтаже нет никаких ошибок, генератор синусоидального сигнала должен заработать при первом же включении.

Напряжение питания схемы может быть в диапазоне 8-15 вольт. Чтобы поддержать стабильную амплитуду напряжения выходного сигнала, линия питания дополнительно стабилизирована микросхемой 78L05 и диодами D1, D2 в результате на выходе стабилизатора около 6,2 вольт.

Перед первым включением необходимо подключить выход генератора к частотомеру или осциллографу и с помощью подстроичных резисторов R3, R4 и R5 установить точную выходную частоту для каждого из диапазонов: 300 Гц, 1 кГц и 3 кГц. При необходимости, если не совсем удается подстроить частоты, то можно дополнительно подобрать сопротивления постоянных резисторов R6-R8.

http://pandatron.cz/?1134&sinusovy_generator_s_nizkym_zkreslenim

fornk.ru

Низкочастотные генераторы синуса на цифровых КМОП микросхемах

Генератор сигналов - вещь, немаловажная в радиолюбительском хозяйстве.
Конечно, при нашей всесторонней занятости и умении здраво оценивать ситуацию, оптимальными явились бы такие логические построения:
1. купить готовый DDS генератор у мастеровитых китайских хунвейбинов;
2. загрузить и пользовать программный продукт под названием - генератор сигналов на базе ПК.

Отличное умозаключение, но немного скучноватое... К тому же в некоторых случаях куда удобней пользоваться миниатюрным и почти ничего не потребляющим приборчиком на батарейке. Его можно систематически забывать выключить, ронять (желательно не в унитаз), шпынять и подвергать прочему физическому насилию... Всё равно работать будет как папа Карло, за себя и за всех отсутствующих!
Вот такой малопотребляющий и трудолюбивый персонаж легко можно соорудить на логических КМОП микросхемах.

Припадём к первоисточникам:

«СИНТЕЗАТОР "СИНУСА"      Hobby Elektronika, 11/99.

Эта простая схема, используя прямоугольный сигнал в качестве тактового, генерирует синусоидальный сигнал в диапазоне 0,01 Гц 1 МГц.

СИНТЕЗАТОР
Рис.1

Выходы Q0-Q3 двоичного счетчика IC1 через логические элементы IC2 подключаются к общему проводу (0) или к питанию (+15 В) через резисторы суммирующего каскада IC3, номиналы которых подобраны соответствующим образом.
Для четырех выходов существует всего 16 комбинаций, так что один полупериод строится из 16 ступенек.
Изменение уровня на выходе Q4 меняет состояние на одном из двух входов каждого логического элемента "Исключающее ИЛИ".
При логической "1" на входе элемент служит инвертором, при "О" - повторителем. Поэтому половину периода формируется положительная полуволна синусоиды, а затем - отрицательная, и весь цикл снова повторяется.
Таким образом, полный период складывается из 32 шагов, и, следовательно, выходная частота составляет 1/32 часть частоты тактового сигнала.
Амплитуда выходного сигнала определяется резистором R5. Вместо ОР77 можно использовать какой-либо другой операционный усилитель с относительно большой скоростью нарастания выходного напряжения.

Перевод А. Бельского для журнала   Радиолюбитель 10/2000.
От редакции. Микросхемы IC1 - IC3 можно заменить отечественными К561ИЕ16, К561ЛП2 и К544УД2.»

Измеренный коэффициент нелинейных искажений приведённого генератора - около 6% во всем диапазоне рабочих частот. Данные результаты получились с величинами резисторов: R1=10k, R2=25k, R3=51k, R4 - отсутствует. Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейности превысил 8%.

Более высокими характеристиками обладает схема, опубликованная в журнале Radioelektronik Audio-HiFi-Video, 1997, №11, p. 42, 43 и перепечатанная в РАДИО № 10, 1998, с. 80.

«ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА.

Если радиолюбителю необходим источник синусоидального сигнала с частотой до 100 кГц, то такой сигнал можно сформировать с помощью регистра сдвига и фильтра низших частот.

ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
Рис.2

Схема формирователя приведена на рис. 2. В нем используется регистр сдвига DD2 с суммированием сигналов с восьми его выводов на резистивной матрице.
На вход С микросхемы DD2 через инвертор на элементе DD1.1 подается тактовый сигнал формы меандр с частотой F. Использование обратной связи с выхода Q7 микросхемы DD2 на ее вход D через инвертор ВВ1.2 приводит к тому, что высокий уровень на всех выходах микросхемы DD2 сохраняется в течение прохождения восьми тактовых импульсов с учетом сдвига на каждом из выходов на один такт (рис. 3).

ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
Рис.3

В течение действия 16 тактовых импульсов выходное напряжение изменяется от минимума до максимума (в течение первых восьми импульсов) и возвращается к исходному состоянию (в течение последующих восьми импульсов). Затем процесс повторяется.
Таким образом, на выходе устройства частота периодических колебаний будет в 16 раз меньше частоты поступающих тактовых импульсов.

Сигнал на выходе суммирующей матрицы ступенчатый. Весовая часть каждой "ступеньки" определяется сопротивлениями резисторов R2—R9, поэтому при регулировании устройства потребуется их подбор с тем, чтобы прирост/спад напряжения для каждой из "ступенек" был бы одинаков. Это позволит получить квазисинусоидальный сигнал с наименьшими искажениями.

Элементы R2—R9, R10, R12, кроме функции суммирующей матрицы, совместно с резистором R11 и конденсатором C3 выполняют роль фильтра нижних частот (ФНЧ), благодаря чему ступенчатое изменение напряжения на входе повторителя (микросхема DA1) приобретает форму подобия синусоидального.

Значения емкости конденсатора С3 для нескольких граничных частот ФНЧ приведены в таблице.

    Граничная частота, (Гц)    10   102   103    104   105
    Ёмкость конд. С3, (мкФ)   100  10    1,0     0,1   0,01

Примечание редакции. В конструкции генератора можно применить отечественные элементы: в качестве регистра сдвига — микросхему KP1561ПР1; элементов инверторов — KP1561ТЛ1; выходного повторителя — КР140УД7, скорректированной для работы с единичным усилением.

Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейных искажений не превышает 1% во всем диапазоне генерируемых частот.
Как часто водится, в оригинальном заграничном источнике допущена пустяковая, но вредоносная опечатка, которая прямиком перекочевала и на страницы отечественного журнала: вместо "Ёмкость конд. С3, (мкФ)" в таблице следует читать "Ёмкость конд. С3, (нФ)".

Для малоответственных измерений (не требующих высокой линейности формы сигналов) можно воспользоваться простейшей схемой функционального генератора, построенного всего на одной цифровой КМОП микросхеме.

«ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР (прямоугольник, пила, синус).       Шило В.Л. "Популярные цифровые микросхемы".

На основе КМОП-микросхемы может быть собран функциональный генератор.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР
Рис.4

К таким генераторам относят устройства, вырабатывающие синхронно изменяющиеся во времени сигналы разной формы. Устройство вырабатывает сигналы прямоугольной формы, треугольной формы и синусоидальный сигнал.
В зависимости от емкости конденсатора С3 частоту генерируемых колебаний можно изменить в пределах от 35 до 3500 Гц.
Основу генератора составляет компаратор на элементах D1.1 и D1.2. С выхода компаратора сигнал поступает на интегратор (С3, R6, D1.3).
Элемент D1.4 используют как нелинейный усилитель. Регулируя уровень входного напряжения резистором R7 на входе элемента D1.4, добиваются получения на его выходе синусоидальных колебаний.
Потенциометр R1 служит для получения симметричных колебаний, частоту импульсов меняют резистором R6.

 

vpayaem.ru

Генераторы синусоидальных колебаний на ОУ

Всем доброго времени суток! В предыдущих двух статьях я рассказал о построении генераторов на основе ОУ (статья про мультивибраторы здесь, про генераторы треугольного напряжения здесь). Ещё одним видом сигнала, который используются в радиотехнике и электронике является синусоидальный сигнал.

Для формирования синусоидального сигнала применяются различные схемы генераторов и формирователей, рассмотрение которых в данной статье не представляется возможным.

Как происходит формирование синусоидальных колебаний?

Любой генератор (не только синусоидальных колебаний) представляет собой замкнутую цепь, состоящую из усилителя и селективной цепи (частотно-избирательная цепь). Причем селективная цепь включена в цепь ПОС (положительная обратная связь) усилителя, где могут быть включены дополнительные усилители.

Допустим, на вход селективной цепи поступает сигнал, состоящий из большого количества синусоидальных колебаний (гармоник). Проходя через селективную цепь, колебания ослабляются (происходит уменьшение амплитуды) в различной степени, а также происходит изменение фазы данных колебаний. В результате на вход усилителя с выхода селективной цепи поступают синусоидальные сигналы с различными уровнями амплитуды и фазовыми сдвигами, где происходит их усиление для компенсации ослабления селективной цепью.

