Используя частотно-избирательную цепь в виде двойного Т-моста и линейный регулятор напряжения LT3080 , можно построить генератор на основе двойного Т-моста с низким коэффициентом гармоник и возможностью управления выходной мощностью.

Оборудование для проверки систем переменного тока часто нуждается в источнике сигнала с малыми нелинейными искажениями для проведения проверки приборов. Общей практикой является использование, в качестве эталона, генератора сигналов с малыми искажениями, сигнал с которого подается на усилитель мощности и управляет проверяемым устройством. Эта Идея предлагает менее громоздкую альтернативу.

На рис. 1 изображен генератор, который выдает синусоидальный сигнал с малыми искажениями и возможностью управления мощностью выходного сигнала. Мощный генератор состоит из двух основных частей: схемы двойного Т-моста и мощного регулятора с низким падением напряжения. Схема двойного Т-моста работает как два фильтра Т-типа, соединенных параллельно: фильтр низких частот и фильтр высоких частот.

Схема двойного Т-моста обладает высокой частотной избирательностью как фильтр-пробка (режекторный фильтр). Регулятор с малым падением напряжения усиливает сигнал и управляет нагрузкой. Регулятор, используемый в этой схеме, содержит внутренний источник образцового тока с повторителем напряжения. Коэффициент передачи от вывода Управление (Set) до вывода Выход (Out) равен единице, а источником тока является стабильный источник тока на 10 мкА. Резистор RSET, подключенный к выводу Set программирует выходной уровень напряжения постоянного тока. Подключение схемы двойного Т-моста между выводами Выход (Out) и Управление (Set) pins, приводящее к тому, что фильтр ослабляет как высокие, так и низкие частоты, приводит к тому, что сигнал с частотой, соответствующей резонансной частоте фильтра, беспрепятственно проходит через него. Резисторы и конденсаторы задают центральную частоту фильтра, f0: f0=1/(2πRC).

Малосигнальный анализ схемы двойного Т-моста показывает, что максимальный коэффициент передачи наблюдается на центральной частоте. Максимальный коэффициент усиления генератора на двойном Т-мосте увеличивается от значения1 до значения 1.1 при увеличении K-фактора от двух до пяти (рис. 2). Максимальный коэффициент усиления уменьшается, когда K-фактор становится больше 5. Поэтому, обычно выбирают значение K-фактора в промежутке от трех до пяти для достижения коэффициента усиления большего единицы. Петлевое усиление должно быть равно единице чтобы поддерживать устойчивую генерацию. Таким образом, для подстройки петлевого усиления и управления амплитудой выходного сигнала требуется потенциометр.

Генератор на основе двойного Т-моста может управлять индуктивной, емкостной и резистивной нагрузкой. Ограничение тока стабилизатора с малым падением напряжения, которое составляет 1.1 А для микросхемы Linear Technology LT3080, является единственным ограничением на возможности управления нагрузкой генератора. Характеристики нагрузки, в свою очередь, ограничивают частотный диапазон. Например, нагрузка сопротивлением 10 Ом с выходным конденсатором емкостью 4.7 мкФ приводит к величине коэффициента гармоник Кг (THD) 7% на частоте выше 8 кГц, в то время, как на частоте 400 Гц Кг составляет всего 0.1% , для схемы на рис. 3. Генератор на двойном Т-мосте имеет ту же производительность, при линейном управлении нагрузкой, что и сама микросхема LT3080. Кроме того он работает в широком температурном диапазоне.

Используя автоматическое управление усилением, можно заменить потенциометр лампой накаливания (рис. 3) или управляемым напряжением каналом MOSFET-транзистора (рис. 4). Сопротивление лампы накаливания увеличивается при увеличении амплитуды выходного сигнала генератора, вследствие чего проявляется эффект самонагревания, таким образом отслеживается коэффициент усиления, управляющий генерацией выходного сигнала. На рис. 4, посредством детектирования пикового значения выходного напряжения с использованием стабилитрона, сопротивление канала MOSFET-транзистора уменьшается при увеличении амплитуды выходного сигнала генератора. Петлевое усиление также уменьшается, управляя генерацией сигнала.

