ユニバーサル関数発生器。スキーム、説明

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ユニバーサルファンクションジェネレーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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MAX038超小型回路に周波数掃引機能とマークジェネレータ機能を備えた比較的シンプルなファンクションジェネレータを導入することで、幅広い周波数範囲でさまざまな電子機器のさまざまな測定、調整、性能監視を実行できるようになります。このジェネレーターが持つ興味深いアプリケーションの可能性は、同様のノードを他の関数ジェネレーターに導入することで得られます。その説明は過去 XNUMX ～ XNUMX 年間に私たちのジャーナルに掲載されています。

多くの測定を実行する場合、機能発生器はマルチメータやオシロスコープとともに不可欠なデバイスであり、おそらくアマチュア無線家のホームラボラトリーの主要な必要な複合施設に含まれています。

発振周波数発生器は、振幅周波数特性を調べる場合などにも欠かせません。これにより、研究対象の回路のパラメータの変化に応じた特性の変化を観察できるようになり、場合によっては、共振回路の調整時間を従来の研究方法よりも数十倍、さらには数百倍短縮することができます。ポイントごとの周波数応答。

通常、周波数範囲が狭い単純な関数発生器では、方形パルスのデューティサイクルや鋸歯状電圧の順方向および逆方向のステップの調整はなく、周波数またはパルス幅を取得する可能性はありません。変調された信号。掃引周波数発生器に関しては、通常、多くの共振回路があり、調整が難しく、その製造は中級の熟練したアマチュア無線家の力を超えていることがよくあります。

単純な GKCh [2] では、通常、周波数マークの信号が存在しないため、周波数メーターがなければ、そのようなデバイスからの意味はほとんどありません。

アマチュア無線設計者の注意を引くために提供された発電機には、列挙された欠点がありません。デバイスの大部分はデジタルマイクロ回路上に組み立てられているため、確立が可能な限り簡単になります。経験の浅いアマチュア無線家でも作ることができます。説明には、いくつかの特性を「好みに合わせて」変更するための推奨事項が含まれています。

発電機の主な技術的特徴

動作周波数範囲は、XNUMXつのサブ範囲に分けられます。

1) 0,095 Hz...1,1 Hz;

2) 0,95 Hz... 11 Hz;

4) 95 Hz...1100 Hz;

5) 0,95kHz...11kHz;

6) 9,5kHz...110kHz;

7) 95kHz...1100kHz;

8) 0,95MHz...1MHz;

9) 9MHz...42MHz*.

出力信号の形状 - 長方形、正弦波、三角波、鋸歯状。ピークツーピーク出力電圧振幅 (負荷抵抗 RH = 50 オーム時) - 1 V。

方形パルスのデューティサイクルは 0,053 ～ 19 です。出力信号の周波数とデューティサイクルの調整は相互に独立しています。

ラベル信号は10と1MHz、100、10と1kHz、100Hzの間隔で設定できます。

PWM および FM 入力での最大変調周波数は 2 MHz、外部変調信号による周波数偏差 Fo (FM) は最大 ±50% です。

発生器 (その回路は図 1 に示されています) の基礎は MAXIM チップ MAX038 であり、その詳細な説明は [1] に記載されています。

（クリックして拡大）

「偏差値」はスキーム上、最も低い位置にあります。ジェネレータの出力信号の形状は、入力 AO、A1 の論理レベルによって決まり、スイッチ SA6 の位置に依存します。入力 AO および A1 の制御信号の不安定性が、生成周波数の全体的な不安定性に及ぼす影響が注目されました。この影響を最小限に抑えるために、コンデンサ C12、C13 は電源の干渉とリップルのレベルを低減するように設計されています。

生成される信号の周波数は、入力 SADJ の電圧と入力 IIN に流れる電流の出力 COSC (コンデンサ C1 ～ C8) に接続されたコンデンサ CF に依存します。サブレンジの選択はスイッチ SA1 によって行われます。サブバンド内のスムーズな周波数調整は IIN 入力で行われます。入力に入る電流の値は、抵抗器 R12、R13 の抵抗値、オペアンプ DA1.1 のゲイン、および可変抵抗器 R 20 スライダーの位置によって決まります。サブレンジ 2 ～ 8 の場合、それは 21 です。 .240μA。 9 番目のサブレンジに切り替えると、OOS の減少 (R1.1 の導入) によりゲインスケール DA19 が増加し、電流 IIN が 160 ... 750 μA に増加します。これは、最小許容容量値 CF が 20 pF に制限されているために必要です。最初のサブレンジに切り替えると、R17 が導入され、R20、R21 での電圧降下が 2,1 分の 24 に減少し、IIN がそれぞれ XNUMX ... XNUMX μA に減少します。

