Низкочастотные генераторы – Низкочастотные генераторы.

Низкочастотные генераторы.

Низкочастотные генераторы, или генераторы низких частот (ГНЧ), являются источниками синусоидального сигнала в разных диапазонах частот: F<20 Гц (инфразвуковые), 20 Гц … 20 кГц (звуковые), 20…200 кГц (ультразвуковые). Диапазон частот может быть расширен до F> 200 кГц. В приборах некоторых типов наряду с синусоидальным сигналом вырабатывается сигнал, называемый меандром.

Рис. 2.1. Структурная схема аналогового ГНЧ

 

ГНЧ применяются для всестороннего исследования трактов радиоприемных устройств, для питания мостов переменного тока и пр.

Задающий генератор определяет форму и все частотные параметры сигнала: диапазон частот, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, коэффициент нелинейных искажений.

Если на лицевой панели прибора форма сигнала не указана, то она всегда синусоидальная. В качестве задающего используются генераторы типа RC, колебательная система которых состоит из фазирующих RC — цепей. Весь частотный диапазон генератора поделен на 3—4 поддиапазона. Каждому поддиапазону соответствует определенное значение сопротивления резистора (рис. 2.2), что позволяет изменять частоту дискретно.

 

Рис. 2.2. Принцип установки частоты задающего генератора

Плавная установка частоты осуществляется конденсатором переменной емкости, который обслуживает все поддиапазоны. Задающие генераторы типа RC просты, дешевы, имеют малый коэффициент нелинейных искажений и малые массогабаритные размеры.

Формула частоты колебаний генератора типа RC:

. (2.1)

В некоторых ГНЧ дискретное регулирование частоты осуществляется не резистором, а конденсатором. Тогда плавная установка частоты обеспечивается переменным резистором-потенциометром. Усилитель ослабляет влияние последующих блоков на задающий генератор, делая его частотные параметры более качественными, обеспечивает усиление сигнала по напряжению (мощности) и позволяет плавно изменять напряжение на выходе.

Согласующий трансформатор предназначен для ступенчатого согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением подключаемой нагрузки.

Наличие у трансформатора средней точки (с.т.) позволяет получать два одинаковых по значению, но противоположных по фазе выходных напряжения (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Электрическая принципиальная схема согласующего трансформатора со средней точкой

Выходной согласующий трансформатор используется в генераторах с повышенным уровнем выходной мощности. У большинства низкочастотных генераторов выходной трансформатор отсутствует.

Переключатель нагрузки обеспечивает согласование выходного сопротивления Двых генератора с сопротивлением нагрузки Rn. Если не выполняется согласование, то напряжение на выходе не соответствует установленному по индикатору генератора, генератор даже может выйти из строя. Наиболее распространенными значениями Двыхявляются 5, 50, 600 и 6000 Ом. Для согласования сопротивлений по выходу 1 в комплекте с прибором поставляется специальная нагрузка 50 Ом с кабелем.

Контроль выходного напряжения обеспечивается электронным вольтметром типа У—Д либо электромеханическим вольтметром выпрямительной системы. Индикатор выходного напряжения всегда показывает среднеквадратичное значение синусоидального сигнала.

Аттенюатор обеспечивает получение на выходе разных по значению напряжений, изменяющихся дискретно. При этом входное и выходное сопротивления аттенюатора не меняются и согласование не нарушается. Иногда ослабление указывается не в вольтах, а в децибелах.

Ослабление, вносимое аттенюатором, рассчитывается по формуле:

, (2.2)

где Uвх (B) — напряжение на входе аттенюатора; Uвых(B) — напряжение на выходе аттенюатора.

Рассмотрим два примера.

Пример 1. Определить напряжение на выходе генератора в вольтах, если на входе оно составляет 1 В, а на выходе U = 60 дБ. На основании формулы запишем:

Пример 2. Определить значение затухания, вносимого аттенюатором генератора, если напряжение на его входе составляет 1 В, а на выходе 100 мВ.

На основании формулы запишем

.

Цифровые ГНЧ.

Цифровые ГНЧ по сравнению с аналоговыми имеют более качественные метрологические характеристики: меньшую погрешность установки и нестабильности частоты, меньший коэффициент нелинейных искажений, стабильность уровня выходного сигнала.

Такие генераторы получают все большее распространение по сравнению с аналоговыми за счет более высокого быстродействия, упрощения установки частоты, исключения субъективной ошибки в задании параметров выходного сигнала. Благодаря встроенному микропроцессору в цифровых ГНЧ можно по заданной программе автоматически перестраивать частоту сигнала.

Работа цифровых ГНЧ основана на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал, который аппроксимируется функцией, моделируемой с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Структурная схема цифрового ГНЧ представлена на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Структурная схема цифрового ГНЧ

 

Задающий генератор импульсов с кварцевой стабилизацией частоты вырабатывает короткие импульсы в периодической последовательности, которые поступают на делитель частоты. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления образуется последовательность импульсов с заданным периодом следования, определяющим шаг дискретизации.

Счетчик подсчитывает поступающие на него импульсы, кодовая комбинация накопленных в счетчике импульсов подается в цифро–аналоговый преобразователь, который вырабатывает соответствующее напряжение. После переполнения счетчик обнуляется и готов к началу формирования следующего периода.

 

Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты

 

Высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы, или генераторы высоких и сверхвысоких частот (ГВЧ и ГСВЧ), являются источниками синусоидального и не менее одного модулированного по какому-либо параметру сигналов (амплитудно-модулированного —АМ-сигнал, частотно-модулированного — ЧМ-сигнал) с известными параметрами. Форма сигналов на выходе ГВЧ представлена на рис. 2.5.

 

Рис. 6.5. Синусоидальный (а) и амплитудно — модулированный (б) сигналы на выходе ГВЧ

 

Если на лицевой панели прибора форма сигналов не указана, то это всегда синусоидальный и АМ-сигнал.

Приведенные сигналы характеризируются следующими параметрами: f — несущая (модулированная) высокая частота, F — модулирующая низкая частота, M —коэффициент амплитудной модуляции.

