Функциональный генератор своими руками

напряжение питание………………………….220 В, 50 Гц.

За основу разработанной схемы функционального генератора, приведенной ниже, была взята схема из [1]:

Генератор выполнен по классической схеме: интегратор + компаратор, только собран на высокочастотных компонентах.

Интегратор собран на ОУ DA1 AD8038AR, имеющем полосу пропускания 350 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 425 В/мкс. На DD1.1, DD1.2 выполнен компаратор. Прямоугольные импульсы с выхода компаратора (выв. 6 DD1.2) поступают на инвертирующий вход интегратора. На VT1 выполнен эмиттерный повторитель, с которого снимаются импульсы треугольной формы, управляющие компаратором. Переключателем SA1 выбирают требуемый диапазон частот, потенциометр R1 служит для плавной регулировки частоты. Подстроечным резистором R15 устанавливается режим работы генератора и регулируется амплитуда треугольного напряжения. Подстроечным резистором R17 регулируется постоянная составляющая треугольного напряжения. С эмиттера VT1 напряжение треугольной формы поступает на переключатель SA2 и на формирователь синусоидального напряжения, выполненный на VT2, VD1, VD2. Подстроечным резистором R6 выставляются минимальные искажения синусоиды, а подстроечным резистором R12 регулируется симметрия синусоидального напряжения. С целью уменьшения коэффициента гармоник верхушки треугольного сигнала ограничиваются цепями VD3, R9, C14, C16 и VD4, R10, C15, C17. С буфера DD1.4 снимаются импульсы прямоугольной формы. Сигнал, выбранный переключателем SA2, подаётся на потенциометр R19 (амплитуда), а с него – на выходной усилитель DA5, выполненный на AD8038AR. На элементах R24, R25, SA3 выполнен выходной аттенюатор напряжения 1:1 / 1:10.

Для питания генератора использован классический трансформаторный источник с линейными стабилизаторами, формирующими напряжения +5В, ±6В и ±3 В.

Для индикации частоты генератора была использована часть схемы от уже готового частотомера, взятая из [2]:

На транзисторе VT3 выполнен усилитель-формирователь прямоугольных импульсов, с выхода которого сигнал поступает на вход микроконтроллера DD2 PIC16F84A. МК тактируется от кварцевого резонатора ZQ1 на 4 МГц. Кнопкой SB1 выбирается по кольцу цена младшего разряда 10, 1 или 0.1 Гц и соответствующее время измерения 0.1, 1 и 10 сек. В качестве индикатора использован WH1602D-TMI-CT с белыми символами на синем фоне. Правда угол обзора у этого индикатора оказался 6:00, что не соответствовало его установке в корпус с углом обзора 12:00. Но эта неприятность была устранена, как будет описано ниже. Резистор R31 задаёт ток подсветки, а резистором R28 регулируется оптимальная контрастность. Следует отметить, что программа для МК была написана автором [2] для индикаторов типа DV-16210, DV-16230, DV-16236, DV-16244, DV-16252 фирмы DataVision, у которых процедура начальной инициализации по-видимому не подходит к индикаторам WH1602 фирмы WinStar. В результате после сборки частотомера на индикатор ничего не выводилось. Других малогабаритных индикаторов в продаже на тот момент не было, поэтому пришлось вносить изменения в исходник программы частотомера. Попутно в ходе экспериментов была выявлена такая комбинация в процедуре инициализации, при которой двухстрочный дисплей с углом обзора 6:00 становился однострочным, причём достаточно комфортно читаемым при угле обзора 12:00. Выводимые в нижней строке надписи-подсказки о режиме работы частотомера стали не видны, но они особо и не нужны, т.к. дополнительные функции этого частотомера не использованы.

Конструктивно функциональный генератор выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 110х133 мм, разработанной под стандартный пластиковый корпус Z4. Индикатор установлен на палате вертикально на двух уголках. С основной платой он соединён при помощи шлейфа с разъёмом под IDC-16. Для соединения высокочастотных цепей в схеме использован тонкий экранированный кабель. Вот фото генератора со снятой верхней крышкой корпуса:

Перечень элементов и чертёж платы в Layout5 прилагаются.

После первого включения генератора необходимо проконтролировать питающие напряжения, а также установить подстроечным резистором R29 напряжение -3В на выходе DA7 LM337L. Резистором R28 устанавливается оптимальная контрастность индикатора. Для настройки генератора необходимо подключить осциллограф к его выходу, переключатель SA3 установить в положение 1:1, SA2 – в положение, соответствующее напряжению треугольной формы, SA1 – в положение 100…1000 Гц. Резистором R15 добиваются устойчивой генерации сигнала. Переместив движок резистора R1 в нижнее по схеме положение, подстроечным резистором R17 добиваются симметричности треугольного сигнала относительно нуля. Далее переключатель SA2 необходимо перевести в положение, соответствующее синусоидальной форме выходного сигнала, и подстроечными резисторами R12 и R6 добиться соответственно симметричности и минимальных искажений синусоиды.

