Меню

Низкочастотный генератор сигналов выходное напряжение

Как сделать генератор сигнала низкой частоты, схема и описание

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:

  1. 15. 160 Гц.
  2. 150..1600 Гц
  3. 1500..16000 Гц
  4. 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.

Принципиальная схема лабораторного генератора сигнала низкой частоты 15 Гц - 160 КГц

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.

Читайте также:  Чем измерять напряжение 500в

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.

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.

Налаживание

Налаживание следует начинать с усилителя на транзисторах. Отключите мост Винна (например, отпаяйте один вывод R1) и измерите постоянное напряжение на выходе усилителя. Если оно отличается от нуля подбором резистора R10 установите его ноль. Затем, восстановите мост Винна.

Подключите к выходу осциллограф и подстройкой резистора R7 добейтесь неискаженного синусоидального сигнала во всем частотном диапазоне ГНЧ.

Источник



Генераторы сигналов — универсальные приборы широкого спектра применения

Эти устройства генерирует импульсы различной природы, имеющие определенные характеристики (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

  • 1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
  • 1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
  • 1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.
Читайте также:  Напряжение это продвигать ток

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

  1. Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
  2. Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
  3. Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
  4. Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
  5. Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

  1. Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
  2. Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
  3. Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Читайте также:  Релейная защита с блокировкой по напряжению

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

  • мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
  • вычислительные приборы;
  • инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
  • бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
  • измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
  • медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Источник