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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
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Generatore di funzioni universali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione

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L'introduzione di un generatore di funzioni relativamente semplice sul microcircuito MAX038 delle funzioni di scansione della frequenza e di un generatore di segni consentirà di eseguire una varietà di misurazioni, regolazioni e monitoraggio delle prestazioni di varie apparecchiature elettroniche in un'ampia gamma di frequenze. Le interessanti possibilità di applicazione che ha questo generatore possono essere ottenute introducendo nodi simili in altri generatori funzionali, le cui descrizioni sono state pubblicate sulla nostra rivista negli ultimi due o tre anni.

Quando si eseguono una serie di misurazioni, un generatore funzionale, insieme a un multimetro e un oscilloscopio, è un dispositivo indispensabile, che è forse incluso nel principale complesso necessario del laboratorio domestico di un radioamatore.

Il generatore di frequenza oscillante è indispensabile anche nello studio, ad esempio, delle caratteristiche ampiezza-frequenza. Permette di osservare la variazione delle caratteristiche al variare dei parametri dei circuiti in studio, mentre in alcuni casi il tempo di sintonia dei circuiti risonanti può essere decine o addirittura centinaia di volte inferiore rispetto al metodo classico di studio del risposta in frequenza per punti.

Di solito, nei generatori di funzioni semplici con un piccolo intervallo di frequenza, non ci sono regolazioni per il ciclo di lavoro degli impulsi rettangolari, così come per i passi avanti e indietro della tensione a dente di sega, non c'è possibilità di ottenere una frequenza o una larghezza di impulso segnale modulato. Per quanto riguarda i generatori di frequenza di scansione, di solito hanno molti circuiti risonanti, sono difficili da sintonizzare e la loro produzione è spesso al di là delle capacità di radioamatori di media abilità.

Nel semplice GKCh [2], di solito non ci sono segnali di segni di frequenza, e quindi, senza un frequenzimetro, ha ben poco senso da tali dispositivi.

Il generatore offerto all'attenzione dei progettisti radioamatori è esente dalle carenze elencate. La maggior parte del dispositivo è assemblata su microcircuiti digitali, il che rende il più semplice possibile stabilirlo. Anche un radioamatore con poca esperienza può farcela. La descrizione contiene consigli per modificare alcune caratteristiche "a proprio gusto".

Principali caratteristiche tecniche del generatore

La gamma di frequenza operativa è suddivisa in nove sottocampi:

1) 0,095 Hz...1,1 Hz;

2) 0,95 Hz... 11 Hz;

4) 95 Hz...1100 Hz;

5) 0,95 kHz...11 kHz;

6) 9,5 kHz...110 kHz;

7) 95 kHz...1100 kHz;

8) 0,95 MHz... 1 MHz;

9) 9 MHz...42 MHz*.

Forma del segnale di uscita: rettangolare, sinusoidale, triangolare, a dente di sega. Oscillazione della tensione di uscita picco-picco (con resistenza di carico RH = 50 ohm) - 1 V.

Il duty cycle degli impulsi rettangolari è 0,053 ... 19. La regolazione della frequenza e del duty cycle del segnale di uscita è reciprocamente indipendente.

I segnali di etichetta possono essere impostati a intervalli di 10 e 1 MHz, 100, 10 e 1 kHz e 100 Hz.

La frequenza di modulazione massima agli ingressi PWM e FM è di 2 MHz, la deviazione di frequenza Fo (FM) da un segnale di modulazione esterno è fino a ±50%.

La base del generatore (il suo circuito è mostrato in Fig. 1) è il chip MAXIM MAX038, una descrizione dettagliata del quale è data in [1].

Generatore di funzioni universale
(clicca per ingrandire)

"Deviazione" è nella posizione più bassa secondo lo schema. La forma del segnale di uscita del generatore è determinata dai livelli logici agli ingressi AO, A1 e dipende dalla posizione dell'interruttore SA6. Si è notata l'influenza dell'instabilità dei segnali di controllo per gli ingressi AO e A1 sull'instabilità complessiva della frequenza di generazione. Per ridurre al minimo questo effetto, i condensatori C12, C13 sono progettati per ridurre il livello di interferenza e l'ondulazione dell'alimentazione.

