Важной частью радиолюбительской лаборатории является низкочастотный генератор. С его помощью можно проверять, ремонтировать и налаживать самодельную или промышленную аудио-технику.
Желательно использовать генератор НЧ совместно с частотомером (для точного определения частоты) и осциллографом (для проверки параметров сигнала, проходящего в аудиотракте). Амплитуду выходного синусоидального напряжения ЗЧ можно регулировать в широких пределах ступенчато и плавно.
Генератор вырабатывает сигналы в четырех частотных диапазонах:
- 15…160 Гц.
- 150..1600 Гц
- 1500..16000 Гц
- 15000..160000 Гц.
Принципиальная схема
Максимальный выходной уровень (положение 1/1 S2) синусоидального напряжения (RMS) 3,1 V. Соответственно в других положениях S2 максимальный выходной сигнал (RMS) составляет 310mV и 31mV. Питается генератор от электросети через встроенный источник питания на маломощном силовом трансформаторе.
Схема генератора представляет собой УНЧ с двухтактным выходным каскадом, охваченный положительной обратной связью RC-схемой моста Винна. Частота определяется переменными резисторами R2 1 и R2.2, являющимися составляющими частями сдвоенного переменного резистора, используемого как орган плавной настройки частоты в пределах выбранного диапазона. И конденсаторов, переключаемых сдвоенным переключателем S1.1-S1.2.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного генератора сигнала низкой частоты 15 Гц — 160 КГц.
При монтаже переменные резисторы нужно паять так, чтобы при вращении рукоятки их сопротивления менялись одинаково (при неправильном включении при вращении рукоятки сопротивление одного переменного резистора будет уменьшаться в то время как сопротивление другого будет расти).
Чем ближе характеристики регулировки резисторов, составляющих блок переменных резисторов, тем меньшие искажения сигнала будут на выходе. Это же касается и конденсаторов, образующих мост Винна, — их емкости одновременно работающие в одном диапазоне должны быть максимально одинаковы (С1=С5, С2=С6, C3=С7, С4=С8 с увеличением неравенства этих емкостей возрастают искажения).
Коэффициент нелинейных искажений не более 0,3% во всем диапазоне частот (при условии тщательной настройки генератора, и малом разносе емкостей и резисторов плеч моста Винна).
При наличии только моста Винна схема усилителя (генератора) будет выходить на режим ограничения сигнала То есть, в данном случае, это перегрузка, которая обрежет вершины синусоид и сигнал будет более похож на прямоугольный, чем на синусоидальный.
Поэтому необходима так же и система отрицательной обратной связи, которая будет снижать коэффициент передачи усилителя так чтобы размах выходного сигнала не вылезал в зоны ограничения и нелинейности.
К тому же, должна быть автоматическая регулировка глубины ООС, придерживающая коэффициент передачи на оптимальной величине, которая здесь образована резисторами R7, R6, R5, а так же конденсатором С9. Элементом, регулирующим глубину ООС является лампа накаливания Н1.
Как известно, сопротивление лампы накаливания сильно зависит от тока через неё, так как ток вызывает нагрев нити из высокоомного сплава металла Чем больше ток, тем больше нагрев и тем больше сопротивление лампочки. Здесь лампа включена в цепи ООС, при увеличении сопротивления в этой цепи глубина ООС увеличивается и коэффициент передачи усилителя снижается.
Через лампу протекает выходной переменный ток, поэтому от его величины зависит и нагрев лампы. Таким образом происходит стабилизация выходного уровня сигнала в пределах линейного участка характеристики усилителя НЧ.
Усилитель, составляющий основу ГНЧ построен на транзисторах по трехкаскадной схеме с мостовым выходным каскадом и непосредственными связями между каскадами.
Для устранения «ступеньки» напряжение смещения на базах VT3 и VТ4 различаются на величину, заданную цепью из трех диодов VD1-VD3. Плавная регулировка выходного сигнала осуществляется переменным резистором R11, ступенчатая, — переключателем S2, переключающим резисторы делителя R12-R14.
Источник питания вырабатывает двухполярное постоянное напряжение около + 11V. В источнике питания используется маломощный силовой трансформатор Т1 с одной вторичной обмоткой на напряжение 9V. Для того чтобы от такого трансформатора получить двухполярное напряжение здесь используется два одно-полупериодных выпрямителя на диодах VD4 и VD5.
