Введення у відносно нескладний функціональний генератор на мікросхемі МАХ038 функцій хитання частоти і генератора позначок позаоляет проводити найрізноманітніші вимірювання, регулювання та контроль працездатності різної радіоелектронної апаратури в широкому діапазоні частот. Цікаві можливості застосування, які має цей генератор, можуть бути отримані введенням аналогічних узлоа і в інші функціональні генератори, описи яких опубліковані в нашому журналі в останні два-три роки.
При проведенні ряду вимірювань функціональний генератор, поряд з мультиметром і осцилографом, є обов'язковим приладом, що входить, мабуть, основний необхідний комплекс домашній лабораторії радіоаматора.
Генератор хитної частоти теж буває незамінний при дослідженні, наприклад, амплітудно-частотних характеристик. Він дозволяє спостерігати за зміною характеристик в залежності від варіації параметрів досліджуваних ланцюгів, при цьому в деяких випадках час налаштування резонансних кіл може бути в десятки, а то і сотні разів менше, ніж у класичному методі дослідження АЧХ по точкам.
Зазвичай у нескладних функціональних генераторах з невеликим частотним діапазоном відсутні регулювання шпаруватості прямокутних імпульсів, а такжв часу прямого і зворотного ходу напругу пилкоподібної форми, немає можливості отримання частотно - або широтноимпульсного модульованого сигналу. Що стосується генераторів хитної частоти, то в них зазвичай багато резонансних контурів, вони складні в налаштуванні, їх виготовлення найчастіше не під силу і радіоаматорам середньої кваліфікації.
У простих ГКЧ [2] зазвичай відсутні сигнали частотних міток, і тому без частотомера толку від таких приладів дуже мало.
Пропонований увазі радіоаматорів-конструкторів генератор вільний від перерахованих недоліків. Велика частина приладу зібрана на цифрових мікросхемах, що максимально спрощує його налагодження. Виготовити його може навіть радіоаматор з невеликим стажем. В описі наведено рекомендації щодо зміни деяких характеристик "під свій смак".
Основні технічні хврактеристики генератора
Робочий діапазон частот розбитий на дев'ять піддіапазонів:
1) 0,095 Гц...1,1 Гц;
2) 0,95 Гц... 11 Гц;
4) 95 Гц...1100 Гц;
5) 0,95 кГц...11 кГц;
6) 9,5 кГц...110 кГц;
7) 95кГц...1100 кГц;
8) 0,95 МГц... 1 МГц;
9) 9 МГц...42 МГц*.
Форма вихідного сигналу - прямокутна, синусоїдальна, трикутна, пилообразная. Розмах вихідної напруги від піку до піку (на опорі навантаження RH= 50 Ом) - 1 Ст.
Шпаруватість прямокутних імпульсів - 0,053... 19. Регулювання частоти і шпаруватості вихідного сигналу - взаимонезависимая.
Сигнали частотних міток можна встановлювати з інтервалами 10 і 1 МГц, 100, 10 і 1 кГц, а також 100 Гц.
Максимальна модулююча частота по входах ШІМ і ЧС - 2 МГц, девіація частоти Fo (ЧС) зовнішнім модулюючим сигналом - до ±50 %.
Основу генератора (його схема наведена на рис. 1) складає мікросхема МАХ038 фірми MAXIM, докладний опис якої наведено в [1].
(натисніть для збільшення)
"Девіація" знаходиться в крайньому нижньому за схемою положенні. Форма вихідного сигналу генератора визначається логічними рівнями на входах АО, А1 і залежить від положення перемикача SA6. Було відмічено вплив нестабільності керуючих сигналів для входів АО і А1 на загальну нестабільність частоти генерації. Для мети мінімізації даного ефекту призначені конденсатори С12, С13, зменшують рівень наведень і пульсації джерела живлення.
Частота генерованого сигналу залежить від ємності СF, підключеної до висновку COSC (конденсатори С1 - С8) напруги на вході SADJ і припливаючого струму на вхід IIN. Вибір піддіапазону здійснюється перемикачем SA1. Плавне регулювання частоти всередині піддіапазони відбувається по входу IIN. Величина струму, що надходить на вхід, визначається опором резисторів R12, R13, коефіцієнтом підсилення ОУ DA1.1 і положенням движка змінного резистора R 20. Для піддіапазонів 2 - 8 вона становить 21...240 мкА. При переході на 9-й піддіапазон збільшується масштаб підсилення DA1.1 за рахунок зменшення ООС (введення R19) і величина струму IIN зростає до 160...750 мкА. Це необхідно через обмеження мінімально допустимої величини ємності CF в 20 пФ. При перемиканні на перший піддіапазон вводиться R17, зменшуючи падіння напруги на R20, R21 в десять разів і зменшуючи відповідно IIN до 2,1...24 мкА.