La frequenza del segnale generato dipende dalla capacità CF collegata all'uscita COSC (condensatori C1 - C8) della tensione all'ingresso SADJ e dalla corrente che scorre nell'ingresso IIN. La scelta del sottocampo viene effettuata tramite l'interruttore SA1. La regolazione uniforme della frequenza all'interno della sottobanda avviene all'ingresso IIN. Il valore della corrente che entra nell'ingresso è determinato dalla resistenza dei resistori R12, R13, dal guadagno dell'amplificatore operazionale DA1.1 e dalla posizione del cursore del resistore variabile R 20. Per i sottocampi 2 - 8, è 21 .. 240μA. Quando si passa al nono sottointervallo, la scala del guadagno DA9 aumenta a causa di una diminuzione dell'OOS (introduzione di R1.1) e l'attuale IIN aumenta a 19 ... 160 μA. Ciò è necessario a causa della limitazione del valore di capacità minimo consentito CF a 750 pF. Quando si passa al primo sottointervallo, viene introdotto R20, riducendo di dieci volte la caduta di tensione su R17, R20 e riducendo IIN a 21 ... 2,1 μA, rispettivamente.

Pertanto, per i sottointervalli 1 - 8, il fattore di sovrapposizione è 11 e quando si passa da un sottointervallo all'altro, la frequenza di uscita cambia 10 volte, il che consente di utilizzare una scala graduata di variazione graduale della frequenza. Per la nona gamma è necessaria una scala separata, è più allungata, il coefficiente di sovrapposizione è di circa 4,7. Per ogni specifica istanza di DA2, è meglio selezionare sperimentalmente l'ampiezza del nono intervallo in base al valore della frequenza di taglio della generazione del microcircuito. In ogni caso, per espandere, restringere o spostare gli intervalli di frequenza, puoi utilizzare le formule:

Fmin-UminR9/[CFR' (R12+R13)];

Fmax UmaxR9/[CFR' (R12+R13)],

dove Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 - per sottocampi 1 - 8, R'= R19 - per sottocampi 9; CF= C1 ...C8 (per il sottocampo corrispondente).

I parametri presentati nelle formule sono misurati rispettivamente: F - in kilohertz, U - in volt, R - in ohm, C - in picofarad.

Si noti che per il primo sottocampo, a causa dell'introduzione della resistenza R17, i valori di Umin e Umax, sostituiti nelle formule per il calcolo della frequenza, devono essere ridotti di dieci volte rispetto a quello ottenuto. I condensatori C10, C11 sono progettati per migliorare la stabilità della tensione di controllo costante fornita all'ingresso 5 0U DA1.1.

Il relativo detuning in frequenza (±50% di F0) è effettuato dalla resistenza R4 (SA3 in posizione "F0"). Per ottenere oscillazioni modulate in frequenza, viene applicato un segnale modulante esterno all'ingresso FM e SA3 viene trasferito nella posizione superiore secondo lo schema (posizione FM).

Per la modulazione di larghezza di impulso, viene utilizzato un ingresso PWM appropriato; il ciclo di lavoro è regolato dal resistore R2. Il concetto di "ciclo di lavoro" è usato qui in modo un po 'condizionato, più precisamente, è un cambiamento nel rapporto tra la semionda positiva rispetto alla durata del periodo in percentuale: per le oscillazioni rettangolari, questo è davvero il ciclo di lavoro, ma per le oscillazioni triangolari, questo è il rapporto tra i tempi di corsa avanti e indietro (il segnale cambia dalla sega "dritta" a "indietro"), per un segnale sinusoidale - cambiamento (distorsione) della forma d'onda. Quest'ultimo può essere utile per minimizzare la distorsione armonica del generatore regolando la forma della sinusoide.

L'ampiezza dei segnali modulanti per gli ingressi FM e PWM non deve essere superiore a ±2,3 V.