Так как селективная цепь пропускает без изменения фазы только гармонику определённой частоты, то после усилителя на вход селективной цепи поступит та же гармоника с такой же амплитудой и фазой, которую пропускает селективная цепь, а остальные гармоники будут с изменёнными амплитудами и фазами сигнала. В результате сложения исходного сигнала и сигнала поступающего с выхода усилителя только у гармоники, на частоту которой настроена частотно-избирательная цепь, будет происходить значительное увеличение амплитуды.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что петлевое усиление схемы должно быть не меньше единицы (в идеальном случае равно 1), а полный фазовый сдвиг схемы равен нулю.

Схем генераторов синусоидальных или как их ещё называют гармонических колебаний, существует большое количество, рассмотреть которые в одной статье не представляется возможным. Поэтому ограничимся лишь некоторыми из них, которые построены на ОУ и RC-цепочках.

Генератор синусоидальных колебаний на основе моста Вина

Генератор синусоидальных колебаний на основе моста Вина или просто генератор Вина является одним из самых распространённых RC-генераторов синусоидальных колебаний. Схема данного генератора показана на рисунке ниже


Схема генератора Вина на основе ОУ.

Генератор Вина состоит из ОУ DA1, который охвачен ООС (отрицательная обратная связь) посредством резисторов R1 и R2, а также ПОС (положительная обратная связь) с помощью частотно-избирательной цепи R3C1R4C2.

Частотно-избирательная цепь R3C1R4C2 называется мостом Вина, от названия которого и получил наименование генератор данного типа. Данный мост состоит из последовательно включённых дифференцирующей цепи R4C2 и интегрирующей цепи R3C1. Как известно для генерирования сигнала мост Вина должен обеспечить нулевой фазовый сдвиг сигнала. Это обеспечивается равенством постоянной времени интегрирующей цепи R3C1 и дифференцирующей цепи R4C2

04062016010406201601

Тогда частота, при которой будет сдвиг фаз равный нулю, определяется следующим выражением

04062016020406201602

При данном условии коэффициент передачи цепи ПОС будет равен 1/3. Поэтому для того чтобы компенсировать данное условие коэффициент передачи цепи ООС должен быть равен 3, то есть

04062016030406201603

Генератор с мостом Вина обеспечивает выходной синусоидальный сигнал с небольшими искажениями – порядка 0,05 %. Однако у данного типа генератора существует серьёзная проблема в том, что для получения качественного синусоидального сигнала необходимо обеспечить точные соотношения резисторов в цепи ООС R1 и R2, то есть обеспечить коэффициент передачи цепи равный трём (β = 1/3). Так если β < 1/3 то возникшие колебания будут с сильными искажениями, а в случае β > 1/3 даже если и возникнут колебания их амплитуда будет постепенно уменьшаться и со временем станет равной нулю. Поэтому для стабилизации работы генератора Вина применяют различные автоматические системы стабилизации амплитуды.

Улучшение параметров генератора Вина

Как указывалось выше оптимальное значение коэффициента передачи ООС (β = 1/3) обеспечить практически невозможно, поэтому применяют системы автоматической стабилизации амплитуды. Данная система работает так чтобы воздействовать на коэффициент передачи схемы и при заданной частоте стабилизировать колебания при небольших искажениях.

В основе систем стабилизации амплитуды лежат свойство нелинейных элементов под действием напряжения изменять своё внутренне сопротивление. Одна из простейших схем стабилизации содержит два полупроводниковых диода включённых в цепь ООС


Схема генератора Вина на ОУ с простейшей системой автоматической стабилизации амплитуды.

В данной схеме последовательно с резистором обратной связи R2 включены два диода VD1VD2 по встречно-параллельной схеме, чем обеспечивается стабилизация амплитуды положительной и отрицательной полуволн синусоидального сигнала.

Как известно p-n-переход диода имеет динамическое сопротивление, имеющее обратную зависимость от протекающего через диод тока

04062016040406201604

где 26 (мВ) – температурный потенциал p-n-перехода,

IД (А) – мгновенное значение тока протекающего через диод.

Таким образом, коэффициент передачи цепи ООС будет определяться следующим выражением

04062016050406201605

При возрастании амплитуды выходного напряжения, ток, протекающий через диод, увеличивается, как следствие уменьшается динамическое сопротивление диода, и возрастает коэффициент передачи цепи ООС, тем самым уменьшая амплитуду выходного напряжения.

При реализации данной схемы величину резистора R2 следует брать несколько меньшей, чем в схеме без стабилизации амплитуды, чтобы β < 1/3, тем самым создаются условия для гарантированного возникновения колебаний.