На рис. 5 показана проверка формы сигнала генератора на двойном Т-мосте, при использовании лампы накаливания. Выход настроен на сигнал с двойной амплитудой от пика до пика 4В при напряжении смещения 5 В постоянного тока (рис. 6). Генератор на двойном Т-мосте имеет частоту генерации 400 Гц и коэффициент гармоник Кг 0.1%. наиболее значительный вклад вносит вторая гармоника, которая имеет амплитуду менее 4 мВ от пика до пика. На рис. 6 показана проверка формы сигнала генератора на двойном Т-мосте, при использовании MOSFET-транзистора. Кг составил 1% при амплитуде второй гармоник 40 мВ от пика до пика.

Переходные процессы при включении являются другим важным аспектом генератора. В обоих схемах отсутствуют сверхнизкочастотные колебания, характерные для других типов генераторов. Формы сигналов на рис. 7 и рис. 8 говорят о малом выбросе при включении. Генератор, использующий стабилизацию MOSFET-транзистором быстрее, чем генератор использующий стабилизацию лампой накаливания, поскольку лампа накаливания имеет большую инерционность при изменении температуры.

Данную схему можно использовать как управляемый постоянным напряжением источник переменного напряжения в приложениях, требующих малого коэффициента искажений и возможность управления выходной мощностью.

Генераторы сигнала - это устройства, которые в первую очередь предназначены для тестирования передатчиков. Дополнительно специалисты используют их для измерения характеристик аналоговых преобразователей. Тестирование модельных передатчиков происходит путем имитации сигнала. Это необходимо, чтобы проверить прибор на соответствие современным стандартам. Непосредственно сигнал на устройство может подаваться в чистом виде либо с искажением. Скорость его по каналам может сильно различаться.

Как выглядит генератор?

Если рассматривать обычную модель генератора сигналов, то на передней панели можно заметить экран. Необходим он для того, чтобы следить за колебаниями и проводить управление. В верхней части экрана располагается редактор, который предлагает на выбор различные функции. Далее ниже идет севенсор, который показывает частоту колебаний. Под ним располагается режимная строка. Уровень амплитуды или смещения сигнала можно регулировать с помощью двух кнопок. Для работы с файлами имеется отдельная мини-панель. С ее помощью результаты тестирования можно сохранить либо сразу открыть.

Чтобы пользователь был способен менять частоту дискретизации, в генераторе имеется специальный регулятор. По числовым значениям можно довольно быстро произвести синхронизацию. Выходы сигналов, как правило, располагаются в нижней части устройства под экраном. Там же имеется копка для запуска генератора.

Самодельные устройства

Сделать генератор сигналов своими руками довольно проблематично из-за сложности устройства. Основным элементом оборудования принято считать селектор. Рассчитан он в модели на определенное число каналов. Микросхем в устройстве, как правило, имеется две. Для регулировки частоты генератору необходим синтезатор. Если рассматривать многоканальные приборы, то микроконтроллеры для них подойдут серии КН148. Преобразователи используются только аналогового типа.

Устройства синусоидального сигнала

Генератор синусоидального сигнала микросхемы использует довольно простые. Усилители при этом могут применяться только операционного типа. Это необходимо для нормальной передачи сигнала от резисторов на плату. Потенциометры включаются в систему с номиналом не менее 200 Ом. Показатель коэффициента заполнения импульсов зависит от скорости процесса генерации.

Для гибкой настройки устройства блоки устанавливаются многоканальные. генератор синусоидального сигнала изменяет при помощи поворотного регулятора. Для тестирования приемников он подходит только модулирующего типа. Это говорит о том, что каналов у генератора должно быть как минимум пять.

Схема низкочастотного генератора

Низкочастотный генератор сигналов (схема показана ниже) включает в себя аналоговые резисторы. Потенциометры должны быть установлены только номиналом 150 Ом. Для изменения величины импульса используют модуляторы серии КК202. Генерация в данном случае происходит через конденсаторы. Между резисторами в схеме должна находиться перемычка. Наличие двух выводов позволяет установить в генератор сигналов (низкочастотный) переключатель.

