Генераторы низких частот на микросхемах. Низкочастотный функциональный генератор Эл схемы функциональных генераторов своими руками

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.

Способный одновременно генерировать сигналы прямоугольной и пилообразной формы, обычно состоит из двух частей (рис. 36.1):

♦ неинвертирующего триггера Шмитта на микросхеме DA1;

♦ интегратора на микросхеме DA2.

При С 1=4,7 нФ частота генерации - 30 кГц, при 0=47 нФ -

20 Гц. Напряжение питания генератора может варьироваться в пределах 4,5-18 В.

Учитывая высокую актуальность функциональных генераторов, были созданы специализированные микросхемы таких генераторов. Примером является ICL8038 фирмы Harris Semiconductor.

Напряжение питания ±(5-15) В при двуполярном питании или 10-30 В - при однополярном. Потребляемый микросхемой ток не превышает 20 мА (номинальный - 12 мА) при напряжении питания ±10 В. Амплитуда выходного напряжения треугольной формы на сопротивлении нагрузки 100 кОм достигает 1/3 от напряжения питания, для сигнала синусоидальной формы - до 0,22 от напряжения питания.

Варианты подключения внешних элементов регулировки режима работы микросхемы ICL8038 приведены на рис. 36.6.

При использовании микросхемы ICL8038 (рис. 36.7) удобно

Рис. 36.6. Варианты подключения резистивных элементов к микросхеме ICL8038

Рис. 36.7. Вариант включения микросхемы ICL8038 с частотной модуляцией генерируемых сигналов

осуществлять частотную модуляцию генерируемых сигналов. Используя эту особенность микросхемы несложно создать сигналов прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы, одновременно управляемых уровнем внешнего напряжения.

Для уменьшения искажений сигнала синусоидальной формы применяют регулировки, предусмотренные схемным решением, представленным на рис. 36.8.

Рис. 36.8. включения микросхемы ICL8038 с минимизацией искажения сигнала синусоидальной формы

Для того чтобы повысить нагрузочную способность генератора используют схему, показанную на рис. 36.9. Использован обычный буферный каскад, который можно использовать для каждого из выходов . нагрузки определяется выбором

микросхемы ОУ; для приведенного случая нагрузки не должно быть менее 1 кОм.

Рис. 36.9. на микросхеме ICL8038 с повышенной нагрузочной способностью для сигнала синусоидальной формы

Рис. 36Л0. на микросхеме ICL8038 с регулировкой частоты от 20 Гц до 20 кГц

Практическая широкодиапазонного , перекрывающего весь диапазон звуковых частот, приведена на рис. 36.10. Потенциометром R7 минимизируют искажения сигнала синусоидальной формы. R3 предназначен для регулировки соотношения импульс/ пауза (или симметрии) генерируемых сигналов. Потенциометром R10 регулируют частоту генерируемых сигналов.

Аддитивный формирователь сигналов треугольной формы

Электрические сигналы треугольной формы обычно получают при использовании зарядно-разрядных процессов в RC-цепочках. В работах описан и проанализирован принцип формирования сигналов треугольной формы путем противофазного сложения выпрямленных с использованием двухполупериодных выпрямителей сигналов синусоидальной формы, сдвинутых между собой на угол 90°. Ниже приведен вариант практической реализации перестраиваемого по частоте генератора сигналов треугольной формы, использующий данный принцип синтеза.

DA1-DA3 собран LR- сигналов синусоидальной формы, с выходов которого снимаются сдвинутые по фазе на угол 90° сигналы (точки А и В). Эти сигналы подаются на входы двух прецизионных выпрямителей, выполненных DA4, DA5 и DA6, DA7, соответственно. Сигналы с выходов выпрямителей (точки С и D) смешиваются на резистивном сумматоре-делителе напряжения R13, R15, R16 (точка Е). Выходной сигнал (точка Е) имеет треугольную форму с отклонением от линейности до 3 %.

Рабочая частота генератора определяется номиналами частотозадающих цепей - индуктивностей LI, L2, сдвоенного потенциометра R9, R10 и резисторов R7, R8. Для указанных номиналов диапазон частоты перестройки составляет 3300-4000 Гц.