М=(А-В)·100%/(А+В) (2.3)

ГВЧ и ГСВЧ перекрывают следующие диапазоны несущих частот: 200 кГц … 30МГц (высокие) и f > 30 МГц (сверхвысокие). Диапазон частот может быть расширен до f< 200 кГц. Такие генераторы применяются для всестороннего исследования высокочастотных трактов теле- и радиоприемных устройств, для питания схем напряжением высоких и сверхвысоких частот. Структурная схема ГВЧ приведена на рис. 2.6.

 

Рис. 2.6. Структурная схема ГВЧ

 

Задающий генератор I определяет значение несущей частоты и форму сигнала. В качестве задающего генератора используется генератор типа LC, колебательная система которого представляет собой параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора С. Частота колебаний выражается формулой:

(2.4)

Весь частотный диапазон ГВЧ поделен на поддиапазоны, количество которых может достигать восьми. Каждому поддиапазону соответствует конкретная катушка индуктивности, а плавная установка частоты (в границах поддиапазона) осуществляется с помощью конденсатора переменной емкости. ГВЧ имеет два выхода: микровольтовый и одновольтовый.

С выхода задающего генератора I напряжение поступает на два канала: основной и вспомогательный. Основной канал содержит усилитель-модулятор и высокочастотный аттенюатор (выход «μV»). С этого выхода снимается немодулированное синусоидальное или модулированное регулируемое высокочастотное колебание, калиброванное по напряжению. Как и в ГНЧ, индикатор показывает среднеквадратичное значение синусоидального напряжения.

Вспомогательный канал содержит усилитель и выход «1V». С этого выхода снимается неконтролируемое, смодулированное (т.е. синусоидальное), нерегулируемое высокочастотное напряжение 1…2 В на согласующую нагрузку

Вход AM предназначен для подключения внешнего модулирующего генератора (задающего генератора I) при положении тумблера «Внеш.» или внутреннего модулирующего генератора (задающего генератора II) при положении тумблера «Внутр.». Обычно значение модулирующей частоты — фиксированное (400 или 1000 Гц). Если на лицевой панели оно не указано, то принимается равным 1000 Гц.

Особенностью ГСВЧ является использование специальных сверхвысокочастотных усилительных приборов: клистронов, ЛОВ-ламп обратной волны, лавинно-пролетных диодов, диодов Ганна, магнитронов, а также колебательных систем на объемном резонаторе или четвертьволновом отрезке волновода, коаксиальной линии.

На калиброванном выходе ГСВЧ мощность не превышает нескольких микроватт, а на некалиброванном — нескольких ватт. Кроме синусоидального сигнала, ГСВЧ могут вырабатывать импульсно-модулированный сигнал (ИМ-сигнал).

 

Тема 2.3. Генераторы импульсных сигналов

 

Импульсные генераторы, или генераторы импульсов (ГИ), нашли применение при настройке и регулировании импульсных схем, используемых в телевидении и связи, ЭВМ, радиолокации и т.д. Широко используются генераторы, обеспечивающие получение напряжений прямоугольной формы. Параметры импульсного сигнала могут регулироваться в широких диапазонах.

ГИ является источником двух сигналов: основного и дополнительного (синхронизированных импульсов — СИ). К основным параметрам этих сигналов, регулируемым в широких пределах (рис. 2.7), относятся Um — амплитудное значение напряжения, tи — длительность импульса, t3 — время задержки (временной сдвиг) основных импульсов по отношению к синхроимпульсам, Т — период повторения импульсов.

 

Рис. 2.7. Параметры выходных сигналов ГИ

 

К косвенным (вторичным) параметрам сигналов ГИ относятся — скважность, которая должна быть ≥ 2 и рассчитывается по формуле:

, (2.5)

где F = 1/T— частота повторения импульсов.

Структурная схема ГИ приведена на рис. 2.8.

 

> Рис. 2.8. Структурная схема ГИ

 

Задающий генератор вырабатывает короткие импульсы с частотой F и может работать в автоколебательном (положение ключа «1») пли в ждущем (положение ключа «2») режимах. В режиме внешнего запуска частота следования импульсов определяется внешним генератором, подключенным к гнезду «Вход». Разовый запуск обеспечивается нажатием кнопки устройства внешнего и разового запуска.

Блок формирования синхронизирующих импульсов (СИ) обеспечивает необходимую форму СИ.

Блок задержки создает временной сдвиг на время tз основных импульсов относительно СИ, поступающих от задающего генератора.

Блок формирования основных импульсов обеспечивает получение на выходе импульсов необходимой формы и длительности.

Усилитель увеличивает амплитуду импульсов, позволяет менять их полярность и осуществляет согласование по сопротивлению с нагрузкой, поставляемой в комплекте с генератором.

Аттенюатор уменьшает амплитуду импульсов в фиксированное число раз.

Измерительный блок представляет собой вольтметр, контролирующий амплитудное значение импульсного сигнала.

К основным метрологическим характеристикам генераторов, которые необходимо знать при выборе прибора, относятся следующие:

— форма сигнала;

— диапазон регулирования параметров;

— допустимая погрешность установки каждого параметра;

— максимальная допустимая временная нестабильность параметров;

— допустимые искажения формы сигнала.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Генераторы низкой частоты | Техника и Программы

(ГНЧ) используют для получе­ния незатухающих периодических колебаний электрического юка в диапазоне частот от долей Гц до десятков кГц. Такие гене­раторы, как правило, представляют собой усилители, охваченные положительной обратной связью (рис. 11.7, 11.8) через фазосдви- гающие цепочки. Для осуществления этой связи и для возбужде­ния генератора необходимы следующие условия: сигнал с выхода усилителя должен поступать на вход со сдвигом по фазе 360 гра­дусов (или кратном ему, т.е. 0, 720, 1080 и т.д. градусов), а сам усилитель должен иметь некоторый запас коэффициента усиле­ния, KyCM,N. Поскольку условие оптимального сдвига фаз для возникновения генерации может выполняться только на одной частоте, именно на этой частоте и возбуждается усилитель с по­ложительной обратной связью.