Gli interruttori SA4, SA5 sono progettati per disabilitare il duty cycle e il controllo della frequenza agli ingressi DADJ e FADJ del chip DA2, mentre il duty cycle è impostato su 2 (50%) e la frequenza corrisponde esattamente a quella impostata dal resistore R20.

Il segnale di uscita proviene dall'uscita OUT DA2 attraverso il resistore R44 alla presa "Generator 1 output". Gli ingressi COSC, DADJ, FADJ del microcircuito sono molto sensibili ai disturbi esterni, si consiglia di collegarli agli interruttori con cavo schermato oppure posizionare il gruppo generatore in una cella schermata.

Per controllare il livello del segnale in uscita, è conveniente utilizzare un attenuatore esterno collegato tra l'uscita del generatore e l'ingresso del dispositivo in esame. L'attenuatore indicato in [2] può essere raccomandato; fornisce un intervallo di attenuazione da 0 a 64 dB in passi di 1 dB ed è ben abbinato in termini di impedenza di ingresso e di uscita.

Nella modalità sweep, l'ingresso "√" del generatore è collegato all'uscita corrispondente dell'oscilloscopio. Il controllo della frequenza del GKCh in sincronia con lo sweep dell'oscilloscopio viene eseguito all'ingresso NN del microcircuito DA2. Il segnale dall'ingresso va al condensatore C9, dove viene interrotta la componente costante. Inoltre, dal motore del resistore variabile R6, che regola l'ampiezza del segnale di controllo e, di conseguenza, l'ampiezza della larghezza di banda dell'oscillazione del generatore, passa all'amplificatore-sommatore invertente DA1.1. Sommato con una componente costante che determina la frequenza centrale dello swing ed è regolato dal resistore R20, il segnale viene inviato all'ingresso UN DA2. Il diodo Zener VD1 limita la corrente massima consentita per l'ingresso IIN a 750 uA.

Il generatore di etichette di frequenza è costituito da un oscillatore master per DD1.1 - DD1.3, divisori per DD3 e DD4, un trigger DD5.1 ​​e un comparatore per DA1.4. L'oscillatore master al quarzo genera un segnale con una frequenza di 10 MHz, che viene inviato all'ingresso del divisore DD3 (rapporto di divisione 10). Inoltre, dall'uscita di DD3, un segnale di 1 MHz viene inviato all'ingresso di un divisore con un rapporto di divisione variabile DD4. A seconda della posizione dell'interruttore SA7.1, all'ingresso C del trigger DD5.1, ci sarà un segnale con una frequenza di 10 MHz, 1 MHz o un segnale la cui frequenza è determinata dal fattore di divisione GG4. Gli ingressi del flip-flop JK ricevono un segnale dall'uscita SYNC DA2, la cui frequenza è uguale alla frequenza del segnale di uscita del generatore e la fase è spostata di 90 gradi. Un filtro passa-basso è collegato all'uscita trigger sugli elementi R40, C22-C27 (la frequenza di taglio è determinata dalla posizione di SA8).

Pertanto, all'ingresso del comparatore DA1.4 otteniamo battiti a bassa frequenza della frequenza di uscita del generatore e frequenze che sono multipli della frequenza all'ingresso di clock di DD5.1. L'ampiezza del battito è tanto più alta quanto più vicini sono i componenti di cui sopra lungo l'asse della frequenza. Pertanto, con un cambiamento graduale nella frequenza di uscita del segnale del generatore, saranno presenti burst del segnale di battimento all'ingresso di DA1.4, indicando che la frequenza del segnale di uscita del generatore è un multiplo della frequenza del segnare il segnale. L'ampiezza del burst (in tempo) dipende dalla larghezza di banda del filtro passa-basso ed è determinata dalla posizione di SA8, questo viene fatto per ottenere segni chiari a diverse span e su diverse gamme del generatore. Il resistore R36 determina la soglia del comparatore, tagliando il rumore di battimento al di sotto di una data ampiezza. L'ampiezza dei segni è regolata dal resistore R46 e viene aggiunta al segnale principale in R45. Il fattore di divisione DD4 è selezionato dall'interruttore SA7.2 e consente di ottenere un segnale all'uscita del divisore con frequenze di 100, 10, 1 kHz, 100 Hz. Quando SA7 si trova nelle due posizioni estreme (superiori secondo lo schema), DD4 esegue un singolo conteggio e si ferma - non c'è segnale alla sua uscita Q.