Ступенчато изменить частотный диапазон работы можно переключением катушек индуктивности LI, L2. При расширении диапазона перестройки путем дальнейшего изменения соотношения элементов

Рис. 36.11. беземкостного перестраиваемого генератора сигналов треугольной формы

R7/R9=R8/R10 становится заметной выраженная зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. Для исключения этого недостатка необходимо либо сузить диапазон перестройки генератора, либо использовать промежуточные усилители с автоматической регулировкой усиления.

Инверсного построения

При создании функциональных генераторов традиционно используют прямоугольных импульсов, к выходу которого подключают формирователь треугольного напряжения, основанный на зарядно-разрядных процессах. Затем сигнал треугольной формы преобразуют в подобие синусоидального, выделяя из нее первую гармонику . Недостатки таких схемных решений очевидны: это явно выраженная нелинейность зарядноразрядных процессов, особенно заметная при перестройке частоты генератора и заметные искажения синусоидального сигнала в результате некачественной фильтрации высших гармоник сложного сигнала.

С. И. Семенова - прецизионные двухполупериодные выпрямители (микросхемы DA4, DA5 и DA9, DA10), выходные сигналы которых складываются в противофазе, формируя тем самым сигнал треугольной формы. Сигнал треугольной формы поступает затем на схему формирования биполярных импульсов прямоугольной формы (микросхемы DA6-DA8).

Диаграммы сигналов в различных точках устройства показаны на рис. 36.12.

Работает в диапазоне частот: для сигналов синусоидальной формы - 50-500 Гц, для сигналов треугольной и прямоугольной формы (с удвоением исходной частоты) - 100-1000 Гц. Рабочую частоту плавно меняют перестройкой сдвоенного потенциометра R9, R10. Ступенчатое переключение диапазона генерируемых частот вплоть до субгерцовых может быть обеспечено переключением частотозадающих конденсаторов С2 и СЗ. Так, при уменьшении емкостей конденсаторов С2 и СЗ в 10 раз, т. е. до 3,3 нФ, диапазон генерируемых частот составляет 1000-10000 Гц по пилообразному и прямоугольному сигналам; по синусоидальному - 500-5000 Гц.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.

Низких частот предназначены для получения на выходе устройства периодических низкочастотных электрических сигналов с заданными параметрами (форма, амплитуда, частота сигнала).

КР1446УД1 (рис. 35.1) представляет собой сдвоенный гай- to-rail ОУ общего назначения. На основе этой микросхемы могут быть созданы устройства разнообразного назначения, в частности, электрических колебаний, которых приведены на рис. 35.2-35.4 . (рис. 35.2):

♦ одновременно и синхронно вырабатывает импульсы напряжения прямоугольной и пилообразной формы;

♦ имеет единую для обоих ОУ искусственную среднюю точку, образованную делителем напряжения R1 и R2 .

На первом из ОУ построен , на втором - Шмитта с широкой петлей гистерезиса (U raCT =U nHT ;R3/R5), точными и стабильными порогами переключения. Частота генерации определяется по формуле:

f =———– и составляет для указанных на схеме номиналах 265 Ги. С

Рис. 35.7. Цоколевка и состав микросхемы КР 7446УД7

Рис. 35.2. генератора прямоугольных- треугольных импульсов на микросхеме КР1446УД 7

изменением напряжения питания от 2,5 до 7 В эта частота изменяется не более чем на 1 %.

Усовершенствованный (рис. 35.3) вырабатывает импульсы прямоугольной формы, причем их частота от величины управляющего

Рис. 35.3. управляемого генератора прямоугольных импульсов

входного напряжения по закону

При изменении

входного напряжения от 0,1 до 3 В частота генерации линейно возрастает от 0,2 до 6 кГц .

Частота генерации генератора прямоугольных импульсов на микросхеме КР1446УД5 (рис. 35.4) линейно от величины приложенного управляющего напряжения и при R6=R7 определяется как:

5 В частота генерации линейно возрастает от 0 до 3700 Гц .

Рис. 35.4. генератора, управляемого напряжением

Так, при изменении входного напряжения от 0,1 до

На основе микросхем TDA7233D, используя в качестве единой основы базовый элемент, рис. 35.5, а, можно собрать достаточно мощные импульсов (), а также напряжения, рис. 35.5 .