Рис. 11.1

Рис. 11.2

Для сдвига сигнала по фазе используют RC- и LC-цепи, кро­ме того, сам усилитель вносит в сигнал фазовый сдвиг. Для полу­чения положительной обратной связи в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) использован двойной Т-образный RC-мост; в гене­раторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) — мост Вина; в генераторах (рис. 11.3 — 11.6, 11.11 — 11.15) — фазосдвигающие RC-це- почки. В генераторах с RC-цепочками число звеньев может быть достаточно большим. На практике же для упрощения схемы их число не превышает двух, трех.

Рис. 11.3

Рис. 11.4

Рис. 11.5

Рис. 11.6

Расчетные формулы и соотношения для определения ос­новных характеристик RC-генераторов сигналов синусоидаль­ной формы приведены в таблице 11.1. Для простоты расчета и упрощения подбора деталей использованы элементы с одинако­выми номиналами. Для вычисления частоты генерации (в Гц) в формулы подставляют значения сопротивлений, выраженные в Омах, емкостей — в Фарадах. Для примера, определим частоту генерации RC-генератора с использованием трехзвенной RC-це- пи положительной обратной связи (рис. 11.5). При R=8,2 кОм\ С=5100 пФ (5,1х10~9 Ф) рабочая частота генератора будет рав­на 9326 Гц.

Таблица 11.1

Фазосдви- гающая цепочка, рис.

Наимено­вание це­почки или схемы

Частота генерации. Гц;

const. _ „ „ ( – ) R, Ом; С, Ф v RC

Коэфф. усиления усилителя, min

Примечание

11.1

Двойной Т-мост

0,159/RC

11

C1=C2=C; C3=C/0,207; R1=R2=R; R3=0,207R

11.2

Мост Вина

0,159/RC

3

R1=R2=R; C1=C2=C

11.3

3xRC —

^ПАРАЛЛЕЛЬ

0.065/RC

29

R1=R2=R3=R; C1=C2=C3=C

11.4

4xRC —

^ПАРАЛЛЕЛЬ

0,133/RC

18,6

R1=R2=R3=R4=R; C1=C2=C3=C4=C

11.5

3xRC —

^ПАРАЛЛЕЛЬ

0,39/RC

29

R1=R2=R3=R; C1=C2=C3=C

11.6

4xRC —

^ПАРАЛЛЕЛЬ

0,19/RC

18,6

R1=R2=R3=R4=R; C1=C2=C3=C4=C

Для того чтобы соотношение резистивно-емкостных эле­ментов генераторов соответствовало расчетным значениям, крайне желательно, чтобы входные и выходные цепи усилителя, охваченного петлей положительной обратной связи, не шунтиро­вали эти элементы, не влияли на их величину. В этой связи для построения генераторных схем целесообразно использовать каскады усиления, имеющие высокое входное и низкое выход­ное сопротивления.

На рис. 11.7, 11.9 приведены «теоретическая» и неслож­ная практическая схемы генераторов с использованием двойно- ю Т-моста в цепи положительной обратной связи.

Генераторы с мостом Вина показаны на рис. 11.8, 11.10 |Р 1/88-34]. В качестве УНЧ использован двухкаскадный уси­литель. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать по­тенциометром R6. Если требуется создать генератор с мостом Вина, перестраиваемый по частоте, последовательно с рези­сторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включают сдвоенный потен­циометр. Частотой такого генератора можно также управлять, заменив конденсаторы С1 и С2 (рис. 11.2, 11.8) на сдвоенный конденсатор переменной емкости. Поскольку максимальная емкость такого конденсатора редко превышает 500 пФ, удает­ся перестраивать частоту генерации только в области дос­таточно высоких частот (десятки, сотни кГц). Стабильность частоты генерации в этом диапазоне невысока.

Рис. 11.7

Рис. 11.8

На практике для изменения частоты генерации подобных устройств часто используют переключаемые наборы конденсато­ров или резисторов, а во входных цепях применяют полевые транзисторы. Во всех приводимых схемах отсутствуют элементы стабилизации выходного напряжения (для упрощения), хотя для генераторов, работающих на одной частоте или в узком диапазо­не ее перестройки, их использование не обязательно.

Схемы генераторов синусоидальных сигналов с использо­ванием трехзвенных фазосдвигающих RC-цепочек (рис. 11.3)

!’ис. 11.9

Рис. 11.10

показаны на рис. 11.11, 11.12. Генератор (рис. 11.11) работает на частоте 400 Гц [Р 4/80-43]. Каждый из элементов трехзвен- ной фазосдвигающей RC-цепочки вносит фазовый сдвиг на 60 фадусов, при четырехзвенной — 45 градусов. Однокаскадный усилитель (рис. 11.12), выполненный по схеме с общим эмитте­ром, вносит необходимый для возникновения генерации фазо­вый сдвиг на 180 градусов. Заметим, что генератор по схеме на рис. 11.12 работоспособен при использовании транзистора с высоким коэффициентом передачи по току (обычно свыше 45…60). При значительном снижении напряжения питания и не­оптимальном выборе элементов для задания режима транзисто­ра по постоянному току генерация сорвется.

Рис. 11.11

Рис. 11.12

Рис. 11.13

Звуковые генераторы (рис. 11.13 — 11.15) близки по по­строению к генераторам с фазосдвигающими RC-цепочками [Рл 10/96-27]. Однако за счет использования индуктивности (телефонный капсюль ТК-67 или ТМ-2В) вместо одного из ре- зистивных элементов фазосдвигающей цепочки, они работают с меньшим числом элементов и в большем диапазоне изме­нения напряжения питания.

Рис. 11.14

Рис. 11.15

Так, звуковой генератор (рис. 11.13) работоспособен при изменении напряжения питания в пределах 1…15 В (потребляе­мый ток 2…60 мА). При этом частота генерации изменяется от I кГц (ипит =1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

Звуковой индикатор с внешним управлением (рис. 11.14) ткже работает при ипит =1… 15 В; включение/выключение гене­ратора производится подачей на его вход логических уровней единицы/нуля, которые также должны быть в пределах 1…15 В.