Принцип действия модели звукового сигнала

Подключая генератор частоты, первоначально напряжение подают на селектор. Далее переменный ток проходит через связку транзисторов. После преобразования в работу включаются конденсаторы. Отражаются колебания на экране при помощи микроконтроллера. Чтобы регулировать предельную частоту, необходимы специальные выводы на микросхеме.

Максимальную выходную мощность в этом случае генератор звукового сигнала может достичь в 3 ГГц, но погрешность должна быть минимальной. Для этого возле резистора устанавливается ограничитель. Фазовый шум системой воспринимается за счет коннектора. Показатель фазовой модуляции зависит исключительно от скорости преобразования тока.

Схема устройства смешанных сигналов

Стандартная схема генератора такого типа отличается многоканальным селектором. При этом выходов на панели имеется более пяти. В данном случае предельную частоту максимум можно выставлять в 70 Гц. Конденсаторы во многих моделях имеются с емкостью не более 20 пФ. Резисторы чаще всего включаются номиналом в 4 Ом. Время установки первого режима составляет в среднем 2.5 с.

За счет наличия ограничителя пропускания обратная мощность агрегата может достигать 2 МГц. Частоту спектра в данном случае можно регулировать при помощи модулятора. Для выходного импеданса имеются отдельные выходы. уровня в схеме равняется меньше 2 Дб. Преобразователи в стандартных системах имеются серии РР201.

Прибор сигналов произвольной формы

Данные приборы рассчитаны на малую погрешность. Режим гибкой последовательности в них предусмотрен. Стандартная схема селектора предполагает шесть каналов. Минимальный параметр частоты равняется 70 Гц. Положительные импульсы генератором данного типа воспринимаются. Конденсаторы в цепи емкость имеют не менее 20 пФ. Выходное сопротивление устройством выдерживается до 5 Ом.

По параметрам синхронизации данные генераторы сигнала довольно сильно отличаются. Связано это, как правило, с типом коннектора. В результате время нарастания колеблется от 15 до 40 нс. Всего режимов в моделях имеется два (линейный, а также логарифмический). С их помощью амплитуду можно менять. Погрешность частоты в данном случае составляет менее 3%.

Модификации сложных сигналов

Для модификации сложных сигналов специалисты используют в генераторах только многоканальные селекторы. Усилителями они оборудуются в обязательном порядке. Для смены режимов работы используют регуляторы. Благодаря преобразователю ток становится постоянным с 60 Гц. Время нарастания в среднем должно составлять не более 40 нс. С этой целью минимальная емкость конденсатора равняется 15 пФ. Сопротивление системой для сигнала обязано восприниматься в районе 50 Ом. Искажение при 40 кГц составляет обычно 1%. Таким образом, для тестирования приемников генераторы применяться могут.

Генераторы со встроенными редакторами

Генераторы сигнала указанного типа очень просты в настройке. Регуляторы в них рассчитаны на четыре позиции. Таким образом, уровень предельной частоты можно настраивать. Если говорить о времени установки, то оно во многих моделях составляет 3 мс. Достигается это за счет микроконтроллеров. Соединяются они с платой при помощи перемычек. Ограничители пропускания в генераторах данного типа не устанавливаются. Преобразователи по схеме устройства располагаются за селекторами. Синтезаторы в моделях применяются редко. Максимальная выходная мощность устройства находится на уровне 2 МГц. Погрешность в данном случае допускается только 2%.

Устройства с цифровыми выходами

Генераторы сигнала с цифровыми выходами коннекторами оснащаются серии КР300. Резисторы, в свою очередь, включаются номиналом не менее 4 Ом. Таким образом, внутреннее сопротивление резистором выдерживается большое. Тестировать данные устройства способны приемники с мощностью не более 15 В. Соединение с преобразователем осуществляется только через перемычки.