Таким чином, для піддіапазонів 1 - 8 коефіцієнт перекриття дорівнює 11 і при перемиканні з одного піддіапазону на інший вихідна частота змінюється 10 раз, що дозволяє використовувати одну проградуированную шкалу плавної зміни частоти. Для дев'ятого діапазону необхідна окрема шкала, він більш розтягнутий, коефіцієнт перекриття - близько 4,7. Для кожного конкретного екземпляра DA2 краще експериментально підбирати ширину дев'ятого діапазону значень граничної частоти генерації мікросхеми. У будь-якому випадку для розширення, звуження або зсуву діапазонів частот можна скористатися формулами:
Fmin-UminR9/[CFR' ·(R12+R13)];
Fmax UmaxR9/[CFR' ·(R12+R13)],
де Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 - для піддіапазонів 1 - 8, R'= R19 - для піддіапазону 9; CF= C1 ...C8 (для відповідного піддіапазону).
Параметри, представлені в формулах, вимірюються відповідно: F - в кілогерцах, U - в вольтах, R - в омах, З - пикофарадах.
Треба зазначити, що для першого піддіапазону через введення резистора R17 величини Umin і Umax, підставляються у формули для розрахунку частоти, необхідно зменшити в десять разів відносно отриманої. Конденсатори С10, С11 призначені для поліпшення стабільності постійного керуючого напруги, надходить на вхід 5 0У DА1.1.
Відносна розлад частоти (±50 % від F0) здійснюється резистором R4 (SA3 у положенні "F0"). Для отримання частотно-модульованих коливань на вхід ЧС подають зовнішній модулюючий сигнал і переводять SA3 у верхнє за схемою положення (положення ЧС).
Для широтно-імпульсної модуляції використовують відповідний вхід ШІМ; регулювання шпаруватості здійснюється резистором R2. Поняття "скважність" тут застосовується кілька умовно, точніше - це зміна співвідношення позитивної напівхвилі щодо тривалості періоду у відсотках: для прямокутних коливань це дійсно шпаруватість, але для коливань трикутної форми - це співвідношення часу прямого і зворотного ходу (сигнал змінюється від "прямої" пили до "зворотного"), для синусоїдального сигналу - зміна (спотворення) форми сигналу. Останнє може бути корисно для мінімізації коефіцієнта гармонік генератора підстроюванням форми синусоїди.
Амплітуда модулюючих сигналів для входів ЧС і ШІМ повинна бути не більше ±2,3 Ст.
Перемикачі SA4, SA5 призначені для відключення управління і шпаруватістю частотою по входах DADJ і FADJ мікросхеми DA2, при цьому шпаруватість встановлюється рівною 2 (50 %), а частота точно відповідає виставленої резистором R20.
Вихідний сигнал надходить з виходу OUT DA2 через резистор R44 на гніздо "Вихід генератора 1". Входи COSC, DADJ, FADJ мікросхеми дуже чутливі до зовнішніх наведенням, їх з'єднання з перемикачами доцільно проводити екранованим кабелем або вузол генератора розташувати в екранованому відсіку.
Для регулювання рівня вихідного сигналу зручно користуватися зовнішнім атенюатором, що підключається між виходом генератора і входом досліджуваного пристрою. Можна рекомендувати атенюатор, наведений в [2], він забезпечує діапазон ослаблення від 0 до 64 дБ з кроком 1 дБ та добре узгоджується з вхідного і вихідного опору.
В режимі хитання частоти вхід " √ " генератора з'єднують з відповідним виходом осцилографа. Управління частотою ГКЧ синхронно з розгорткою осцилографа здійснюється по входу NN мікросхеми DA2. Сигнал з входу надходить на конденсатор С9, де відсікається постійна складова. Далі з движка змінного резистора R6, який регулює розмах керуючого сигналу і відповідно ширину смуги гойдання генератора надходить на інвертуючий підсилювач-суматор DA1.1. Підсумований з постійною складовою, визначальною центральну частоту хитання і регулюється резистором R20, сигнал надходить на вхід UN DA2. Стабілітрон VD1 обмежує максимально допустимий струм для входу IIN до рівня 750 мкА.