Генератора (рис. 35.5, 6, верхняя) работает на частоте 1 кГц, которая определяется подбором элементов Rl, R2, Cl, С2. Емкость переходного конденсатора С задает тембр и громкость сигнала.

Генератора (рис. 35.5, б, нижняя), вырабатывает двухтональный сигал при условии индивидуального подбора емкости конденсатора С1 в каждом из использованных базовых элементов, например, 1000 и 1500 пФ.

Напряжения (рис. 35.5, в) работают на частоте около 13 кГц (емкость конденсатора С1 снижена до 100 пФ):

♦ верхний - вырабатывает отрищ гельное относительно общей шины напряжение;

♦ средний - вырабатывает удвоенное относительно напряжения питания положительное;

♦ нижний - вырабатывает в зависимости от коэффициента трансформации разнополярное равновеликое напряжение с гальванической (при необходимости) развязкой от источника питания.

Рис. 35.5. нештатного применения микросхем TDA7233D: а – базовый элемент; б - в качестве генераторов импульсов; в - в качестве преобразователей напряжения

При сборке преобразователей следует учитывать, что на диодах выпрямителей теряется заметная часть выходного напряжения. В этой связи в качестве VD1, VD2 рекомендуется использовать Шоттки. Ток нагрузки бестрансформаторных преобразователей может достигать 100-150 мА.

Прямоугольных импульсов (рис. 35.6) работает в диапазонах частот 60-600 Гц\ 0,06-6 кГц; 0,6-60 кГц . Для коррекции формы генерируемых сигналов может быть использована цепочка (нижняя часть рис. 35.6), подключаемая к точкам А и В устройства.

Охватив ОУ положительной обратной связью, нетрудно перевести устройство в режим генерации прямоугольных импульсов (рис. 35.7).

Импульсов с плавной перестройкой частоты (рис. 35.8) может быть выполнен на основе микросхемы DA1 . При использовании в качестве DA1 1/4 микросхемы LM339 регулировкой потенциометра R3 рабочая частота перестраивается в пределах 740- 2700 Гц (номинал емкости С1 в первоисточнике не указан). Исходная частота генерации определяется произведением C1R6.

Рис. 35.8. широкодиапазонного перестраиваемого генератора на основе компаратора

Рис. 35.7. генератора прямоугольных импульсов на частоту 200 Гц

Рис. 35.6. НЧ-генератора прямоугольных импульсов

На основе компараторов типа LM139, LM193 и им подобных могут быть собраны:

♦ прямоугольных импульсов с кварцевой стабилизацией (рис. 35.9);

♦ импульсов с электронной перестройкой .

Стабильных по частоте колебаний или так называемый «часовой» прямоугольных импульсов может быть выполнен на компараторе DAI LTC1441 (или ему подобном) по типовой схеме, представленной на рис. 35.10. Частота генерации задается кварцевым резонатором Ζ1 и составляет 32768 Гц. При использовании линейки делителей частоты на 2 на выходе делителей получают прямоугольные импульсы частотой 1 Гц. В небольших пределах рабочую частоту генератора можно понижать, подключая параллельно резонатору небольшой емкости.

Обычно в радиоэлектронных устройствах используют LC и RC- . Менее известны LR- , хотя на их основе могут быть созданы устройства с индуктивными датчиками,

Рис. 35.11. LR-генератора

Рис. 35.9. генератора импульсов на компараторе LM 7 93

Рис. 35.10. «часового» генератора импульсов

Обнаружители электропроводки, импульсов и т. д.

На рис. 35.11 приведена простого LR-геиератора прямоугольных импульсов, работающего в диапазоне частот 100 Гц - 10 кГц . В качестве индуктивности и для звукового

контроля работы генератора используется телефонный капсюль ТК-67. Перестройка частоты осуществляется потенциометром R3.

Работоспособен при изменении напряжения питания от 3 до 12,6 В. При понижении напряжения питания с 6 до 3-2,5 В верхняя частота генерации повышается с 10-11 кГц до 30-60 кГц.

Примечание.