Селекторы в генераторах можно встретить трех- и четырехканальные. Микросхема в стандартной цепи, как правило, применяется типа КА345. Переключатели для измерительных приборов используют только поворачивающиеся. Импульсная модуляция в генераторах происходит довольно быстро, а достигается это за счет высокого коэффициента прохождения. Также следует учитывать малый уровень широкополосного шума на уровне 10 дБ.

Модели с высокой тактовой частотой

Генератор сигналов с высокой тактовой частотой отличается большой мощностью. Внутреннее сопротивление он способен в среднем выдерживать 50 Ом. Полоса пропускания у таких моделей обычно равняется 2 ГГц. Дополнительно следует учитывать, что конденсаторы используются емкостью не менее 7 пФ. Таким образом, максимальный ток выдерживается на отметке в 3 А. Искажение в системе максимум может составлять 1%.

Усилители, как правило, в генераторах можно встретить только операционного типа. Ограничители пропускания в цепи устанавливаются вначале, а также в конце. Коннектор для выбора типа сигналов присутствует. Микроконтроллеры можно встретить чаще всего серии РРК211. Селектор как минимум рассчитан на шесть каналов. Регуляторы поворотные в таких устройствах имеются. Максимум предельную частоту можно выставлять в 90 Гц.

Работа генераторов логических сигналов

Данный генератор сигналов резисторы имеет номиналом не более 4 Ом. При этом внутреннее сопротивление держится довольно высокое. Для уменьшения скорости передачи сигнала устанавливаются типа. Выводов на панели, как правило, имеется три. Соединение с ограничителями пропускания происходит только через перемычки.

Переключатели в приборах установлены поворотные. Можно выбирать два режима. Для фазовой модуляции генераторы сигнала указанного типа использоваться могут. Параметр широкополосного шума у них не превышает 5 дБ. Показатель частотной девации, как правило, находится на отметке в 16 МГц. К недостаткам можно отнести долгое время нарастания, а также спада. Связано это с низкой пропускной способностью микроконтроллера.

Схема генератора с модулятором МХ101

Стандартная схема генератора с таким модулятором предусматривает наличие селектора на пять каналов. Это дает возможность работать в линейном режиме. Максимальная амплитуда при низкой нагрузке выдерживается в 10 пик. Смещение по постоянному напряжению происходит довольно редко. Параметр выходного тока находится на отметке в 4 А. Погрешность частоты максимум способна доходить до 3%. Среднее время нарастания у генераторов с такими модуляторами равно 50 нс.

Форма сигнала меандр системой воспринимается. Тестировать приемники с помощью этой модели можно мощностью не более 5 В. Режим логарифмической развертки позволяет довольно успешно работать с различными измерительными приборами. Скорость перестройки на панели можно менять плавно. За счет высокого выходного сопротивления нагрузка с преобразователей снимается.

Самодельные приборы и оборудование

Радиоконструктор 2007 №11

Обычно, генераторы низкочастотных синусоидальных сигналов строят на операционных усилителях. Но логические элементы тоже могут работать в аналоговом режиме -в качестве усилителей. В литературе эта тема затрагивалась неоднократно, но в основном это были схемы усилителей аналоговых сигналов (усилители НЧ на КМОП-микросхемах, приёмники прямого усиления и т.п.). Но любой усилитель, даже сделанный из логических элементов, можно превратить в генератор, - все дело в обратной связи...

На рисунке 1 приводится схема синусоидального генератора НЧ фиксированной частоты, реализованного на двух логических инверторах микросхемы К561ЛН2. Инверторы переведены в аналоговый режим с помощью ООС на резисторах R1 и R3. каждый из которых включен между входом и выходом инвертора. Полученные таким образом усилители включены последовательно (как два каскада) через резистор R4. Причем, коэффициент передачи первого каскада зависит от соотношения сопротивлений R1 и R2. Так как эти резисторы одинаковы, - коэффициент передачи первого каскада равен единице Коэффициент передачи второго каскада определяется соотношением сопротивлений R4 и R3, и его можно подстраивать резистором R4.