Генератор частотних міток складається з задаючого генератора на DD1.1 - DD1.3, дільників на DD3 і DD4, тригера DD5.1 і компаратора на DA1.4. Кварцовий задаючий генератор виробляє сигнал частотою 10 МГц, який надходить на вхід дільника DD3 (коефіцієнт ділення 10). Далі з виходу DD3 сигнал в 1 МГц надходить на вхід дільника з змінним коефіцієнтом ділення DD4. Залежно від положення перемикача SA7.1 на вході тригера З DD5.1 буде присутній сигнал частотою 10 МГц, 1 МГц або сигнал, частота якого визначена коефіцієнтом ділення DD4. На входи JK-тригера надходить з виходу SYNC DA2 сигнал, частота якого дорівнює частоті вихідного сигналу генератора, а фаза зсунуті на 90 град. До виходу тригера підключений ФНЧ на елементах R40, С22-С27 (частота зрізу визначається положенням SA8).
Таким чином, на вході компаратора DA1.4 отримуємо низькочастотні биття вихідний частоти генератора та частот, кратних частоті на тактовому вході DD5.1. Амплітуда биття тим вище, чим ближче розташовані вищевказані складові осі частот. Отже, при плавній зміні вихідної частоти сигналу генератора на вході DA1.4 будуть присутні сплески сигналу биттів, вказують на кратність частоти вихідного сигналу генератора частоті сигналу міток. Ширина сплесків (у часі) залежить від ширини смуги ФНЧ і визначається положенням SA8, це зроблено для отримання чітких міток при різних смугах огляду і на різних діапазонах генератора. Резистором R36 визначається поріг спрацьовування компаратора, відсікаючи шуми биттів нижче заданої амплітуди. Амплітуда міток регулюється резистором R46 і складається з основним сигналом на R45. Коефіцієнт ділення DD4 вибирається перемикачем SA7.2 і дозволяє отримати на вихід дільника сигнал з частотами 100, 10, 1 кГц, 100 Гц. При положенні в SA7 двох крайніх (верхніх за схемою) положення DD4 виробляє одноразовий рахунок і зупиняється - сигналу на його виході Q ні.
Для розширення можливостей генератора можна доповнити сітку частот сигналу міток необхідним набором частот, наприклад 465 кГц, для налаштування РЕЧНИКА радіоприймачів. В цьому випадку коефіцієнт розподілу вибирають виходячи з формули:
N = М (1000Р1+100Р2+10РЗ+ Р4)+ Р5,
де N - коефіцієнт розподілу; М - модуль, який визначається кодом на Ka, Kb, Кс; Р1 - множник тисяч, визначається кодом на J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 - множники сотень, десятків, одиниць, вони визначаються кодом на J13-J16, J9 - J12, J5-J8; Р5 - залишок, який визначається кодом J1-J4.
Докладний опис роботи мікросхеми К564ИЕ15 наведено в [3]. Генератор має окремий вихід "Мітки", який може бути корисним у ряді вимірювань, де необхідно мати зразкову кварцованную частоту.
Допоміжний генератор звукової частоти на DA1.2 зібраний за типовою схемою, він може використовуватися для модуляції основного генератора на частоті або широтно-імпульсної модуляції або як окремий генератор.
Детектор (рис. 2) зібраний за схемою подвоєння напруги і дозволяє працювати в діапазоні від 10 кГц до 50 МГц при використанні частоти розгортки осцилографа не понад 100 Гц.
Для дослідження низькочастотних ланцюгів частота розгортки повинна бути дуже низькою, застосування звичайного осцилографа не дозволяє бачити АЧХ. При наявність запам'ятовуючого осцилографа можливе спостереження частотних характеристик, починаючи з частоти 0,1 Гц. При цьому необхідно застосувати іншу вхідну ланцюг синхронізації, наприклад, показану на рис. 3.
Також для цієї мети краще виготовити окрему детекторну голівку, збільшивши ємності конденсаторів С1 і С2 (див. рис. 2). Збільшення їх ємності розширює частотний діапазон знизу, одночасно зменшуючи допустиму частоту розгортки осцилографа. Для отримання міток на низьких частотах необхідно вибрати відповідний коефіцієнт ділення DD4 і замість фільтра на R40, С22-С27 застосувати высокодобротный фільтр; обмеження все-таки є - виділити биття на низьких частотах важко.