Генератор синусоидальных колебаний с фазосдвигающими RC-цепями

Ещё одним видом генератора синусоидальных колебаний является генератор на фазосдвигающих цепочках. Схем генератора данного типа существует несколько разновидностей, в их основе лежат лестничные RC-цепи, которые обеспечивают сдвиг фазы для генерируемой частоты на 180°. Что с учётом инвертирующего усилителя, который также обеспечивает сдвиг фазы сигнала на 180°, получаем суммарный сдвиг фазы сигнала 0°. Количество звеньев лестничной цепи может быть любое количество, но не менее трёх.


Генераторы синусоидальных колебаний на фазосдвигающих цепочках.

Так же как и в случае с мостом Вина лестничные цепи ослабляют сигнал, поэтому коэффициент усиления ОУ должен компенсировать данное ослабление. Чтобы не углубляться в вывод расчётных формул приведу основные соотношения в различных типах генераторах со сдвигающими лестничными цепями.

Для схемы на рисунке А

04062016060406201606

Для схемы на рисунке Б

04062016070406201607

Для схемы на рисунке В

04062016080406201608

Так же как и в генераторе Вина основной проблемой является обеспечение стабильности амплитуды. Решением данной проблемы является использование в схеме автоматической стабилизации амплитуды путём введения нелинейных сопротивлений в цепь ООС ОУ. Простейшим таким стабилизатором амплитуды является сборка из двух встречно-паралелльных полупроводниковых диодов


Схема генератора на фазосдвигающих цепочках с амплитудным ограничителем в цепи ООС.

Кроме показанных генераторов синусоидальных сигналов в современной электронике находят применения методы выделения нужного синусоидального колебания из более сложного, например, из треугольного или прямоугольного посредством разложения его в ряд Фурье. Однако данная тема более сложная в изучении и поэтому является темой другой статьи, которая обязательно появится на моём блоге.

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

www.electronicsblog.ru

Простой автономный генератор синусоидального сигнала 1 кHz с низкоомным выходом

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Генераторы >

Простой автономный генератор синусоидального сигнала 1 кHz с низкоомным выходом

     Ранее у меня появилась задача сделать генератор синусоидального сигнала 1 кHz, с низким выходным сопротивлением для настройки проверки усилителей звуковой частоты, и различных экспериментов. Хотелось разработать схему максимально простую и без дорогих деталей. Самый простой способ взять сигнал из колебательного контура. Его частота стабильна, а форма сигнала синусоидальная.

    Генератор низкой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал 1000Гц. Максимальная амплитуда выходного сигнала 1,6 В (можно регулировать плавно). С помощью встроенного аттенюатора 1:1, 1:10, 1:100, можно дискретно ослабить выходной сигнал. Выходное сопротивление 8 Ом.

Фото платы генератора:

Сигнал с генератора:

    Напряжение питания генератора 3,5 – 4,2 В от одного литиевого аккумулятора, потребление 25 мА. Возможно использование и любого внешнего однополярного источника напряжения 3,6 В.

    Немного о параллельном колебательном контуре:

    Интересной резонансной схемой является параллельный колебательный контур. В нем конденсатор и катушка индуктивности соединены параллельно. Если снабдить такой контур энергией, например, зарядив конденсатор, или вызвав ток в катушке индуктивности, то далее энергия будет перетекать из конденсатора в катушку и обратно. На конденсаторе будет формироваться синусоидальное напряжение. Его частота называется частотой резонанса параллельного колебательного контура. Если бы не было потерь, то колебания продолжались бы бесконечно, но из-за потерь колебания постепенно затухают.

    Что произойдет, если к параллельному колебательному контуру приложить переменное напряжение резонансной частоты. Сначала будут переходные процессы, но потом колебания установятся, и будет складываться такая ситуация. Напряжение на контуре, возникающее за счет собственных колебаний будет равно напряжению, подводимому извне, так что ток через цепь подачи переменного напряжения протекать не будет. Так что можно считать, что на этой частоте параллельный колебательный контур имеет бесконечное сопротивление. Сказанное верно для идеального случая, когда потери отсутствуют. Если учесть потери, то некоторый ток от источника синусоидального сигнала будет проходить и компенсировать эти потери, но все равно реактивное сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте будет высоким.

    То, что через внешние цепи на данной частоте ток практически не протекает, не должно вводить в заблуждение инженера - электронщика. В катушке индуктивности течет электрический ток значительной силы. Этот ток сначала разряжает конденсатор, потом заряжает его, не вытекая во внешние цепи. Катушка индуктивности должна быть спроектирована так, чтобы не входить в насыщение и выдерживать указанный ток, конденсатор также должен быть рассчитан на этот ток.