Звуковой генератор может быть выполнен и по другой схе­ме (рис. 11.15). Частота его генерации меняется от 740 Гц (ток по­требления 1,2 мА, напряжение питания 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА и 15 В). Более стабильна частота генерации при изменении напря­жения питания в пределах 3… 11 В — она составляет 1,7 кГц+1 %. Фактически этот генератор выполнен уже не на RC-, а на LC-эле- ментах, причем, в качестве индуктивности используется обмотка телефонного капсюля.

Низкочастотный генератор синусоидальных колебаний (рис. 11.16) собран по характерной для LC-генераторов схеме -емкостной трехточки». Отличие заключается в том, что в качест­ве индуктивности использована катушка телефонного капсюля, а резонансная частота находится в диапазоне звуковых колебаний за счет подбора емкостных элементов схемы.

Рис. 11.16

Рис. 11.17

Другой низкочастотный LC-генератор, выполненный по каскодной схеме, показан на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В качест­ве индуктивности можно воспользоваться универсальной или стирающей головками от магнитофонов, обмотками дросселей или трансформаторов.

RC-генератор (рис. 11.18) реализован на полевых транзи­сторах [Рл 10/96-27]. Подобная схема используется обычно при построении высокостабильных LC-генераторов. Генерация возни­кает уже при напряжении питания, превышающем 1 В. При изме­нении напряжения с 2 до 10 6 частота генерации понижается с 1,1 кГц до 660 Гц, а потребляемый ток увеличивается, соответст­венно, с 4 до 11 мА. Импульсы частотой от единиц Гц до 70 кГц и пыше могут быть получены изменением емкости конденсатора (; I (от 150 пФ до 10 мкФ) и сопротивления резистора R2.

Рис. 11.18

Представленные выше звуковые генераторы могут быть использованы в качестве экономичных индикаторов состояния (включено/выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппа­ратуры, в частности, светоизлучающих диодов, для замены или дублирования световой индикации, для аварийной и тревожной индикации и т.д.

nauchebe.net

Генератор низкой частоты

Простая схема генератора низкой частоты, которую легко собрать своими руками

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

В данной статье на сайте Радиолюбитель, мы рассмотрим очередную простую радиолюбительскую схемугенератор низкой частоты.

Для качественного налаживания, ремонта или разработки аудиотехники просто необходим хороший генератор синусоидального напряжения с минимальным коэффициентом гармоник. Низкочастотный генератор имеет следующие характеристики:
диапазоны частот – 20-200 Гц, 200-2000 Гц, 2000-20000 Гц;
выходное напряжение на нагрузке 3 кОм – 3 вольта;
КНИ выходного сигнала не более – 0,08 (на частоте 1000 Гц – 0,03)

Генератор питается от сети через встроенный источник питания. Усилитель, на котором выполнен генератор, собран на операционном усилители А1. Мост Вина образуют резисторы R1-R3 и конденсаторы С1-С6. Сдвоенный переменный резистор R1 служит для плавной установки частоты. Переключателем S1 переключаются конденсаторы моста Вина, и таким образом переключаются диапазоны установки частоты. Цепь стабилизации выходного напряжения образовано стабилитроном VD1 и четырьмя переключающими его полярность диодами, собранными на транзисторной сборке А2. Конечно можно использовать и отдельные диоды, но диоды даже одной партии могут существенно отличаться, что повлечет увеличение КНИ. Можно использовать диодную сборку с диодами, сделанными на одном кристалле, по тому, что тогда параметры диодов будут одинаковыми. Стабилитрон, коммутируемый транзисторной сборкой, входит в состав ООС операционного усилителя и регулирует ее глубину, не позволяя ограничиваться синусоидальному сигналу. В состав ООС также входят резисторы R5, R4 и конденсатор С7. Резистором R4 можно устанавливать глубину ООС (уровень выходного напряжения НЧ). Резистором R6 регулируют уровень выходного сигнала НЧ. В генераторе можно использовать операционные усилители: КР140УД7, КР140УД708, КР140УД6, КР140УД608. Стабилитрон КС139 можно заменить на КС133А, диоды КД105 – любыми маломощными выпрямительными диодами. Трансформатор питания любой на 9-11 вольт. Переменные резисторы желательно использовать с линейным законом регулировки (СП-4 группы “А”). При отсутствии транзисторной сборки можно использовать диоды КД103, включив их вместо транзисторов сборки (катод вместо эмиттера, анод – вместо соединенных коллектора и базы). Но в этом случае КНИ может достигнуть 0,3%. Налаживание заключается в подстройке R4 так, чтобы при верхнем положении R7, получить выходное напряжение 3 вольта. Граидуровку шкалы R1 можно выполнить с использованием частотомера.



radio-stv.ru

Низкочастотные генераторы — Мегаобучалка

Низкочастотные генераторы, или генераторы низких частот (ГНЧ), являются источниками синусоидального сигнала в разных диапазонах частот: F<20 Гц (инфразвуковые), 20 Гц … 20 кГц (звуковые), 20…200 кГц (ультразвуковые). Диапазон частот может быть расширен до F> 200 кГц. В приборах некоторых типов наряду с синусоидальным сигналом вырабатывается сигнал, называемый меандром.

Рис. 2.1. Структурная схема аналогового ГНЧ

 

ГНЧ применяются для всестороннего исследования трактов радиоприемных устройств, для питания мостов переменного тока и пр.

Задающий генератор определяет форму и все частотные параметры сигнала: диапазон частот, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, коэффициент нелинейных искажений.

Если на лицевой панели прибора форма сигнала не указана, то она всегда синусоидальная. В качестве задающего используются генераторы типа RC, колебательная система которых состоит из фазирующих RC — цепей. Весь частотный диапазон генератора поделен на 3—4 поддиапазона. Каждому поддиапазону соответствует определенное значение сопротивления резистора (рис. 2.2), что позволяет изменять частоту дискретно.