Блок живлення (рис. 4) зібраний за звичайною схемою і виробляє живлять напруги ±5 В і +12 Ст. Струми споживання по відповідним шинам не перевищують зазначених меж: +5 В - 300 мА; -5 До - 100 мА;+12 В-50 мА; -12 В-50 мА.
У пристрої використані резистори МЛТ 0,125, в якості змінних допускається використовувати СП, СП0, СП4. Частотнозадающие конденсатори повинні мати малий ТКЄ - застосовні серії КОР, КМ-5 (С5-С8), К73-9, К73-16, К73-17 (С2-С4). Полярний конденсатор С1 - К52-1 з малим струмом витоку; інші конденсатори - будь-які. Перемикачі SA1, SA6-SA8 - ПГ. Мікросхеми DD1 - DD3, DD5 на замінні аналогічні серій К155, К555, К533, потрібно лише враховувати відповідне зміна струму споживання. Мікросхему серії 564 або К564 (DD4) цілком замінить К561ИЕ15.
Друкована плата для генератора не розроблялася. При розміщенні елементів та з'єднань на платі необхідно як можна далі рознести все ланцюга, пов'язані з входами (виводи 3-10) DA2 від інших ланцюгів.
Налаштування генератора починають з підбору конденсаторів С1-С6, щоб при переключення діапазонів частота змінювалася точно в десять разів. Конденсатори С7, С8 краще додатково підібрати після остаточного складання конструкції, так як на загальну ємність CF для піддіапазонів 8,9 впливають ємність з'єднувального кабелю, монтажна та інші паразитні ємності.
Після цього градуюють дві шкали для резистора R20 (для піддіапазонів 1-8 та 9). Далі перевіряють форму вихідного сигналу в залежності від положення SA6 і межі регулювання шпаруватості і розладу. Діапазон їх регулювання можна змінити, перерахувавши дільник R1-R4, враховуючи при цьому, що напруги на входах і FADJ DADJ повинні бути в межах ±2,3 Ст. Потім на вхід "√" подають сигнал від осцилографа, вхід Y осцилографа підключають до висновку 7 DA1.1, движок резистора R20 виставляють на середину одного з піддіапазонів, R6 ставлять у верхнє за схемою положення і підбором R5 домагаються, щоб сигнал на виводі 7 DA1.1 був у межах 0,2...7,5 Ст. Це відповідає максимальній смузі гойдання. Всередині смуги частота може змінюватися в 300 разів, для зменшення цього значення опір R5 збільшують до необхідної величини.
Налаштування генератора частотних міток починають з установки частоти задаючого генератора. Частотомір підключають до висновку 6 DD1.3 і підстроюванням конденсатора С18 виставляють частоту, що дорівнює 10 МГц. Далі перевіряють відповідність частот на вихід частот міток положень перемикача SA7. Після цього перевіряють наявність сигналу биттів на виводі 13 DA1.4 і резистором R36 виставляють поріг спрацьовування компаратора до отримання чітких вузьких міток на виході DA1.4. На цьому налаштування генератора можна вважати закінченою.
Допоміжний генератор звукової частоти на DA1.2 (див. рис. 1) налаштовують підстроюванням R23 до отримання стійкої генерації синусоїдального сигналу.
Налаштування блоку живлення полягає у виставленні відповідних вихідних напруги за допомогою резисторів R1, R4, R6.
Для дослідження АЧХ збирають установку за схемою на рис. 5.
Перемикач SA6 переводять у положення генерації синусоїдального сигналу. Передбачуване розташування АЧХ виставляють перемикачем SA1 і резистором R20, резистором R6 встановлюють необхідну смугу гойдання (огляду). За допомогою перемикача SA7 вибирають необхідні частотні мітки. Перемикачем SA8 домагаються отримання на екрані осцилографа чітких стійких міток. Змінюючи параметри досліджуваного пристрої, які відстежують зміну характерних точок АЧХ: по частоті - щодо міток, по амплітуді - щодо положень аттенюатора.
*Верхня частота дев'ятого піддіапазони визначається конкретним екземпляром мікросхеми МАХ038: її типове значення - близько 40 МГц, мінімальна - 20 МГц.
Література
Автор: А. Матикін, р. Москва