[Амплитудное значение тока в контуре, А] = [Амплитудное значение напряжения на контуре, В] / [ZL], где [ZL] = 2 * ПИ * [Частота сигнала, Гц] * [ Индуктивность катушки, Гн]

Принципиальная схема генератора синусоиды 1кГц пока­зана ниже.

   Схема состоит из LC-генератора на транзисторах VT1 и VT2, уси­лителя напряжения на VT3 и повторителей на VT4 – VT6 .Частота генератора зависит от LC-контура, состоящего из одной из катушки L1 и конденсаторов С2, С3, С5. При данной индуктивности и конденсаторах частота равна 1 кГц. Генератор собран на VT1 и VT2 по схеме несимметричного мультивибратора, и он допускает работу при любом соотноше­нии L и С составляющих контура.

   Выходом задающего генератора является сам контур. Амплитуда напряжения 1 кГц на нем около 500мВ в зависимости от типа индуктивности. Этот сигнал поступает на усилительна транзисторе VT3. Этот усилитель служит для усиления сигнала с выхода задающего генератора по амплитуде и мощности в два раза и для устранения влияния параметров внешних цепей на работу задающего генератора. Ре­жим работы усилителя по постоянному току устанавливается резистором R3 , а усиление резисторами в эмиттерной цепи.

   В эмиттерной цепи VT3 включен пере­менный резистор R6, служащий для регули­ровки выходного напряжения ЗЧ. Сигнал с R5 поступает на выходной эмиттерный повторитель . Выходное сопротивление которого примерно равно 8 Ом, что позволяет подключать любые как высокоомные, так и низкоомные нагрузки с сопротивлением 8 ом и выше, без искажения формы и 10% снижения амплитуды (при 8 Омах).

   Нагрузкой генератора служит аттенюатор на постоянных резисторах R12, R13, R14.

   Питание на генератор поступает от литиевого аккумулятора напряжением 3,6V (с мобильного телефона).

   Большинство деталей расположено на односторонней печатной плате.

 

 

Монтажная схема и разводка печатных дорожек:

 

 

   Градуировку переменного резистора R6 лучше всего производить с помощью осциллографа. Градуируют шкалу регулятора переменного резистора R6 амплитуды выходного сигнала, используя для его измерения высокочастотный вольтметр или осциллограф с калиброванным входным делителем напряжения.

   Катушку можно использовать любую на индуктивность 0,01Гн, или около этого значения (0,005Гн - 0,03Гн) , а частоту подобрать конденсаторами С2, С3, С5.

Сигнал на выходе при максимальном усилении:

Сигнал на выходе при минимальном усилении:

 


Еще фото, собрал колега:

 

Плата в Sprint-Laoyut 5.0.

Файлы:
Файл принципиальной схемы

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Генератор синусоиды с мостом Вина с низким уровнем искажений

Когда нету под рукой качественного генератора синусоидального сигнала - как отлаживать усилитель, который ты разрабатываешь? Приходится обходиться подручными средствами.

В этой статье:

  • Высокая линейность при использовании бюджетного ОУ 
  • Точная система АРУ, вносящая минимум искажений
  • Возможность работы от батарейки: минимум помех

Предыстория

В начале тысячелетия подались мы всем семейством на житьё-бытьё в дальние страны. Кое-что из моих электронных запасов последовало за нами, но, увы, далеко не всё. Итак оказался я один на один с большими собранными мною, но совсем ещё не отлаженными моноблоками, без осциллографа, без генератора сигналов, с огромным желанием завершить тот проект и слушать наконец музыку. Осциллограф удалось выпросить у друга во временное пользование. С генератором надо было срочно что-то изобретать самому. По тем порам я ещё не освоился с доступными здесь поставщиками компонентов. Из случайно оказавшихся под рукой операционников было несколько неудобоваримых продуктов древне-советской электронной промышленности, да LM324, выпаянный из сгоревшего компьютерного блока питания.
LM324 datasheet: National/TI, Fairchild, OnSemi... Обожаю читать даташиты от National - у них обычно масса интересных примеров применения деталюх. OnSemi в данном случае тоже подсуетились. А вот "Цыганёнок" что-то обделил своих приверженцев 🙂

Внимание: автор ни в коем случае не рекомендует использование LM324 при повторении конструкции. Целью написания данной статьи было желание поделиться несколькими рабочими приёмами в схемотехнике, которые могут оказаться полезными в других приложениях. При повторении данного генератора, пожалуйста, выбирайте современные, более качественные ОУ.

Классика жанра

Генератор, использующий мост Вина, вне сомнений хорошо известен и распространён среди любителей и профессионалов. Предлагаемое в данной статье решение содержит пару интересных трюков и позволит даже начинающему радиолюбителю без особых проблем и из доступных компонентов собрать генератор, вырабатывающий синусоидальный сигнал с исключительно низким коэффициентом гармоник.