Per espandere le capacità del generatore, è possibile integrare la griglia di frequenza del segnale tag con il set di frequenze necessario, ad esempio 465 kHz, per sintonizzare l'IF dei ricevitori radio. In questo caso, il fattore di divisione viene scelto in base alla formula:

N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX,

dove N è il fattore di divisione; M - modulo, determinato dal codice per Ka, Kb, Ks; P1 - mille moltiplicatore, determinato dal codice su J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 - moltiplicatori di centinaia, decine, unità, sono determinati dal codice su J13-J16, J9-J12, J5-J8; P5 - il resto, che è determinato dal codice J1-J4.

Una descrizione dettagliata del funzionamento del chip K564IE15 è data in [3]. Il generatore ha un'uscita "Mark" separata, che può essere utile in una serie di misurazioni in cui è necessario disporre di una frequenza di quarzo esemplare.

Il generatore di frequenza audio ausiliario su DA1.2 è assemblato secondo uno schema tipico, può essere utilizzato per modulare il generatore principale in modulazione di frequenza o larghezza di impulso o come generatore separato.

Il rilevatore (Fig. 2) è assemblato secondo lo schema di raddoppio della tensione e consente di operare nell'intervallo 10 kHz ... 50 MHz quando si utilizza una frequenza di scansione dell'oscilloscopio non superiore a 100 Hz.

Generatore di funzioni universale

Per studiare i circuiti a bassa frequenza, la frequenza di scansione deve essere molto bassa, l'uso di un oscilloscopio convenzionale non consente di vedere la risposta in frequenza. Con un oscilloscopio a memoria è possibile osservare le caratteristiche di frequenza a partire da una frequenza di 0,1 Hz. In questo caso è necessario applicare un altro circuito di sincronizzazione degli ingressi, ad esempio mostrato in Fig. 3.

Generatore di funzioni universale

Inoltre, per questo scopo, è meglio realizzare una testa del rivelatore separata aumentando le capacità dei condensatori C1 e C2 (vedi Fig. 2). L'aumento della loro capacità espande la gamma di frequenza dal basso, riducendo contemporaneamente la frequenza di scansione consentita dell'oscilloscopio. Per ottenere etichette alle basse frequenze, è necessario selezionare l'appropriato fattore di divisione DD4 e utilizzare un filtro ad alto Q invece di un filtro su R40, C22-C27; Tuttavia, c'è una limitazione: è difficile isolare i battiti alle basse frequenze.

L'alimentatore (Fig. 4) è assemblato secondo lo schema usuale e genera tensioni di alimentazione di ±5 V e +12 V. Il consumo di corrente sui bus corrispondenti non supera i limiti specificati: +5 V - 300 mA; -5V-100mA;+12V-50mA; -12V-50mA.

Generatore di funzioni universale

Il dispositivo utilizza resistori MLT 0,125, è consentito utilizzare SP, SP0, SP4 come variabili. I condensatori di impostazione della frequenza devono avere un piccolo TKE - sono applicabili le serie KLS, KM-5 (C5-C8), K73-9, K73-16, K73-17 (C2-C4). Condensatore polare C1 - K52-1 con bassa corrente di dispersione; il resto dei condensatori - qualsiasi. Interruttori SA1, SA6-SA8 - PG. I chip DD1 - DD3, DD5 sono intercambiabili con serie simili K155, K555, K533, è sufficiente tenere conto della corrispondente variazione del consumo di corrente. La serie di chip 564 o K564 (DD4) sostituirà completamente K561IE15.

Il circuito stampato per il generatore non è stato sviluppato. Quando si posizionano elementi e connessioni sulla scheda, è necessario separare il più possibile tutti i circuiti associati agli ingressi (pin 3-10) di DA2 dal resto dei circuiti.