Читайте также:  Packard bell recovery как запустить

Вот что получилось в итоге:

Треугольник 1 Мгц:

Треугольник 4 Мгц:

Следует отметить, что на частотах свыше 4 Мгц на треугольном и прямоугольном сигналах начинают наблюдаться искажения, связанные с недостаточной полосой пропускания выходного усилителя. При желании этот недостаток можно легко устранить, если перенести усилитель выходного каскада DA5 в цепь от истока VT2 к SA2, т.е. использовать его как усилитель синусоидального сигнала, а вместо выходного усилителя применить повторитель на ещё одном ОУ AD8038AR, пересчитав соответственно сопротивления делителей треугольного (R18, R36) и прямоугольного (R21, R35) сигналов на меньший коэффициент деления.

1) Широкодиапазонный функциональный генератор. А.Ишутинов. Радио №1/1987г.

2) Экономичный многофункциональный частотомер. А.Шарыпов. Радио №10-2002.

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

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

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

Шаг 1: Список компонентов

Основные компоненты для функционального генератора

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

Дополнительные компоненты для опционального источника питания

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

Шаг 2: Электрическая схема

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

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

Читайте также:  Как проверить соединение с сайтом

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

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

Шаг 3: Источник питания

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

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

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

Шаг 4: Корпус

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

Шаг 5: Калибровка

Для калибровки функционального генератора необходимо наличие осциллографа.

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

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

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

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

Шаг 6: Модификации и обновления

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

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

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

Функциональный генератор назван так не потому, что он хорошо выполняет свою функцию (хотя если он собран качественно, так оно и будет), а потому, что он генерирует сигналы, соответствующие по форме графикам различным математическим функций. Например: прямоугольные, треугольные, синусоидальные. Предлагаемый вариант такого генератора, который придумал автор Instructables под ником The_Technocrat, работает в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Он облегчает проверку и настройку звуковых усилителей, устройств на логических микросхемах, драйверов двигателей, преобразователей напряжения и многого другого. Самый быстрый и проверенный способ построить функциональный генератор – применить в нём специализированную микросхему, в данном случае типа IC8038:

Читайте также:  Как посмотреть что открывали на компьютере

Диапазон частот генератора разбит на четыре поддиапазона, смена которых производится переключением конденсаторов. На трёх выходах микросхема с обвязкой вырабатывает сразу три сигнала различных форм, каждый из которых можно подать на расположенный на той же плате усилитель (LF351N). Четвёртый режим соответствует пропусканию прямоугольных импульсов через диод, чтобы проходила только одна полуволна – полезно при проверке устройств с цифровыми микросхемами.

Работу над генератором мастер начинает с составления чертежа печатный платы. Получилось вот что:

Но по одной такой картинке плату не изготовить (она нужна, скорее, для справки по размещению компонентов, если вы заказали плату без шелкографии), поэтому для желающих повторить конструкцию The_Technocrat выложил Gerber-файлы. Можно также изготовить печатную плату самостоятельно ЛУТом или собрать генератор на макетной плате. Всё зависит от ваших возможностей и предпочтений. Разработчик получил вот что:

На плату мастер устанавливает все детали согласно подсказке на шелкографии или картинке выше. Микросхемы, во избежание их перегрева, лучше устанавливать после остальных компонентов. После этого на выход устройства он подключает осциллограф, а на вход – двуполярный 12-вольтовый источник питания. Выбрав какую-нибудь частоту или амплитуду, он первым делом выбирает режим генерации синусоиды, чтобы настроить подстроечные резисторы и больше их не трогать. Выставляет регулятор скважности в промежуточное положение, но несмотря на это, на экране – не совсем синусоида:

При помощи уже упомянутых резисторов R3 и R4 он добивается от синусоиды правильной формы. Результат не показывает, но я ему почему-то верю. На очереди – меандр:

Мастер вращает ось резистора R2 и получает вместо меандра прямоугольные импульсы различной скважности:

Осталось проверить режим генерации треугольных импульсов:

Внимание: на транзисторы, работающие в ключевом режиме и не имеющие теплоотводов, нельзя подавать с генератора управляющие сигналы никаких других форм, кроме прямоугольной. Скважность при этом можно менять и получать ШИМ.

Убедившись, что генератор работает, The_Technocrat изготавливает для него отдельный двуполярный стабилизированный БП (схему приводить нет смысла, там 7812 и 7912 и всё до боли стандартно):

С обратной стороны:

Затем берёт кусок оргстекла и устанавливает на него платы БП и генератора, чтобы они всегда были вместе, как попугаи-неразлучники:

Если устройство не работает, мастер советует проверить, какая часть виновата: генератор или усилитель. Сам он предпочитает проверять в направлении от выхода: смотрим, есть ли сигнал на выходе усилителя, если нет, перемещается к выходу генератора, или к входу усилителя, что одно и то же. Нет сигнала и там – не работает генератор. Есть – проблема в усилителе. Возможна проверка и в обратном направлении: осциллограф или наушники оставляем на выходе, а точки соединения выхода генератора с входом усилителя касаемся, чтобы получить наводку. Если до этого была тишина, а теперь появился фон, дело в генераторе. Ничего не изменилось – в усилителе. Обоими способами можно также проверить точки соединения в цепочке генератор-переключатель-резистор-усилитель. Неисправность локализована, и понятно, правильность сборки какого узла (и исправность какой микросхемы) надо проверять.