Генератор с мостом Вина

Частота данного генератора, при условии R1=R2 и C1=C2 будет определяться следующей формулой:

На данной частоте коэффициент передачи фильтра (выделен зелёным) будет максимален и равен 1/3 при нулевом фазовом сдвиге. Следовательно, коэффициент усиления, задаваемый цепью отрицательной обратной связи R3 и R4 должен быть в точности равен 3. Для случая идеального ОУ: R4 = 2 * R3.
К сожалению, в реальной жизни не бывает идеально точных резисторов и конденсаторов, да и коэффициент усиления реального операционного усилителя не бесконечен. При малейшем отклонении от идеальных параметров генерация либо затухает, либо уходит "в разнос" до совершенно неприемлемого уровня искажений.

Автоматическая Регулировка Коэффициента Усиления

Решение проблемы обеспечения требуемого Ку давно известно: применить в качестве R3 или R4 какой-нибудь нелинейный или управляемый элемент, который будет подстраиваться таким образом, чтобы обеспечить заданный Ку при некоем определённом размахе выходного сигнала. Обычно ставят терморезисторы, миниатюрные лампочки, оптроны, либо полевые транзисторы (наш случай). Для достижения низкого THD необходимо обеспечить, чтобы нелинейность данного управляющего элемента не проявлялась на частотах генерации. Для лампочек и терморезисторов на частотах генерации от десятков Герц и выше это условие легко выполнимо за счёт тепловой инерционности оных. Полевым же транзистором необходимо управлять используя детектор с сообразно большой постоянной времени.

 

Почти реальный генератор с мостом Вина

Схема, приведённая выше, скорее всего, будет работать. Фиолетовым выделен пиковый детектор. VT1 выполняет роль R3 из предыдущего примера. Схема запускается уверенно, так как при включении на затворе VT1 присутствует нулевое напряжение с разряженного C3 - канал открыт, следовательно Ку максимальный. По мере заряда C3 канал запирается, Ку уменьшается и в идеале схема находит тот самый баланс, при котором Ку равен трём и генератор вырабатывает неискажённую синусоиду.

Но есть всё же две проблемы:

Во-первых, петлевое усиление "сине-фиолетовой" цепи Автоматического Регулирования Уровня сигнала слишком большое и возможно возникновение низкочастотных колебаний с постоянной времени АРУ, заданной R7C3. Проявляться это будет в прерывистом и искажённом сигнале на выходе: то есть генерация, то нету, и так по кругу.

Во-вторых, все нелинейности канала сток-исток VT1 в полном объёме будут замешаны в выходной сигнал.

 

Повышаем устойчивость АРУ и линейность

Решение обеих проблем достаточно тривиально: "позволить" полевому транзистору изменять общий Ку лишь в небольших пределах, скажем примерно от 2.5 до 3.5. В финальном варианте генератора через канал транзистора протекает лишь незначительная часть тока цепи ООС. Таким образом резко снижается влияние нелинейностей канала на форму генерируемого сигнала. Уменьшению искажений способствует и тот факт, что в данном включении размах напряжения на канале составляет лишь небольшую долю от того, что было в "сине-фиолетовом" варианте. Так же снижается и петлевое усиление цепи АРУ. Схема надёжно выходит в режим генерации и стабилизации амплитуды выходного сигнала.

Генератор синусоидального сигнала с малыми искажениями
  • R1, R2 = 100 кОм
  • C1, C2 = 1 нФ = 1000 пФ
  • R4 = 10 кОм
  • R3 = 3.9 кОм
  • R5 = 3 кОм
  • VT1 = КП103И
  • R6 = 470 Ом
  • C3 = 2.2 мкФ
  • R7 = 1 МОм
  • R8 = 10 кОм

В качестве VT1 можно применить практически любой p-канальный J-FET. От его порогового напряжения будет впрямую зависеть амплитуда генерируемого сигнала. Возожно использовать и n-канальный J-FET - они более доступны; для этого необходимо только сменить полярность (перевернуть) VD1 и C3. Если амплитуда на выходе окажется недостаточной, то вполне можно второй ОУ использовать для небольшого усиления амплитуды сигнала.

Данная схема, как она есть, будет работать отлично... если применить топовые модели операционных усилителей.

 

Выходной каскад бюджетного ОУ - в честном классе А

С применением LM324 ожидались проблемы в виде переключательных искажений в районе смены полярности тока на выходе ОУ. Решено было пресечь всяческие поползновения подобного рода на корню: поставить нагрузочные источники тока по выходу каждого операционного усилителя, выведя тем самым выходные каскады оных в честный класс "А".