L'impostazione del generatore inizia con la selezione dei condensatori C1-C6, in modo che quando si cambiano gli intervalli, la frequenza cambia esattamente dieci volte. I condensatori C7, C8 sono selezionati al meglio dopo l'assemblaggio finale della struttura, poiché la capacità totale CF per i sottocampi 8,9 è influenzata dalla capacità del cavo di collegamento, dal montaggio e da altre capacità parassite.

Successivamente vengono graduate due scale per la resistenza R20 (per i sottocampi 1-8 e 9). Successivamente, viene verificata la forma del segnale di uscita in base alla posizione di SA6 e ai limiti del controllo del duty cycle e del detuning. L'intervallo della loro regolazione può essere modificato ricalcolando il divisore R1-R4, tenendo conto che le tensioni agli ingressi FADJ e DADJ devono essere comprese tra ± 2,3 V. Quindi, un segnale dall'oscilloscopio viene applicato all'ingresso "√" , l'ingresso Y dell'oscilloscopio è collegato all'uscita 7 DA1.1, il cursore del resistore R20 è impostato al centro di uno dei sottocampi, R6 è posizionato nella posizione superiore secondo lo schema e selezionando R5 assicurano che il segnale al pin 7 DA1.1 sia compreso tra 0,2 e 7,5 V. Ciò corrisponde alla banda di oscillazione massima. All'interno della banda, la frequenza può variare di un fattore 300; per ridurre questo valore, la resistenza R5 viene aumentata al valore richiesto.

L'impostazione del generatore di segni di frequenza inizia con l'impostazione della frequenza dell'oscillatore principale. Il frequenzimetro è collegato al pin 6 di DD1.3 e regolando il condensatore C18 la frequenza è impostata a 10 MHz. Successivamente, verificare la corrispondenza delle frequenze all'uscita delle frequenze dei tag alle posizioni dell'interruttore SA7. Successivamente, viene verificata la presenza di un segnale di battimento sul pin 13 di DA1.4 e la soglia del comparatore viene impostata con il resistore R36 fino a quando non si ottengono segni chiari e stretti all'uscita di DA1.4. Su questa impostazione del generatore può essere considerato completo.

Il generatore di frequenza audio ausiliario su DA1.2 (vedi Fig. 1) viene sintonizzato sintonizzando R23 fino ad ottenere una generazione stabile di un segnale sinusoidale.

L'impostazione dell'alimentatore consiste nell'impostare le tensioni di uscita appropriate utilizzando i resistori R1, R4, R6.

Per studiare la risposta in frequenza, l'impianto viene assemblato secondo lo schema di Fig. 5.

Generatore di funzioni universale

L'interruttore SA6 viene spostato nella posizione di generazione di un segnale sinusoidale. La posizione proposta della risposta in frequenza è impostata dall'interruttore SA1 e dal resistore R20, la banda oscillante richiesta (revisione) è impostata dal resistore R6. Utilizzando l'interruttore SA7, vengono selezionati i segni di frequenza necessari. L'interruttore SA8 viene utilizzato per ottenere segni chiari e stabili sullo schermo dell'oscilloscopio. Modificando i parametri del dispositivo in studio, viene monitorata la variazione dei punti caratteristici della risposta in frequenza: in frequenza - relativa ai segni, in ampiezza - relativa alle posizioni dell'attenuatore.

*La frequenza superiore della nona sottobanda è determinata da un'istanza specifica del microcircuito MAX038: il suo valore tipico è di circa 40 MHz, il minimo è di 20 MHz.

Letteratura

  1. Kovalev V. Generatore multifunzione MAX038. - Radio, 1996, n. 10, pag. 53.
  2. Nechaev I. Generatore di funzioni con un intervallo di frequenza di 0,1 Hz ... 10 MHz. - Radio, 1997, n. 1, pag. 34,35.
  3. Skrypnik V. A. Strumenti per il monitoraggio e la regolazione di apparecchiature radioamatoriali. - M.: Patriota, 1990, pag. 5.
  4. Alekseev S. L'uso dei microcircuiti della serie K561. - Radio, 1987, n. 1, p. 43.

Autore: A.Matykin, Mosca

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