В результате для формирования положительного постоянного напряжения используется положительная полуволна переменного тока, а для формирования отрицательного постоянного напряжения используется отрицательная полуволна переменного тока.
Генератор НЧ радиолюбителя-конструктора
Генератор НЧ является одним из самых необходимых 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. ). Желательно чтобы генератор вырабатывал не только синусоидальное, но и прямоугольное напряжение, логического уровня, скважность и амплитуду которого можно регулировать.
Принципиальная схема генератора показана на Рис.1. Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и формирователя прямоугольных импульсов на микросхеме D1. Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи ( С1-С3, R3, R4, R5, C4-C6 ) выполненной по схеме моста Винна, приведён в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2. Причём R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискажённый синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды.
Лампа накаливания 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 своё сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током ). Частота устанавливается двумя органами управления, – переключателем S1 выбирают один из трёх 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 и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты используют цифровой частотомер. Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на милливольтметр, чтобы можно было установить необходимое выходное напряжение. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14. Максимальное выходное напряжение НЧ генератора 1,0V. Для формирования импульсов служит ключ на транзисторе VT2 и три логических элемента на микросхеме D1. Выходной уровень КМОП логики. Транзистор VT2 включён по схеме ключа. Это значит, что при достижении на эго базе напряжения определённого уровня он лавинообразно открывается. На базу транзистора переменное напряжение с выхода генератора подаётся через делитель R9-R10. При помощи R9 можно установить величину минимального напряжения, при котором открывается VT2. Благодаря диоду VD1, который создаёт на эмиттере транзистора небольшое отрицательное напряжение смещения, этот порог можно устанавливать от 0,1 до 1V. То есть, до максимального значения выходного напряжения генератора. В зависимости от того, как установлен этот порок, транзистор VT2 будет открываться и закрываться на определённых участках положительной полуволны низкочастотного напряжения. И от этого будет зависеть ширина импульсов, возникающих на коллекторе транзистора. Окончательно прямоугольную форму импульсам предают элементы микросхемы D1. С гнёзд Х4 и Х5 можно снимать противофазные импульсы.
Регулируют амплитуду выходных прямоугольных импульсов изменяя напряжение питания микросхемы D1 в пределах от 9,5 до 3,5V. Регулятор напряжения выполнен на транзисторе VT1. Выключают генератор тумблером на два положения S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.
Большинство деталей расположено на печатной плате рис.2. ( 110 х 42 мм ). Плата устанавливается в корпус перпендикулярно передней панели. Все регуляторы-резисторы, переключатели и разъёмы расположены на передней панели. Многие детали ( на Рис.2 ) смонтированы на их выводах. Переключатель S1 галетный на три направления. Используется только два направления. Выключатель S2 – тумблер на два направления. Все разъёмы типа «Азия» от видеотехники. Дроссели L1 и L2 – от модулей цветности старых телевизоров УСЦТ, но 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 ток 20 mA. Можно использовать и другую лампу на напряжение 2,5-13,5V и ток не более 0,1А.
Налаживать генератор желательно используя частотомер и осциллограф. В этом случае, подстройкой резистора R1 добиваются максимального и неискажённого переменного синусоидального напряжения на выходе генератора, во всём 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 меньшей ёмкости. Если нет осциллографа, настроить генератор с удовлетворительным качеством можно и при помощи милливольтметра переменного тока. Нужно установить R6 в положение максимального выходного напряжения ( вверх по схеме ), подключить милливольтметр в Х1 и подстроить R1 так, чтобы милливольтметр показывал где-то 0,8 – 1,1V во всём частотном диапазоне. автор Иванов А.
источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 3 – 2007, стр. 14-17
Похожее
Детали
Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 16V. Лампа накаливания Н1 — миниатюрная, на напряжение 13,5V и ток 0,068 А. Можно применить и другую лампу на напряжение не ниже 12V и не бопее 30V и ток не более 0,1 А.
Трансформатор питания Т1 используется готовый, от сетевого адаптера с выходным напряжением 12V. У него переменное напряжение на вторичной обмотке около 9V. В принципе, подойдет любой трансформатор с выходным напряжением около 8-10V и на выходной ток не ниже 0,1 А.
Генераторы низкой частоты своими руками
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.
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.
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.
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.
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.