Диапазон генерируемых частот может быть расширен до 7-1,3 МГц (для микросхемы ) при замене телефонного капсюля и резистора R5 на катушку индуктивности. В этом случае при отключении диодного ограничителя на выходе устройства можно получить сигналы, близкие к синусоиде. Стабильность частоты генерации устройства сопоставима со стабильностью RC-генераторов.

Звуковых сигналов (рис. 35.12) могут быть выполнены К538УНЗ . Для этого достаточно вход и выход микросхемы соединить конденсатором или его аналогом - пьезокерамическим капсюлем. В последнем случае капсюль выполняет также роль звукоизлучагеля.

Частоту генерации можно менять, подбирая емкость конденсатора. Параллельно или последовательно пьезокерамическому капсюлю для подбора оптимальной частоты генерации можно включить . Напряжение питания генераторов 6-9 В.

Рис. 35.72. звуковых частот на микросхеме

Для экспресс-проверки ОУ может быть использована генератора звуковых сигналов, представленная на рис. 35.13 . Тестируемую микросхему DA1 типа , у или иных, имеющих аналогичную цоколевку, вставляют в панельку, после чего включают питание. В случае, если исправна, пьезокерамический капсюль НА1 излучает звуковой сигнал.

Рис. 35.13. звукового генератора - испытателя ОУ

Рис. 35.14. генератора прямоугольных импульсов на ОУКР1438УН2

Рис. 35.15. генератора синусоидальных сигналов на ОУКР1438УН2

Сигналов прямоугольной формы на частоту 1 кГц, выполненный на микросхеме КР1438УН2, показан на рис. 35.14 . стабилизированных по амплитуде синусоидальных сигналов на частоту 1 кГц приведен на рис. 35.15 .

Генератора , вырабатывающего сигналы синусоидальной формы, представлена на рис. 35.16. Этот работает в диапазоне частот 1600-5800 Гц, хотя при частотах свыше 3 кГц форма сигнала все более отдаляется от идеала, а амплитуда выходного сигнала падает на 40 %. При десятикратном увеличении емкостей конденсаторов С1 и С2 полоса перестройки генератора с сохранением синусоидальной формы сигнала понижается до 170-640 Гц при неравномерности амплитуды до 10 %.

Рис. 35.7 7. генератора синусоидальных колебаний на частоту 400 Гц

Недавно мне принесли в ремонт генератор ГУК-1 . Что бы потом не думалось, сразу заменил все электролиты. О чудо! Все заработало. Генератор еще советских времен, а отношение у коммунистов к радиолюбителям было такое Х… , что вспоминать не охота.

Вот отсюда и генератор желал бы быть получше. Конечно самое главное неудобство, это установка частоты высокочастотного генератора. Хоть бы, какой ни будь простенький верньер поставили, поэтому пришлось добавить дополнительный подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком (Фото1). По правде сказать я очень не удачно выбрал для его место, надо было бы чуть-чуть сместить. Я думаю вы это учтете.

Что бы поставить ручку, пришлось удлинить ось триммера, кусок медной проволоки диаметром 3мм. Конденсатор подключается параллельно основному КПЕ или непосредственно, или через «растягивающий» конденсатор, что еще больше увеличивает плавность настройки генератора ВЧ. Для кучи заменил и выходные разъемы – родные уже все раздрыгались. На этом ремонт закончился. От куда схема генератора я не узнал, но похоже, что все соответствует. Возможно она пригодится и вам.
Схема генератора универсального комбинированного – ГУК-1 приведена на рисунке 1. В состав прибора входят два генератора, низкочастотный генератор и генератор ВЧ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Диапазон частот ВЧ генератора от 150 кГц до 28 мГц перекрывается пятью поддиапазонами со следующими частотами:
1 поддиапазон 150 - 340 кГц
II 340 - 800 кГц
III 800 - 1800 кГц
IV 4,0 - 10,2 мГц
V 10,2 - 28,0 мГц

2. Погрешность установки ВЧ не более ±5%.
3. Генератор ВЧ обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения от 0,05 мВ до 0,1 В.
4. Генератор обеспечивает следующие виды работ:
а) непрерывная генерация;
б) внутренняя амплитудная модуляция синусоидальным напряжением с частотой 1кГц.
5. Глубина модуляции не менее 30%.
6. Выходное сопротивление ВЧ генератора не более 200 Ом.
7. НЧ генератор генерирует 5 фиксированных частот: 100 Гц, 500 Гц, 1кГц, 5кГц, 15кГц.
8. Допустимое отклонение частоты НЧ генератора не более ±10%.
9. Выходное сопротивление НЧ генератора не более 600 Ом.
10. Выходное напряжение НЧ плавно регулируется от 0 до 0.5 В.
11. Время самопрогрева прибора - 10 минут.
12. Питание прибора осуществляется от батареи «Крона» напряжением 9 В.

ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Генератор НЧ собран на транзисторах VT1 и VT3. Положительная обратная связь, необходимая для возникновения генерации снимается с резистора R10 и подается в цепь базы транзистора VT1 через конденсатор С1 и соответствующую фазосдвигающую цепочку, выбранную переключателем В1 (например С2,С3,С12.). Один их резисторов в цепочке – подстроечный (R13), с помощью которого можно подстраивать частоту генерации низкочастотного сигнала. Резистором R6 устанавливается начальное смещение на базе транзистора VT1. На транзисторе VT2 собрана схема стабилизации амплитуды генерируемых колебаний. Выходное напряжение синусоидальной формы через С1 и R1 подается на переменный резистор R8, который является регуляторов выходного сигнала НЧ генератора и регулятором глубины амплитудной модуляции ВЧ генератора.

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

ВЧ генератор реализован на транзисторах VT5 и VT6. С выхода генератора через С26 сигнал подается на усилитель собранный на транзисторах VT7 и VT8. На транзисторах VT4 и VT9 собран модулятор ВЧ сигнала. Эти же транзисторы используются в схеме стабилизации амплитуды выходного сигнала. Не плохо бы для этого генератора изготовить аттенюатор, или Т, или П типа. Рассчитать такие аттенюаторы можно с помощью соответствующих калькуляторов для расчета и . Вот вроде и все. До свидания. К.В.Ю.

Скачать схему.

Рисунок печатной платы генератора ВЧ

Рисунок в формате LAY любезно предоставил Игорь Рожков, за что я ему выражаю благодарность за себя и за тех, кому этот рисунок пригодится.

В приведенном архиве размещен файл Игоря Рожкова к промышленному радиолюбительском генератору, имеющему пять диапазонов ВЧ — ГУК-1. Плата приведена в формате *.lay и содержит доработку схемы (шестой переключатель на диапазон 1,8 — 4 МГц), ранее опубликованную в журнале Радио 1982, № 5, с.55
Скачать рисунок печатной платы.

Доработка генератора ГУК-1

FM модуляция в генераторе ГУК-1.

Еще одна идея модернизации генератора ГУК-1 , я ее не пробовал, потому, как у меня собственного генератора нет, но по идее все должно работать. Эта доработка позволяет настраивать узлы, как приемной, так и передающей аппаратуры, работающей с применением частотной модуляции, например радиостанций СВ диапазона. И, что не маловажно, с помощью резистора Rп можно подстраивать несущую частоту. Напряжение, которое используется для смещения варикапов должно быть обязательно стабилизированным. Для этих целей можно использовать однокристальные трехвыводные стабилизаторы на напряжение 5В и небольшим падением напряжения на самом стабилизаторе. В крайнем случае можно собрать параметрический стабилизатор, состоящий из резистора и стабилитрона КС156А. Прикинем величину резистора в цепи стабилитрона. Ток стабилизации КС156А лежит в пределах от 3ма до 55ма. Выберем начальный ток стабилитрона 20ма. Значит при напряжении питания 9В и напряжении стабилизации стабилитрона 5.6В, на резисторе при токе в 20ма должно упасть 9 — 5,6 = 3,4В. R = U/I = 3,4/0,02 = 170 Ом. При необходимости величину резистора можно изменить. Глубина модуляции регулируется все тем же переменным резистором R8 — регулятор выходного напряжения НЧ. При необходимости изменить пределы регулировки глубины модуляции, можно подобрать номинал резистора R*.

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

Классика жанра — генератор ВЧ

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Индуктивная трехточка

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Что мы здесь видим?

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

Механизм генерации

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера (DD1.1, DD1.2)

Резистор R1

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
{
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
}

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