 

Рис. 2.2. Принцип установки частоты задающего генератора

Плавная установка частоты осуществляется конденсатором переменной емкости, который обслуживает все поддиапазоны. Задающие генераторы типа RC просты, дешевы, имеют малый коэффициент нелинейных искажений и малые массогабаритные размеры.

Формула частоты колебаний генератора типа RC:

. (2.1)

В некоторых ГНЧ дискретное регулирование частоты осуществляется не резистором, а конденсатором. Тогда плавная установка частоты обеспечивается переменным резистором-потенциометром. Усилитель ослабляет влияние последующих блоков на задающий генератор, делая его частотные параметры более качественными, обеспечивает усиление сигнала по напряжению (мощности) и позволяет плавно изменять напряжение на выходе.

Согласующий трансформатор предназначен для ступенчатого согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением подключаемой нагрузки.

Наличие у трансформатора средней точки (с.т.) позволяет получать два одинаковых по значению, но противоположных по фазе выходных напряжения (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Электрическая принципиальная схема согласующего трансформатора со средней точкой

Выходной согласующий трансформатор используется в генераторах с повышенным уровнем выходной мощности. У большинства низкочастотных генераторов выходной трансформатор отсутствует.

Переключатель нагрузки обеспечивает согласование выходного сопротивления Двых генератора с сопротивлением нагрузки Rn. Если не выполняется согласование, то напряжение на выходе не соответствует установленному по индикатору генератора, генератор даже может выйти из строя. Наиболее распространенными значениями Двыхявляются 5, 50, 600 и 6000 Ом. Для согласования сопротивлений по выходу 1 в комплекте с прибором поставляется специальная нагрузка 50 Ом с кабелем.

Контроль выходного напряжения обеспечивается электронным вольтметром типа У—Д либо электромеханическим вольтметром выпрямительной системы. Индикатор выходного напряжения всегда показывает среднеквадратичное значение синусоидального сигнала.

Аттенюатор обеспечивает получение на выходе разных по значению напряжений, изменяющихся дискретно. При этом входное и выходное сопротивления аттенюатора не меняются и согласование не нарушается. Иногда ослабление указывается не в вольтах, а в децибелах.

Ослабление, вносимое аттенюатором, рассчитывается по формуле:

, (2.2)

где Uвх (B) — напряжение на входе аттенюатора; Uвых(B) — напряжение на выходе аттенюатора.

Рассмотрим два примера.

Пример 1. Определить напряжение на выходе генератора в вольтах, если на входе оно составляет 1 В, а на выходе U = 60 дБ. На основании формулы запишем:

Пример 2. Определить значение затухания, вносимого аттенюатором генератора, если напряжение на его входе составляет 1 В, а на выходе 100 мВ.

На основании формулы запишем

.

Цифровые ГНЧ.

Цифровые ГНЧ по сравнению с аналоговыми имеют более качественные метрологические характеристики: меньшую погрешность установки и нестабильности частоты, меньший коэффициент нелинейных искажений, стабильность уровня выходного сигнала.

Такие генераторы получают все большее распространение по сравнению с аналоговыми за счет более высокого быстродействия, упрощения установки частоты, исключения субъективной ошибки в задании параметров выходного сигнала. Благодаря встроенному микропроцессору в цифровых ГНЧ можно по заданной программе автоматически перестраивать частоту сигнала.

Работа цифровых ГНЧ основана на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал, который аппроксимируется функцией, моделируемой с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Структурная схема цифрового ГНЧ представлена на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Структурная схема цифрового ГНЧ

 

Задающий генератор импульсов с кварцевой стабилизацией частоты вырабатывает короткие импульсы в периодической последовательности, которые поступают на делитель частоты. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления образуется последовательность импульсов с заданным периодом следования, определяющим шаг дискретизации.

Счетчик подсчитывает поступающие на него импульсы, кодовая комбинация накопленных в счетчике импульсов подается в цифро–аналоговый преобразователь, который вырабатывает соответствующее напряжение. После переполнения счетчик обнуляется и готов к началу формирования следующего периода.

 

Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты

 

Высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы, или генераторы высоких и сверхвысоких частот (ГВЧ и ГСВЧ), являются источниками синусоидального и не менее одного модулированного по какому-либо параметру сигналов (амплитудно-модулированного —АМ-сигнал, частотно-модулированного — ЧМ-сигнал) с известными параметрами. Форма сигналов на выходе ГВЧ представлена на рис. 2.5.

 

Рис. 6.5. Синусоидальный (а) и амплитудно — модулированный (б) сигналы на выходе ГВЧ

 

Если на лицевой панели прибора форма сигналов не указана, то это всегда синусоидальный и АМ-сигнал.

Приведенные сигналы характеризируются следующими параметрами: f — несущая (модулированная) высокая частота, F — модулирующая низкая частота, M —коэффициент амплитудной модуляции.

М=(А-В)·100%/(А+В) (2.3)

ГВЧ и ГСВЧ перекрывают следующие диапазоны несущих частот: 200 кГц … 30МГц (высокие) и f > 30 МГц (сверхвысокие). Диапазон частот может быть расширен до f< 200 кГц. Такие генераторы применяются для всестороннего исследования высокочастотных трактов теле- и радиоприемных устройств, для питания схем напряжением высоких и сверхвысоких частот. Структурная схема ГВЧ приведена на рис. 2.6.

 

Рис. 2.6. Структурная схема ГВЧ

 

Задающий генератор I определяет значение несущей частоты и форму сигнала. В качестве задающего генератора используется генератор типа LC, колебательная система которого представляет собой параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора С. Частота колебаний выражается формулой:

(2.4)

Весь частотный диапазон ГВЧ поделен на поддиапазоны, количество которых может достигать восьми. Каждому поддиапазону соответствует конкретная катушка индуктивности, а плавная установка частоты (в границах поддиапазона) осуществляется с помощью конденсатора переменной емкости. ГВЧ имеет два выхода: микровольтовый и одновольтовый.

С выхода задающего генератора I напряжение поступает на два канала: основной и вспомогательный. Основной канал содержит усилитель-модулятор и высокочастотный аттенюатор (выход «μV»). С этого выхода снимается немодулированное синусоидальное или модулированное регулируемое высокочастотное колебание, калиброванное по напряжению. Как и в ГНЧ, индикатор показывает среднеквадратичное значение синусоидального напряжения.

Вспомогательный канал содержит усилитель и выход «1V». С этого выхода снимается неконтролируемое, смодулированное (т.е. синусоидальное), нерегулируемое высокочастотное напряжение 1…2 В на согласующую нагрузку

Вход AM предназначен для подключения внешнего модулирующего генератора (задающего генератора I) при положении тумблера «Внеш.» или внутреннего модулирующего генератора (задающего генератора II) при положении тумблера «Внутр.». Обычно значение модулирующей частоты — фиксированное (400 или 1000 Гц). Если на лицевой панели оно не указано, то принимается равным 1000 Гц.

Особенностью ГСВЧ является использование специальных сверхвысокочастотных усилительных приборов: клистронов, ЛОВ-ламп обратной волны, лавинно-пролетных диодов, диодов Ганна, магнитронов, а также колебательных систем на объемном резонаторе или четвертьволновом отрезке волновода, коаксиальной линии.

На калиброванном выходе ГСВЧ мощность не превышает нескольких микроватт, а на некалиброванном — нескольких ватт. Кроме синусоидального сигнала, ГСВЧ могут вырабатывать импульсно-модулированный сигнал (ИМ-сигнал).

 

Тема 2.3. Генераторы импульсных сигналов

 

Импульсные генераторы, или генераторы импульсов (ГИ), нашли применение при настройке и регулировании импульсных схем, используемых в телевидении и связи, ЭВМ, радиолокации и т.д. Широко используются генераторы, обеспечивающие получение напряжений прямоугольной формы. Параметры импульсного сигнала могут регулироваться в широких диапазонах.

ГИ является источником двух сигналов: основного и дополнительного (синхронизированных импульсов — СИ). К основным параметрам этих сигналов, регулируемым в широких пределах (рис. 2.7), относятся Um — амплитудное значение напряжения, tи — длительность импульса, t3 — время задержки (временной сдвиг) основных импульсов по отношению к синхроимпульсам, Т — период повторения импульсов.

 

Рис. 2.7. Параметры выходных сигналов ГИ

 

К косвенным (вторичным) параметрам сигналов ГИ относятся — скважность, которая должна быть ≥ 2 и рассчитывается по формуле:

, (2.5)

где F = 1/T— частота повторения импульсов.

Структурная схема ГИ приведена на рис. 2.8.

 

Рис. 2.8. Структурная схема ГИ

 

Задающий генератор вырабатывает короткие импульсы с частотой F и может работать в автоколебательном (положение ключа «1») пли в ждущем (положение ключа «2») режимах. В режиме внешнего запуска частота следования импульсов определяется внешним генератором, подключенным к гнезду «Вход». Разовый запуск обеспечивается нажатием кнопки устройства внешнего и разового запуска.

Блок формирования синхронизирующих импульсов (СИ) обеспечивает необходимую форму СИ.

Блок задержки создает временной сдвиг на время tз основных импульсов относительно СИ, поступающих от задающего генератора.

Блок формирования основных импульсов обеспечивает получение на выходе импульсов необходимой формы и длительности.

Усилитель увеличивает амплитуду импульсов, позволяет менять их полярность и осуществляет согласование по сопротивлению с нагрузкой, поставляемой в комплекте с генератором.

Аттенюатор уменьшает амплитуду импульсов в фиксированное число раз.

Измерительный блок представляет собой вольтметр, контролирующий амплитудное значение импульсного сигнала.

К основным метрологическим характеристикам генераторов, которые необходимо знать при выборе прибора, относятся следующие:

— форма сигнала;

— диапазон регулирования параметров;

— допустимая погрешность установки каждого параметра;

— максимальная допустимая временная нестабильность параметров;

— допустимые искажения формы сигнала.

 

megaobuchalka.ru

Низкочастотный функциональный генератор. — Радио-как хобби.Радио-как хобби.

Делаем несложный функциональный генератор своими руками.

Каждый радиолюбитель, который изготавливает или повторяет радиоэлектронные устройства, рано или поздно сталкивается с необходимостью настройки и наладки собранных изделий.

В свою очередь, процесс настройки предполагает наличие соответствующих измерительных приборов. В наше время, безусловно,  можно приобрести измерительные приборы промышленного изготовления,  благо сейчас приборы стали широкодоступны.

Но, несложные приборы можно изготовить самостоятельно.

Вашему вниманию предлагается описание несложного функционального генератора, изготовленного мною много лет тому назад,  который до сих пор находится в отличном работоспособном состоянии.

Функциональный генератор, это генератор колебаний, работающий в низкочастотном диапазоне (1Гц-100 кГц) и формирующий на выходе сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы.  Описание этого функционального генератора было опубликовано в журнале Радио №6 за 1992 год.

Данный генератор значительно упрощает ремонт узлов и устройств низкочастотной  аппаратуры. Внешний вид изготовленного мною функционального генератора.

На переднюю панель выведены :

-переключатель диапазонов генератора;

-переключатель режима работы генератора;

-ручка установки частоты генерируемых колебаний;

-регулятор уровня выходного напряжения;

-выключатель питания;

-гнездо выхода;

 

Предлагаемый функциональный  генератор имеет следующие  технические характеристики:

— диапазон генерируемых частот 1 Гц-100 кГц, разделен на пять поддиапазонов:

1) 1 Гц-10 Гц;

2)  10 Гц-100 Гц;

3) 100 Гц-1 кГц;

4) 1 кГц-10 кГц;

5) 10 кГц-100 кГц;

 

— максимальный размах сигналов прямоугольный формы -10 В;

— максимальный размах сигналов треугольной формы -6 В;

— максимальный размах сигналов синусоидальной формы -3,3 В;

 

Краткое описание схемы функционального  генератора.