Резисторы R1-R2 вместе с ёмкостями С1 и С2 образуют мост Вина , настроенный на некоторую частоту которая определяется по известной формуле:

F=1/(RC), где R=R1=R2, С=С1=С2.

Чтобы получить неограниченную и неискаженную синусоиду нужно отрегулировать соответствующим образом коэффициент передачи усилителя под строенным резистором R4. В данной схеме, при питании от источника напряжением 9V наилучшая форма синусоиды получается при её действующем значении около 1V.

Этот генератор, хотя и выполнен на логических элементах, является чисто аналоговым, и его выходной продукт не содержит каких-то импульсных составляющих или ступенчатого напряжения, нуждающихся в фильтрации.

На рисунке 2 показана схема цифрового кварцевого синусоидального генератора , вырабатывающего синусоидальное напряжение частотой 976,5625 Гц (при частоте кварцевого резонатора 500 кГц). Здесь синусоидальное напряжение формируется из прямоугольных импульсов с помощью ЦАП на элементах микросхемы D2 и резисторах. Период состоит из 32-х ступенек. Окончательно выходной сигнал формируется операционным усилителем А1, и включённой на его выходе RC-цепочкой. которая сглаживает ступеньки, образующие синусоиду.

Частота выходной синусоиды будет в 512 раз ниже частоты кварцевого резонатора или входных импульсов, которые, при работе от внешнего источника импульсов, можно подавать на вывод 11 D1. При этом, детали R1, R2, Q1, С1, С2 исключаются

Схема привлекательна тем, что позволяет получить синусоидальный низкочастотный сигнал кварцевой стабильности частоты.

РадиоМатор 2002 №6

Еще одна простенькая схема синусоидального генератора с применением цифровой микросхемы. Несмотря на свой необычный внешний вид, схема вполне надёжна, автор пользуется ею уже около 2 лет.

Основным элементом генератора является микросхема К155ЛАЗ. Кольцевое соединение трёх инверторов DD1.1...DD1.3 представляет собой неустойчивую структуру, склонную к возбуждению на максимальной рабочей частоте. Резистор R1 задаёт рабочую точку микросхемы вблизи порога переключения. Благодаря наличию у ТТЛ-схем "мёртвой зоны" (диапазона напряжений между порогами логического "0" и логической "1") ИМС переходит в активный режим. Контур L1-C1 создаёт условия для возбуждения на собственной резонансной частоте. Добротность контура большого значения не имеет, схема уверенно запускается и с низкодобротными контурами.

Стабильность частоты зависит исключительно от стабильности контура и достаточно высока. Амплитуда выходного напряжения зависит от добротности контура и может достигать 2,5 В. При максимальной частоте (около 10...15 МГц) амплитуда импульсов раза в 2 меньше, и микросхема начинает греться.

Выходной сигнал можно снимать как с катушки L1, так и с конденсатора С1. Однако лучше снимать его с катушки, в этом случае ёмкость нагрузки (даже весьма значительная) оказывает минимальное влияние на рабочую частоту. Несмотря на это, нагрузку лучше подключать через буфер. Это может быть эмиттерный или истоковый повторитель, буфер на ОУ или катушка связи - все зависит от выходной частоты. Очевидно, что на частоте 1 кГц следует отдать предпочтение ОУ, а на 5 МГц - катушке связи.

Налаживание схемы сводится к подбору рабочей точки ИМС при помощи резистора R1. Для этого к выходу генератора подключают осциллограф и, вращая R1, добиваются появления устойчивой генерации с максимальной амплитудой. R1 лучше взять многооборотный, типа СПЗ-39.

Устройство работоспособно с любыми инверторами ТТЛ- и ТТЛШ-серий. От применения КМОП-микросхем лучше отказаться, т.к. добиться устойчивой генерации на них практически невозможно.

А.УВАРОВ, г.Белгород.

Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина

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 🙂

Классика жанра

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:

1. Ничто не ново под Луной.
2. Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной! Взял бы нормальный ОУ тогда - и получил бы образцово низкий Кг.

This entry was posted in , by . Bookmark the .

Комментарии ВКонтакте

254 thoughts on “Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина ”

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом.