Низкочастотный функциональный генератор. Функциональный генератор Многофункциональный генератор сигналов своими руками

Генератор различных стабильных частот является необходимым лабораторным оборудованием. В интернете есть немало схем, но они либо морально устарели, либо не обеспечивают достаточно широкого перекрытия частот. Устройство, описываемое здесь, основано на высоком качестве работы специализированной микросхемы XR2206 . Диапазон перекрываемых генератором частот впечатляет: 1 Гц - 1 МГц! XR2206 способна генерировать качественные синусоидальные, прямоугольные и треугольные формы сигналов высокой точности и стабильности. У выходных сигналов может быть как амплитудная и частотная модуляция.

Параметры генератора

Синусоидальный сигнал:

Амплитуда: 0 - 3В при питании 9В
- Искажения: менее 1% (1 кГц)
- Неравномерность: +0,05 дБ 1 Гц - 100 кГц

Прямоугольный сигнал:

Амплитуда: 8В при питании 9В
- Время нарастания: менее 50 нс (при 1 кГц)
- Время спада: менее 30 нс (на 1 кГц)
- Рассимметрия: менее 5% (1 кГц)

Треугольный сигнал:

Амплитуда: 0 - 3 В при питании 9 В
- Нелинейность: менее 1% (до 100 кГц)

Схемы и ПП

Рисунки печатных плат

Грубая регулировка частоты осуществляется с помощью 4-х позиционного переключателя для частотных диапазонов; (1) 1 Гц-100 Гц, (2) 100 Гц-20 кГц, (3) 20 кГц-1 МГц (4) 150 кГц-1 МГц. Несмотря на то, что в схеме указан верхний предел 3 мегагерца, гарантированная предельная частота составляет именно 1 Мгц, далее генерируемый сигнал может быть менее стабильным.

В данной статье описывается простой генератор звуковых частот, проще говоря - пищалка. Схема простая и состоит всего из 5 элементов, если не считать батарейку и кнопку.

Описание схемы:
R1 задает смещение на базу VT1. А с помощью C1 осуществляется обратная связь. Динамик является нагрузкой VT2.

Сборка:
Итак, нам понадобится:
1) Комплементарная пара из 2х транзисторов, то есть один NPN и один PNP. Подойдут практически любые маломощные, например КТ315 и КТ361 . Я использовал то, что было под рукой - BC33740 и BC32740.
2) Конденсатор 10-100нФ, я использовал 47нФ (маркировка 473).
3) Подстроечный резистор около 100-200 кОм
4) Любой маломощный динамик. Можно использовать наушники.
5) Батарейка. Можно практически любую. Пальчиковую, или крону, разница будет только в частоте генерации и мощности.
6) Небольшой кусок фольгированного стеклотекстолита, если планируется делать все на плате.
7) Кнопка или тумблер. Мной была использована кнопка из китайской лазерной указки.

Итак. Все детали собраны. Приступаем к изготовлению платы. Я сделал простенькую плату поверхностного монтажа механическим путем (то есть при помощи резака).

Итак, все готово к сборке.

Сначала монтируем основные компоненты.

Потом впаиваем провода питания, батарейку с кнопкой и динамик.

На видео показана работа схемы от 1.5В батарейки. Подстроечный резистор меняет частоту генерации

Список радиоэлементов

Я хотел создать функциональный генератор, генерирующий аудио сигналы для тестирования эффектов / усилителей; а также TTL сигналов синхронизации для цифровых схем. Поскольку обычно новые функциональные генераторы стоят около £20, я решил, что смогу сделать такой генератор самостоятельно.

Для данного проекта я использовал интегральную схему XR-2206 для генерирования колебательного сигнала. Интегральная схема может создавать сигнал в виде синусоидальных и треугольных импульсов с заданной амплитудой и частотой, а также TTL сигнал синхронизации при напряжении 5 В. Частотный диапазон колеблется от 20 Гц до 300 кГц – поэтому данный функциональный генератор будет охватывать весь слышимый человеком диапазон частот.

Интегральная схема имеет входы для контроля частот всех сигналов, а также амплитуды синусоидального / треугольного сигнала.