Принципиальная схема функционального  генератора представлена ниже:

Задающий генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3.   На выходе элемента DD1.1 формируются треугольные импульсы.  Прямоугольные импульсы формируются узлом на элементах DD1.2, DD1.3.

Преобразователь сигналов  треугольной формы в синусоидальную собран на элементах VD1-VD6 и R10-R12.

Данный генератор  обеспечивает получение «белого шума», источником которого является стабилитрон VD9. Напряжение «белого шума» усиливается до уровня 5В усилителем на элементе DD1.4.

Частота генерируемых колебаний устанавливается переменным резистором R3.

Для контроля частоты генерируемых функциональным генератором колебаний мною был применен  частотомер, описание которого опубликовано в брошюре «В помощь радиолюбителю» №99. Схема частотомера была немного доработана: добавлен еще один разряд индикации и заменены люминесцентные индикаторы типа ИВ-3 на светодиодные типа АЛС314А. Частотомер размещен в одном корпусе с функциональным генератором.

Принципиальная схема частотомера, с учетом вышеизложенных доработок приведена ниже:

Конечно же, в наши дни «городить» такой частотомер нет никакой необходимости. Все гораздо проще и компактнее получается на микроконтроллерах. Схема предоставлена в ознакомительных целях.

 

Настало время проверить работоспособность генератора.

Форму и размах колебаний проверяем при помощи осциллографа.

Синусоидальные колебания. Синусоида чистая, частота около 1000 Гц. Параметры каналов вертикального и горизонтального отклонения указаны на фото.

 

Треугольные колебания также  имеют правильную форму :

 

Прямоугольные колебания выглядят не менее достойно. Меандр ровный и четкий, без выбросов, с крутыми фронтами.

Реальные технические характеристики функционального генератора практически соответствуют заявленным в авторской статье.

Небольшое видео, демонстрирующее работу цифровой шкалы функционального генератора:


Наглядно видно, как происходит подсчет количества импульсов.

www.myhomehobby.net

Схемы простых генераторов низкой частоты

Генераторы низкой частоты (ГНЧ) используют для получения незатухающих периодических колебаний электрического тока в диапазоне частот от долей Гц до десятков кГц. Такие генераторы, как правило, представляют собой усилители, охваченные положительной обратной связью (рис. 11.7,11.8) через фазосдви-гающие цепочки. Для осуществления этой связи и для возбуждения генератора необходимы следующие условия: сигнал с выхода усилителя должен поступать на вход со сдвигом по фазе 360 градусов (или кратном ему, т.е. О, 720, 1080 и т.д. градусов), а сам усилитель должен иметь некоторый запас коэффициента усиления, KycMIN. Поскольку условие оптимального сдвига фаз для возникновения генерации может выполняться только на одной частоте, именно на этой частоте и возбуждается усилитель с положительной обратной связью.

Рис. 11.1

 

Рис. 11.2

Для сдвига сигнала по фазе используют RC- и LC-цепи, кроме того, сам усилитель вносит в сигнал фазовый сдвиг. Для получения положительной обратной связи в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) использован двойной Т-образный RC-мост; в генераторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) — мост Вина; в генераторах (рис. 11.3 — 11.6, 11.11 — 11.15) — фазосдвигающие RC-це-почки. В генераторах с RC-цепочками число звеньев может быть достаточно большим. На практике же для упрощения схемы число не превышает двух, трех.

Рис. 11.3

 

Рис. 11.4

 

Рис. 11.5

 

Рис. 11.6

Расчетные формулы и соотношения для определения основных характеристик RC-генераторов сигналов синусоидальной формы приведены в таблице 11.1. Для простоты расчета и упрощения подбора деталей использованы элементы с одинаковыми номиналами. Для вычисления частоты генерации (в Гц) в формулы подставляют значения сопротивлений, выраженные в Омах, емкостей — в Фарадах. Для примера, определим частоту генерации RC-генератора с использованием трехзвенной RC-це-пи положительной обратной связи (рис. 11.5). При R=8,2 кОм; С=5100 пФ (5,1х1СГ9 Ф) рабочая частота генератора будет равна 9326 Гц.

Таблица 11.1

Для того чтобы соотношение резистивно-емкостных элементов генераторов соответствовало расчетным значениям, крайне желательно, чтобы входные и выходные цепи усилителя, охваченного петлей положительной обратной связи, не шунтировали эти элементы, не влияли на их величину. В этой связи для построения генераторных схем целесообразно использовать каскады усиления, имеющие высокое входное и низкое выходное сопротивления.

На рис. 11.7, 11.9 приведены «теоретическая» и несложная практическая схемы генераторов с использованием двойного Т-моста в цепи положительной обратной связи.

Генераторы с мостом Вина показаны на рис. 11.8, 11.10 [Р 1/88-34]. В качестве УНЧ использован двухкаскадный усилитель. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать потенциометром R6. Если требуется создать генератор с мостом Вина, перестраиваемый по частоте, последовательно с резисторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включают сдвоенный потенциометр. Частотой такого генератора можно также управлять, заменив конденсаторы С1 и С2 (рис. 11.2, 11.8) на сдвоенный конденсатор переменной емкости. Поскольку максимальная емкость такого конденсатора редко превышает 500 пФ, удается перестраивать частоту генерации только в области достаточно высоких частот (десятки, сотни кГц). Стабильность частоты генерации в этом диапазоне невысока.

Рис. 11.7

 

Рис. 11.8

На практике для изменения частоты генерации подобных устройств часто используют переключаемые наборы конденсаторов или резисторов, а во входных цепях применяют полевые транзисторы. Во всех приводимых схемах отсутствуют элементы стабилизации выходного напряжения (для упрощения), хотя для генераторов, работающих на одной частоте или в узком диапазоне ее перестройки, их использование не обязательно.