Источники тока для загрузки выходов ОУ
  • R9 = 6.2 кОм
  • VT2-VT4 = КТ503

VT2-VT4 можно взять любые маломощные npn, желательно из одной партии, или просто подобрать так, чтобы токи коллекторов были приблизительно одинаковыми. В данном применении нам не важны ни температурная стабильность Источников Тока, ни точность абсолютного значения токов, ни даже линейность или высокое динамическое сопротивление - операционный усилитель подкорректирует все перекосы. Существенное преимущество данной схемы ИТ заключается в очень низком минимальном рабочем напряжении на выходе: практически равном напряжению насыщения транзистора при данном токе.

 

Батарейное питание

Для того, чтобы избежать всевозможных наводок на входе тестируемого устройства, очень хотелось запитать генератор от батареек. Удобнее всего работать с 4 щелочными элементами - и доступно, и 6Вольт - уже вполне высокое напряжение, чтобы подходящий операционный усилитель мог ни в чём себе не отказывать 🙂
LM324 успешно работает уже от +-1.5В и документация заявляет возможность работы и по входам и по выходу на уровне отрицательного источника. Правда, 50мкА току при напряжении на выходе вблизи V- явно маловато. Но при использовании ИТ "подпорок", описанных выше, получаем уже 1мА при напряжении на выходе (V-)+(0.3В) и более - вполне достаточно для нагрузки в 10 кОм.

Даже при батарейном питании 6 Вольт и размахе напряжения на выходе всего 2 Вольта от минимума до максимума - желательно оставить примерно одинаковый запас по напряжению в обе стороны (полярности) относительно земли. К уровню V- выходы ОУ, благодаря внешним ИТ, могут приближаться достаточно близко, но вот до положительной "рельсы" V+ вольта полтора не дотягивают. Простенький делитель на схеме ниже устанавливает уровень виртуальной земли примерно в центре рабочей зоны по напряжению для ОУ, причём при любом допустимом напряжении питания.
Красный светодиод выполняет двойную функцию: задаёт 1.7 Вольта дополнительного напряжения между виртуальной землёй и V+, а так же - он ещё и светится!

Формирование виртуальной земли со сдвигом
  • VD2 = красный светодиод 1.7 Вольта
  • R10, R11 = 2 кОм
  • C10, C11 = 0.1 мкФ (керамика или плёнка)
  • C12, C13 >= 10 мкФ

 

Тестируем, тестируем...

Отлаживал я этот генератор за несколько заходов, да и давно это было, так что уже не справлюсь описать все шаги, доведшие меня до такой жизни 🙂
Для того, чтобы убедиться в полезности нагрузки ОУ источником тока - приведу осциллограмму выходного сигнала этого генератора с отключёнными источниками тока (закоротил временно базы и эмиттеры транзисторов).

LM324 без токовой "подпорки" => переключательные искажения

Самая большая беда на данной картинке - так горячо "любимые" строителями усилителей в классе АБ переходные искажения.
Ограничение сигнала снизу, конечно, тоже неприятно, но от него легко избавиться просто подав более высокое напряжение питания на схему. Так что настоятельно рекомендую не полениться и поставить источники тока, подгружающие ОУ по выходам.

Результат

Ранее что-то не задалось у меня с измерениями искажений. Много позже, когда пообзавёлся HiRes ЦАП-АЦП, перемерил. Получилось не то, чтобы плохо, но как источник для измерения Кг в аудио данная схема явно не тянет. Синус схемка выдаёт, конечно, красивый.

Мост Вина + LM324 + CCS: сигнал на выходе

Результаты обмеров:
THD 1.5%,

2-я гармоника -36дБ, 3-я -64дБ, 4-я -89дБ.

На одной макетке ужились два генератора - синусоидального и пилообразного сигналов:

TLС555CP + LM324 = два генератора

 

На самостоятельную проработку 😉

Вместо фиксированных C1C2 и R1R2 вполне возможно поставить переключаемую линейку конденсаторов, а так же сдвоенные потенциометры - и получится широкодиапазонный генератор синусоидальных сигналов с низким коэффициентом гармоник.

Настоятельно рекомендую использовать защиту по питанию: подробное описание в статье о том, как использовать МОП транзистор для защиты от переполюсовки питания.

 

Помоги автору!