したがって、サブレンジ 1 ～ 8 のオーバーラップ係数は 11 で、あるサブレンジから別のサブレンジに切り替えると、出力周波数は 10 回変化するため、滑らかな周波数変化の 4,7 段階スケールを使用できます。 2 番目の範囲については、別のスケールが必要です。よりストレッチされており、オーバーラップ係数は約 XNUMX です。 DAXNUMX の特定のインスタンスごとに、マイクロ回路世代のカットオフ周波数の値に応じて、XNUMX 番目の範囲の幅を実験的に選択することをお勧めします。いずれの場合も、周波数範囲を拡大、縮小、またはシフトするには、次の式を使用できます。

Fmin-UminR9 / [CFR'（R12 + R13）];

Fmax UmaxR9 / [CFR'（R12 + R13）]、

ここで、Umin= 5R21/(R20+R21)、Umax= 5、R' = R18 - サブ範囲 1 ～ 8 の場合、R'= R19 - サブ範囲 9 の場合。 CF= C1 ...C8 (対応するサブ範囲の場合)。

式に示されているパラメータはそれぞれ測定されます: F - キロヘルツ、U - ボルト、R - オーム、C - ピコファラッド。

最初のサブ範囲では、抵抗器 R17 の導入により、周波数を計算するための式に代入される Umin と Umax の値は、得られた値に比べて 10 分の 11 に減らす必要があることに注意してください。コンデンサ C5、C0 は、入力 1.1 XNUMXU DAXNUMX に供給される一定の制御電圧の安定性を向上させるように設計されています。

相対周波数の離調 (F50 の ±0%) は、抵抗 R4 (「F3」位置の SA0) によって実行されます。周波数変調された発振を得るには、外部変調信号が FM 入力に適用され、SA3 が方式に従って上の位置 (FM 位置) に転送されます。

パルス幅変調の場合、適切な PWM 入力が使用されます。デューティサイクルは抵抗 R2 によって調整されます。「デューティサイクル」の概念は、ここではある程度条件付きで使用されています。より正確には、周期の継続時間に対する正の半波の割合の変化をパーセント単位で表したものです。方形波発振の場合、これが実際のデューティサイクルです。しかし、三角振動の場合、これは順方向と逆方向のストローク時間の比（信号が「直線」のこぎりから「逆」に変化します）であり、正弦波信号の場合は波形の変化（歪み）になります。後者は、正弦波の形状を調整することで発生器の高調波歪みを最小限に抑えるのに役立ちます。

FM および PWM 入力の変調信号の振幅は、±2,3 V 以下でなければなりません。

スイッチ SA4、SA5 は、DA2 チップの DADJ および FADJ 入力でのデューティサイクルと周波数制御を無効にするように設計されていますが、デューティサイクルは 2 (50%) に設定され、周波数は抵抗 R20 によって設定された周波数に正確に対応します。

出力信号は、OUT DA2 出力から抵抗 R44 を介して「ジェネレーター 1 出力」ソケットに送られます。マイクロ回路の入力 COSC、DADJ、FADJ は外部干渉に非常に敏感であるため、シールドケーブルを使用してスイッチに接続するか、シールドされたコンパートメントに発電機ユニットを配置することをお勧めします。

出力信号レベルを制御するには、ジェネレータの出力と研究対象のデバイスの入力の間に接続された外部減衰器を使用すると便利です。 [2] に記載されている減衰器は、0 dB ステップで 64 ～ 1 dB の減衰範囲を提供し、入力インピーダンスと出力インピーダンスの点でよく整合しているため、推奨できます。

スイープモードでは、ジェネレータの入力「√」がオシロスコープの対応する出力に接続されます。オシロスコープの掃引と同期したGKChの周波数制御は、DA2マイクロ回路の入力NNで実行されます。入力からの信号はコンデンサ C9 に送られ、そこで定数成分がカットされます。さらに、制御信号の振幅、したがって発電機の発振帯域幅を調整する可変抵抗器Ｒ６のエンジンから、反転増幅器・加算器ＤＡ１．１に送られる。スイングの中心周波数を決定し、抵抗 R6 によって調整される定数成分と合計された信号は、UN DA1.1 入力に供給されます。ツェナーダイオード VD20 は、入力 IIN の最大許容電流を 2 uA に制限します。