Схемы генераторов синусоидальных сигналов с использованием трехзвенных фазосдвигающих RC-цепочек (рис. 11.3)

Рис. 11.9

 

Рис. 11.10

показаны на рис. 11.11, 11.12. Генератор (рис. 11.11) работает на частоте 400 Гц [Р 4/80-43]. Каждый из элементов трехзвен-ной фазосдвигающей RC-цепочки вносит фазовый сдвиг на 60 градусов, при четырехзвенной — 45 градусов. Однокаскадный усилитель (рис. 11.12), выполненный по схеме с общим эмиттером, вносит необходимый для возникновения генерации фазовый сдвиг на 180 градусов. Заметим, что генератор по схеме на рис. 11.12 работоспособен при использовании транзистора с высоким коэффициентом передачи по току (обычно свыше 45…60). При значительном снижении напряжения питания и неоптимальном выборе элементов для задания режима транзистора по постоянному току генерация сорвется.

Рис. 11.11

 

Рис. 11.12

 

Рис. 11.13

Звуковые генераторы (рис. 11.13 — 11.15) близки по построению к генераторам с фазосдвигающими RC-цепочками [Рл 10/96-27]. Однако за счет использования индуктивности (телефонный капсюль ТК-67 или ТМ-2В) вместо одного из ре-зистивных элементов фазосдвигающей цепочки, они работают с меньшим числом элементов и в большем диапазоне изменения напряжения питания.

Рис. 11.14

 

Рис. 11.15

Так, звуковой генератор (рис. 11.13) работоспособен при изменении напряжения питания в пределах 1…15 В (потребляемый ток 2…60 мА). При этом частота генерации изменяется от 1 кГц (ипит=1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

Звуковой индикатор с внешним управлением (рис. 11.14) также работает при 1)пит=1…15 В; включение/выключение генератора производится подачей на его вход логических уровней единицы/нуля, которые также должны быть в пределах 1…15 В.

Звуковой генератор может быть выполнен и по другой схеме (рис. 11.15). Частота его генерации меняется от 740 Гц (ток потребления 1,2 мА, напряжение питания 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА и 15 В). Более стабильна частота генерации при изменении напряжения питания в пределах 3…11 В — она составляет 1,7 кГц± 1%. Фактически этот генератор выполнен уже не на RC-, а на LC-эле-ментах, причем, в качестве индуктивности используется обмотка телефонного капсюля.

Низкочастотный генератор синусоидальных колебаний (рис. 11.16) собран по характерной для LC-генераторов схеме «емкостной трехточки». Отличие заключается в том, что в качестве индуктивности использована катушка телефонного капсюля, а резонансная частота находится в диапазоне звуковых колебаний за счет подбора емкостных элементов схемы.

Рис. 11.16

 

Рис. 11.17

Другой низкочастотный LC-генератор, выполненный по каскодной схеме, показан на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В качестве индуктивности можно воспользоваться универсальной или стирающей головками от магнитофонов, обмотками дросселей или трансформаторов.

RC-генератор (рис. 11.18) реализован на полевых транзисторах [Рл 10/96-27]. Подобная схема используется обычно при построении высокостабильных LC-генераторов. Генерация возникает уже при напряжении питания, превышающем 1 В. При изменении напряжения с 2 до 10 6 частота генерации понижается с 1,1 кГц до 660 Гц, а потребляемый ток увеличивается, соответственно, с 4 до 11 мА. Импульсы частотой от единиц Гц до 70 кГц и выше могут быть получены изменением емкости конденсатора С1 (от 150 пФ до 10 мкФ) и сопротивления резистора R2.

Рис. 11.18

Представленные выше звуковые генераторы могут быть использованы в качестве экономичных индикаторов состояния (включено/выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности, светоизлучающих диодов, для замены или дублирования световой индикации, для аварийной и тревожной индикации и т.д.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

www.qrz.ru

Низкочастотный генератор — многообразие, уникальность, широчайшая область применения


История создания генераторов уходит в далёкий XIX век. К созданию, изобретению и их совершенствованию приложили свои знания и талант такие великие ученые, как наши гениальные соотечественник Э. Ленц и Якоби, англичанин Г. Уальд, французские братья Пиксин, бельгиец З. Грамм и многие, многие другие.


И, по прошествии ста лет, сегодня попросту невозможно представить нашу жизнь без этих уникальнейших и, ставших невероятно многообразными по своим функциям, характеристикам, видам и прочим параметрам, приборов.


Кратко рассмотрим это на примере генераторов, использующие (одни из востребованных) низкочастотные сигналы. Но их также громадное количество и каждый их них по-своему уникален и массово востребован всеми отраслями современных производств, нефтяной, металлургической промышленностью, сферой услуг, интернет бизнесом, в здравоохранении, телевидении, быту и так далее.


Низкочастотные генераторы (в нашем примере радиоизмерительные приборы) являются источниками различных «испытательных сигналов» при снятии низкочастотных, амплитудных, модуляционных характеристик  для исследования нормальной работы и, при необходимости, мгновенной настройки различной электронной аппаратуры. Они же незаменимы для точного определения индуктивности, частоты, ёмкости, фазы, нелинейности характеристик практически всех электрических и электронных приборов, что только существуют!


Без генераторов низкочастотных сигналов невозможно определить рабочие диапазоны частот, их погрешности, коэффициенты нелинейных искажений, нестабильность выходных напряжений электротехнического оборудования.


А это означает, что без них могут останавливаться целые предприятия, громадные концерны, нефтеперерабатывающие заводы, да вся наша «нормальная жизнь современности». И это не пустые слова, а реальные факты, что должны соблюдаться безукоризненно и в строгом соответствии с правилами технологических регламентов и прочих производственных нормативов.


Современные измерительные генераторы низкочастотных сигналов отличаются от большинства других видов генераторов идеально точной установкой и регулировкой  практически всех параметров электро- и радиотехнического оборудования любой степени сложности и области их применения. И миф о том, что купить генератор импортного производства, хоть и много дороже, но надёжнее, уже лет 5-6 развеян нашими, возрождёнными производствами данного уникального оборудования. Отечественные низкочастотные генераторы обладают высочайшей стабильностью измерений, их параметры ничем не хуже западных аналогов, да и по некоторым свойствам даже превосходят их. И, по нашему убеждению, импортозамещение – не просто «красивое слово», а нарастающие, позитивные реалии наших дней…

priborstandart.ru