В этой статье были показаны несколько несложных приёмов, позволяющих добиться весьма качественной генерации и усиления синусоидального сигнала, используя широко распространённый недорогой операционный усилитель и полевой транзистор с p-n переходом:

  • Ограничение диапазона автоматической регулировки уровня и уменьшение влияния нелинейности регулирующего элемента;
  • Смещение выходного каскада ОУ в линейный режим работы;
  • Выбор оптимального уровня виртуальной земли для работы от батарейного питания.

Всё ли было понятно? Нашел ли ты что-либо новое, оригинальное в этой статье? Мне будет приятно, если ты оставишь комментарий или задашь вопрос, а так же - поделишься статьёй с друзьями в социальной сети, "кликнув" соответствующую иконку ниже.

 

Дополнение (Октябрь 2017) Попалось на просторах Сети: http://www.linear.com/solutions/1623. Сделал два вывода:

myelectrons.ru

Генератор синусоидального сигнала на одном транзисторе. Расчёт

Генератор синусоидального сигнала на одном транзисторе. Расчёт

Для некоторых устройств требуется простой генератор синусоидальных колебаний с широким диапазоном генерируемых мощностей. В этой работе предлагается такое устройство работающее всего на одном транзисторе. Устройство позволяет генерировать синусоидальные колебания в большом диапазлоне частот, который определяется только типом транзистора и отдавать мощность в нагрузку от 0.01 до 10 Вт.

Принципиальная схема генератора представлена на рисунке ниже. Резисторы R1-R2 задают постоянное смещение на базу транзистора VT1, который с помощью цепочки из конденасторов C1-C4 и индуктивности L1 генерирует необходимый нам сигнал. Дроссель L2 желателен, но необязателен; его назначение - обеспечивать баласт, при нём схема, без нагрузки, будет потреблять в два-три раза меньшую мощность. Нагрузка же подсоединяется ко вторичной обмотке катушки L1. Это может быть трансформатор Тесла (ТТ), реактивная нагрузка, или светодиоды, например по схеме лечебной катушки. К слову, если все элементы генератора рассчитаны точно, то работа ТТ в некоторых случаях может быть эффективнее, чем по схеме качера Бровина. Схема может быть легко управляема внешним низкочастотным генератором с тем, чтобы получить на выходе пачки импульсов. Это можно сделать, если верхний по схеме вывод R2 подать на выход драйвера этого генератора. Другой способ получения пачек — уменьшение сопротивления цепочки R1-R2; при определённом значении генератор переходит в режим так называемых «рыбок» — пачек импульсов с пологим нарастанием и спадом. Этот режим имеет черезвычайно низкое потребление от источника питания.

Расчёт

Общий расчёт определяется довольно простыми оптимальными соотношениями между ёмкостями: \[C_1/C_3 = 10, \quad C_2 = C_3, \quad C_3/C_4 = 5 \qquad (1.1) \] Резонансная частота генератора будет находиться так: \[f_r = {1 \over 2 \pi \sqrt{L_1 C_3}} \qquad (1.2) \] Значение сопротивлений определяется коэффициентом усиления транзистора VT1 (\(k_{e}\)) и напряжением питания \(U\), которое может быть от 2 до 30В в зависимости от типа транзистора и необходимой мощности. Примерные значения находятся так: \[R_1 = k_{e}\,U/100 \, (k\Omega), \quad R_2 = 2 R_1 \qquad (1.3) \]

Таким образом, расчёт начинаем со значения индуктивности катушки L1.1. Её можно определить прибором у готовой катушки или рассчитать по известным формулам. Обратите внимание, что если рассчитывается ТТ, то в качестве L1.1 там выступает индуктор. Калькулятором можно рассчитать собственную резонансную частоту вторички — эта частота и понадобится для расчёта. Если же рассчитывается обычный повышающий трансформатор, то частота выбирается исходя из его параметров.

Зная эти значения, находим ёмкость конденсатора C3 из формулы (1.2): \[C_3 = {1 \over (2 \pi f_r)^2 L_1} \qquad (1.4) \] А уже отсюда — все остальные параметры: \[C_1 = 10\,C_3, \quad C_2 = C_3, \quad C_4 = C_3/5 \qquad (1.5) \]

Детали

Для небольших значения напряжения питания 2..4В и мощности до 0.1Вт вполне подойдёт распостранённый транзистор серии КТ315А или его аналог: 2N2712, 2SC633, BFP719. Для больших мощностей хорошо походит транзистор 2SC5200 или C4793. Если мощность генератора до 1Вт, то его можно не ставить на радиатор. Дроссель L2 можно ставить любой стандартный: 100-200мкГн, например такой. Конденсатор C4 необязателен. Он необходим только для коррекции правильной синусоиды на выходе генератора.

gorchilin.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о