Шаг 1: Список компонентов

Основные компоненты для функционального генератора

• (2x) 1мкФ электролитические конденсаторы
• (1x) 100нФ керамический / полиэфирный конденсатор
• (1x) 10нФ керамический / полиэфирный конденсатор
• (1x) 1нФ керамический / полиэфирный конденсатор
• (1x) 10Ом резистор
• (2x) 1КОм резисторы
• (1x) 3 КОм резистор
• (2x) 5 КОм резисторы
• (1x) 10 КОм резистор
• (1x) 30 КОм резистор
• (2x) 10 КОм потенциометры, устанавливаемые на панели
• (1x) 100 КОм потенциометр, устанавливаемый на панели
• (2x) 25 КОм подстрочные резисторы
• (1x) 4 поворотный переключатель положения
• (1x) однополюсный перекидной выключатель
• (5x) 4мм гнезда типа "банан"
• (1x) 16 штыревое DIL гнездо
• (1x) ИС XR2206 - функциональный генератор
• Корпус устройства
• Макетная плата
• Провода с многожильным проводником

Дополнительные компоненты для опционального источника питания

• (1x) 15В AC трансформатор
• (1x) IEC ввод электропитания
• (1x) двухполюсный выключатель
• (1x) 1A предохранитель и держатель
• (1x) 1A мостовой выпрямитель или (4x) диоды 1N4001
• (1x) 2200мкФ электролитический конденсатор
• (1x) 10мкФ электролитический конденсатор
• (1x) 100нФ полиэфирный конденсатор
• (1x) 220Ом резистор
• (1x) 5мм светодиод с держателем
• (1x) ИС 7812 - стабилизатор напряжения
• Гибкая проволока для подключения электропитания

Шаг 2: Электрическая схема

Для данного проекта используется многофункциональная генераторная ИС – это обеспечило простоту конструкцию, а также малое количество компонентов. Я фактически использовал две микросхемы, которые соответствовали спецификации - Exar XR2206 и Maxim MAX038. В заключении я решил использовать XR2206 – эту микросхему легче и дешевле приобрести.

Частота регулируется двумя потенциометрами – один для грубой настройки и другой для точной. Важно, чтобы для этой цели вы использовали потенциометры хорошего качества, в противном случае будет очень трудно установить точную частоту, и она будет колебаться. С другой стороны вы может заменить два переменных резистора 10-оборотным потенциометром величиной 100 Ком для большей точности.

Я не использовал печатную плату для данного проекта, поскольку спаивал по мере возможности, однако вы можете увидеть, что различные компоненты располагаются в разных частях платы. Фильтр питания и делитель напряжения для контроля амплитуды располагаются слева, конденсаторы для частотного диапазона располагаются в нижней центральной части. Разделив монтажную схему на несколько подсекций легче разрабатывать конструкцию печатной платы.

Данная схема разработана для работы от однополярного источника электропитания напряжением 12 В DC. Подходящий источник питания показан на следующем шаге.

Шаг 3: Источник питания

**Данная часть схемы включает работу с высоковольтным источником переменного тока. Если вы сомневаетесь касательно работы с потенциально-смертельным уровнем напряжения, ПРОПУСТИТЕ ДАННУЮ ЧАСТЬ ПРОЕКТА. Вместо этого вы можете использовать AC адаптер питания. Я не несу ответственность за повреждения или травмы, которые могут возникнуть при работе с данным проектом.**

Я решил использовать внутренний источник электропитания для функционального генератора, чтобы не искать модули AC питания. Это означает, что мне не нужно каждый раз повторно калибровать функциональный генератор при запуске от другого напряжения питания, поскольку трансформатор внутри корпуса будет всегда выдавать на выходе одно и то же напряжение.

Убедитесь в том, что предохранитель 1А разрывает токоведущий проводник электропитания. При использовании металлического корпуса убедитесь, что он подсоединен к заземляющему проводнику электропитания. Я разместил все цепи электропитания на своей собственной плате вдали от основной схемы электропитания, с целью облегчения конструкции и снижения интерференции. Убедитесь, что все токоведущие проводники подключены со стороны первичной обмотки трансформатора.

Шаг 4: Корпус

Я разместил все электронные компоненты в пластиковый приборный корпус. Я использовал корпус, показанный на веб-сайте http://www.evatron.com, хотя существует множество аналогичных вариантов. Я использовал маркер для нанесения меток на коннекторы и элементы управления.

Шаг 5: Калибровка

Для калибровки функционального генератора необходимо наличие осциллографа.

Очень важно правильно провести калибровку схемы, чтобы получить на выходе чистый колебательный сигнал. Начните с выбора синусоидального сигнала, выключив переключатель синусоидального / треугольного сигнала. Установите частотный диапазон на второй диапазон, и амплитуду на максимум.