周波数ラベルジェネレーターは、DD1.1～DD1.3のマスターオシレーター、DD3とDD4の分周器、DD5.1トリガー、DA1.4のコンパレーターで構成されます。水晶マスターオシレータは 10 MHz の周波数の信号を生成し、それが分周器 DD3 (分周比 10) の入力に供給されます。さらに、DD3 の出力から 1 MHz の信号が可変分周比の分周器 DD4 の入力に供給されます。 SA7.1 スイッチの位置に応じて、DD5.1 トリガーの入力 C に、周波数が 10 MHz、1 MHz、または分周係数によって決定される周波数の信号が存在します。 DD4。 JK フリップフロップの入力は、SYNC DA2 出力からの信号を受信します。その周波数はジェネレーター出力信号の周波数に等しく、位相は 90 度シフトされます。ローパスフィルターは、要素 R40、C22 ～ C27 のトリガー出力に接続されます (カットオフ周波数は SA8 の位置によって決まります)。

したがって、コンパレータ DA1.4 の入力では、発生器の出力周波数と DD5.1 のクロック入力の周波数の倍数である周波数の低周波ビートが得られます。上記の成分が周波数軸に沿って近くに配置されているほど、ビート振幅は大きくなります。したがって、ジェネレーター信号の出力周波数が滑らかに変化すると、ビート信号のバーストが DA1.4 の入力に存在し、ジェネレーターの出力信号の周波数が周波数の倍数であることを示します。マーク信号。バースト幅 (時間単位) は、ローパスフィルターの帯域幅に依存し、SA8 の位置によって決まります。これは、ジェネレーターのさまざまなスパンおよびさまざまな範囲で明確なマークを取得するために行われます。抵抗 R36 はコンパレータのしきい値を決定し、所定の振幅以下のビートノイズを遮断します。マークの振幅は抵抗器 R46 によって調整され、R45 で主信号に追加されます。分周係数 DD4 は SA7.2 スイッチによって選択され、分周器の出力で 100、10、1 kHz、100 Hz の周波数の信号を取得できるようになります。 SA7 が 4 つの極端な位置 (スキームによれば上部) にある場合、DDXNUMX は XNUMX 回のカウントを実行して停止します。出力 Q には信号がありません。

ジェネレータの機能を拡張するには、タグ信号の周波数グリッドに必要な周波数のセット（たとえば、465 kHz）を追加して、無線受信機の IF を調整します。この場合、除算係数は次の式に基づいて選択されます。

N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX、

ここで、N は除算係数です。 M - モジュール、Ka、Kb、Ks のコードによって決定されます。 P1 - J2、J3、J4 のコードによって決定される千の乗数。 Р2、РЗ、Р4 - 百、十、単位の乗数。それらは J13-J16、J9-J12、J5-J8 のコードによって決定されます。 P5 - コード J1 ～ J4 によって決定される剰余。

K564IE15 チップの動作の詳細な説明は [3] に記載されています。ジェネレータには個別の「マーク」出力があり、例示的な水晶周波数が必要な多くの測定に役立ちます。

DA1.2 の補助オーディオ周波数ジェネレーターは一般的な方式に従って組み立てられており、周波数またはパルス幅変調でメインジェネレーターを変調するために使用することも、別個のジェネレーターとして使用することもできます。

検出器 (図 2) は電圧倍加方式に従って組み立てられており、10 Hz 以下のオシロスコープ掃引周波数を使用する場合、50 kHz ～ 100 MHz の範囲で動作できます。

ユニバーサルファンクションジェネレータ

低周波回路を研究するには、掃引周波数を非常に低くする必要があります。従来のオシロスコープを使用すると、周波数応答を確認できません。ストレージオシロスコープでは、周波数0,1Hzから周波数特性を観測することができます。この場合、例えば図２に示すような別の入力同期回路を適用する必要がある。 3.

ユニバーサルファンクションジェネレータ

また、そのためにはコンデンサC1、C2の容量を大きくして検出ヘッドを別体化すると良いでしょう(図2参照)。静電容量を増やすと周波数範囲が下から広がりますが、同時にオシロスコープの許容掃引周波数は減少します。低周波数でラベルを取得するには、適切な分周係数 DD4 を選択し、R40、C22 ～ C27 のフィルターの代わりに高 Q フィルターを使用する必要があります。ただし、低周波数のビートを分離するのは難しいという制限があります。

電源 (図 4) は通常のスキームに従って組み立てられ、±5 V および +12 V の電源電圧を生成します。対応するバスの消費電流は、指定された制限値 (+5 V ～ 300 mA) を超えません。 -5V-100mA;+12V-50mA; -12V-50mA。