Подсоедините щуп осциллографа на выход синусоидального / треугольного сигнала и установите ваш осциллограф на связь по переменному току – колебательный сигнал имеет DC смещение, другими словами вы не увидите полную волну на экране.

Установите подстрочный резистор в среднее положение и отрегулируйте смещение построечного резистора, пока синусоидальный сигнал на осциллографе не будет четко отображаться. С помощью устройства для контроля искажения продолжите регулировку симметрии для дальнейшего снижения искажения. Вы должны получить чистый синусоидальный сигнал, аналогичный показанному на диаграмме.

Сигнал в виде треугольных импульсов имеет большую амплитуду, чем синусоидальный сигнал, поэтому он будет обрезаться при полной амплитуде, в то время как синусоидальный сигнал не будет. Это, к сожалению, является внутренним дефектом схемы, однако не является большим недостатком, поскольку вы можете вручную установить амплитуду. Прямоугольный сигнал фиксируется при напряжении 5 В и не нуждается в регулировке.

Шаг 6: Модификации и обновления

Существует возможность вносить множество изменений в данный проект для его адаптации в соответствие с вашими особыми требованиями. Также можно увеличить максимальный частотный диапазон, добавив 5-ое положение на поворотный переключатель и подсоединив емкость 100 пФ, аналогично другим подключаемым компонентам. Это поднимет макс. частоту до величины 3 МГц (при данном значении действительно только использовать сигнал прямоугольной формы).

Вы можете использовать также поворотный переключатель для выбора формы сигнала, однако для его получения потребуется грамотное подключение, а также замена переключателя синусоидальный/треугольный сигнал.

Я надеюсь, вы найдете данный проект полезным – он оказался очень кстати при тестировании аудио схем.

Список радиоэлементов

Схема низкочастотного генератора.

Низкочастотный генератор является одним из необходимейших приборов в радиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов (измерительных мостов, модуляторов и др.).

Принципиальная схема генератора показана на рисунке 1. Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и выходного делителя на резисторах R6, R12, R13, R14.

Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи (С1-СЗ, R3, R4, R5, С4-С6) выполненной по схеме моста Винна, переведен в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2. Причем, R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискаженный синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды.
Лампа накаливания Н1 включена на выходе ОУ в его цепи обратной связи. Вместе с резистором R16 лампа образует делитель напряжения, коэффициент деления которого зависит от протекающего через него тока (лампа Н1 выполняет функции терморезистора, увеличивая свое сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током).

Частота устанавливается двумя органами управления, - переключателем S1 выбирают один из трех поддиапазонов «20-200 Гц», «200-2000 Гц» и «2000-20000 Гц». Реально диапазоны немного шире и частично перекрывают друг друга. Плавная настройка частоты производится сдвоенным переменным резистором R5. Желательно чтобы резистор был с линейным законом изменения сопротивления. Сопротивления и законы изменения составных частей R5 должны быть строго одинаковыми, поэтому, применение самодельных сдвоенных резисторов (сделанных из двух одиночных) недопустимо. От точности равенства сопротивлений R5 сильно зависит коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала.

На оси переменного резистора закреплена ручка со стрелкой (как у галетных приборных переключателей) и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты лучше всего использовать цифровой частотомер.
Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на выход. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14.
Максимальное выходное напряжение НЧ генератора, - 1,0V.
Контролировать величину выходного напряжение удобнее всего по низкочастотному милливольтметру, делая поправку на значение аттенюатора на резисторах R12-R14.

Выключают генератор тумблером на два направления S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.

Переключатель S1 галет-ный на три направления и три положения. Используются только два направления. Выключатель S2 -тумблер на два направления. Все разъемы - коаксиальные разъемы типа «Азия» от видеотехники. Дроссели L1 и L2 - от модулей цветности старых телевизоров УСЦТ (можно использовать любые дроссели индуктивностью не менее 30 мкГн). Лампа накаливания Н1 - индикаторная, с гибкими проволочными выводами (похожа на светодиод), на напряжение 6,3V и то 20 тА. Можно использовать и другую лампу на напряжение 2,5-13,5V и ток не более 0,1 А.

Налаживать генератор желательно используя частотомер и осциллограф. В этом случае, подстройкой резистора R1 добиваются максимального и неискаженного переменного синусоидального напряжения на выходе генератора, во всем диапазоне частот (это, обычно, соответствует величине выходного переменного напряжения 1V). Затем, более точным подбором R4 и R3 (эти сопротивления должны быть одинаковы) устанавливают диапазоны перестройки частоты. Если используются недостаточно точные конденсаторы С1-С6 может понадобиться их подбор или включение параллельно им «достроечных» конденсаторов.

Иванов А.

Литература:
1. Овечкин М. Низкочастотный измерительный комплекс, ж. Радио №4, 1980.

Радиоконструктор 08-2016
Скачать: Низкочастотный генератор для радиолюбительской лаборатории
В случае обнаружения "битых" ссылок - Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время.

Столь широкие возможности данной конструкции обусловлены использованием в ней микросхемы К174ГФ2 (аналог XR2206), «специализация» которой - служить в качестве генератора, управляемого напряжением различной формы - амплитудного, частотного и фазового модулятора; а также выступать как составной элемент следящих фильтров, синхронных детекторов и низкочастотных систем фазовой автоподстройки частоты.

При подаче пилообразного напряжения с осциллографа на вход 1 (см. принципиальную электрическую схему предлагаемого устройства) происходит девиация частоты любой из форм. Сигналы генерируются в пределах от 4 Гц до 30 кГц (для прямоугольника) и до 490 кГц (для синусоиды и треугольника).

Вся эта полоса частот разделена на пять декад (диапазонов). Регулировка частоты в пределах каждой из них- плавная. Девиация выбранной частоты составляет не менее ±8%. Соответствующими переменными резисторами устанавливается размах сигналов: от 0 до 10 В - для прямоугольной, до 4 В-для треугольной, до 1,8 В - для синусоидальной форм. Предусмотрена («переменник» на вых.З) и регулировка амплитуды прямоугольных импульсов, используемых при испытаниях цифровых устройств на КМОП- и ТТЛ-микросхемах. Устанавливаемые пределы изменений здесь - от 0 до 10 В.

Схемное решение данного функционального генератора таково, что коэффициент гармоник сигнала синусоидальной формы не превышает 0,7%, коэффициент нелинейности сигнала треугольной формы -1,5%, а длительность фронта и спада прямоугольных импульсов-не более 0,1 мкс. Выходное сопротивление на вых. 1 составляет 25 Ом, на вых.2-300 и на вых.З-20 Ом.

Для улучшения формы прямоугольника в конструкцию введен триггер Шмитта, выполненный на микросхеме DD1. Транзисторы же подключены так, что VT1 работает как входной усилитель пилообразного напряжения, а VT2 - VT4 выполняют функции эмиттерных повторителей.

Форма сигнала на вых.1 зависит от переключателя SA1. При замкнутых контактах последнего это - синусоида, а при разомкнутых- сплошная череда треугольных импульсов. SA2 служит для переключения диапазонов. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором ЧАСТОТА, а девиация - другим «переменником» с соответствующей надписью.

Практически весь генератор (за исключением разве что переменных резисторов, переключателей с конденсаторами С5-С9 да гнезд входа-выхода сигналов) смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита 95x51x1,5 мм. Большинство из используемых при этом радиодеталей - самые что ни на есть распространенные.

Так, в качестве постоянных резисторов подойдут, например, МЛТ-0,125; для «переменников» RЗ, R8, R18, R20, R21 сгодятся не менее известные СПЗ-4а или СПЗ-9а; ну а в роли «подстроечников» R11, R13 и R14 вполне приемлемы СП5-3, СП5-16. Конденсаторы С1 - С4, С10 - С12, С14 тоже не из разряда дефицитных. В частности, пригодны здесь «электролиты» К50-6. Остальные конденсаторы могут быть любого типа; однако желательно, чтобы С5 - С9, устанавливаемые непосредственно на переключателе диапазонов, имели к тому же термостабильные параметры.

Обычно генератор, собранный правильно и из заведомо исправных радиодеталей, в особой настройке не нуждается. Но иной раз можно считать оправданными и небольшие корректировки. В частности, когда «подстроечником» R13 добиваются практически идеальной формы у синусоидального сигнала. С помощью R14 корректируется симметричность, а R11 выставляется требуемая амплитуда по вых.1 функционального генератора.

Смастерите себе такое устройство для домашней лаборатории - не пожалеете!

В. ГРИЧКО, г. Краснодар

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.