ユニバーサルファンクションジェネレータ

デバイスは MLT 0,125 抵抗を使用し、SP、SP0、SP4 を変数として使用できます。周波数設定コンデンサは小さい TKE を持つ必要があります。KLS、KM-5 (C5-C8)、K73-9、K73-16、K73-17 (C2-C4) シリーズが適用されます。低リーク電流の極性コンデンサ C1 - K52-1。残りのコンデンサ - 任意。スイッチSA1、SA6～SA8～PG。チップ DD1 ～ DD3、DD5 は同様のシリーズの K155、K555、K533 と互換性があり、対応する消費電流の変化を考慮する必要があります。チップシリーズ 564 または K564 (DD4) は、K561IE15 を完全に置き換えます。

発電機用のプリント基板は開発されていなかった。基板上に要素と接続を配置するときは、DA3 の入力 (ピン 10 ～ 2) に関連するすべての回路を残りの回路から可能な限り分離する必要があります。

発生器の設定はコンデンサ C1 ～ C6 の選択から始まり、レンジを切り替えると周波数が正確に 7 倍変化します。サブレンジ 8 の総静電容量 CF は接続ケーブルの静電容量、取り付け、その他の寄生静電容量の影響を受けるため、コンデンサ C8,9、CXNUMX は構造の最終組み立て後に選択するのが最適です。

その後、抵抗器 R20 の 1 つのスケールが段階的に表示されます (サブレンジ 8 ～ 9 および 6)。次に、SA1 の位置とデューティサイクル制御および離調の制限に応じて、出力信号の形状がチェックされます。調整範囲は、入力 FADJ および DADJ の電圧が ± 4 V 以内でなければならないことを考慮して、分周器 R2,3 ～ R7 を再計算することで変更できます。その後、オシロスコープからの信号が「√」入力に適用されます。、オシロスコープの Y 入力は出力 1.1 DA20 に接続され、抵抗 R6 のスライダーはサブレンジの 5 つの中央に設定され、R7 はスキームに従って上部の位置に配置され、選択によってR1.1 は、ピン 0,2 DA7,5 の信号が 300 ～ 5 V 以内であることを保証します。これは最大スイング帯域に対応します。帯域内では、周波数が XNUMX 倍に変化する可能性があるため、この値を下げるには、抵抗 RXNUMX を必要な値まで増加します。

周波数マークジェネレーターの設定は、マスターオシレーターの周波数を設定することから始まります。周波数メーターは DD6 のピン 1.3 に接続されており、コンデンサ C18 を調整することで周波数が 10 MHz に設定されます。次に、タグの周波数の出力における周波数とスイッチSA7の位置との対応を確認する。その後、DA13 のピン 1.4 でのビート信号の存在がチェックされ、DA36 の出力で明確な狭いマークが得られるまでコンパレータのしきい値が抵抗 R1.4 で設定されます。これでジェネレーターの設定は完了したと見なされます。

DA1.2 の補助オーディオ周波数発生器 (図 1 を参照) は、正弦波信号の安定した生成が得られるまで、R23 を調整することによって調整されます。

電源の設定は、抵抗 R1、R4、R6 を使用して適切な出力電圧を設定することで構成されます。

周波数応答を調べるために、図のスキームに従って設備を組み立てます。 5.

ユニバーサルファンクションジェネレータ

スイッチSA6は正弦波信号を発生する位置に移動されます。周波数応答の提案された位置はスイッチ SA1 と抵抗 R20 によって設定され、必要なスイングバンド (レビュー) は抵抗 R6 によって設定されます。 SA7 スイッチを使用して、必要な周波数マークを選択します。 SA8 スイッチは、オシロスコープ画面上で鮮明で安定したマークを実現するために使用されます。研究中のデバイスのパラメータを変更することにより、周波数応答の特性点の変化が監視されます。周波数ではマークに対して、振幅では減衰器の位置に対してです。

*038番目のサブバンドの上部周波数は、MAX40チップの特定のインスタンスによって決定されます。その標準値は約20MHz、最小値はXNUMXMHzです。

文学

Kovalev V. 多機能発電機 MAX038。 - ラジオ、1996 年、No. 10、p。 53.
Nechaev I. 周波数範囲 0,1 Hz ～ 10 MHz の関数発生器。 - ラジオ、1997 年、No. 1、p. 34,35。
Skrypnik V. A. アマチュア無線機器の監視および調整用の機器。 - M.: パトリオット、1990 年、p. 5.
Alekseev S. K561シリーズのマイクロ回路の使用。 - ラジオ、1987 年、No. 1、p. 43.

著者: A.Matykin、モスクワ

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