Схемы простых низкочастотных генераторов

Генератор сигналов — вещь, немаловажная в радиолюбительском хозяйстве.
Конечно, при нашей всесторонней занятости и умении здраво оценивать ситуацию, оптимальными явились бы такие логические построения:
1. купить готовый DDS генератор у мастеровитых китайских хунвейбинов;
2. загрузить и пользовать программный продукт под названием — генератор сигналов на базе ПК.

Отличное умозаключение, но немного скучноватое. К тому же в некоторых случаях куда удобней пользоваться миниатюрным и почти ничего не потребляющим приборчиком на батарейке. Его можно систематически забывать выключить, ронять (желательно не в унитаз), шпынять и подвергать прочему физическому насилию. Всё равно работать будет как папа Карло, за себя и за всех отсутствующих!
Вот такой малопотребляющий и трудолюбивый персонаж легко можно соорудить на логических КМОП микросхемах.

Припадём к первоисточникам:

Выходы Q0-Q3 двоичного счетчика IC1 через логические элементы IC2 подключаются к общему проводу (0) или к питанию (+15 В) через резисторы суммирующего каскада IC3, номиналы которых подобраны соответствующим образом.
Для четырех выходов существует всего 16 комбинаций, так что один полупериод строится из 16 ступенек.
Изменение уровня на выходе Q4 меняет состояние на одном из двух входов каждого логического элемента «Исключающее ИЛИ».
При логической «1» на входе элемент служит инвертором, при «О» — повторителем. Поэтому половину периода формируется положительная полуволна синусоиды, а затем — отрицательная, и весь цикл снова повторяется.
Таким образом, полный период складывается из 32 шагов, и, следовательно, выходная частота составляет 1/32 часть частоты тактового сигнала.
Амплитуда выходного сигнала определяется резистором R5. Вместо ОР77 можно использовать какой-либо другой операционный усилитель с относительно большой скоростью нарастания выходного напряжения.

Перевод А. Бельского для журнала Радиолюбитель 10/2000.
От редакции. Микросхемы IC1 — IC3 можно заменить отечественными К561ИЕ16, К561ЛП2 и К544УД2.»

Измеренный коэффициент нелинейных искажений приведённого генератора — около 6% во всем диапазоне рабочих частот. Данные результаты получились с величинами резисторов: R1=10k, R2=25k, R3=51k, R4 — отсутствует. Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейности превысил 8%.

Более высокими характеристиками обладает схема, опубликованная в журнале Radioelektronik Audio-HiFi-Video, 1997, №11, p. 42, 43 и перепечатанная в РАДИО № 10, 1998, с. 80.

Схема формирователя приведена на рис. 2. В нем используется регистр сдвига DD2 с суммированием сигналов с восьми его выводов на резистивной матрице.
На вход С микросхемы DD2 через инвертор на элементе DD1.1 подается тактовый сигнал формы меандр с частотой F. Использование обратной связи с выхода Q7 микросхемы DD2 на ее вход D через инвертор ВВ1.2 приводит к тому, что высокий уровень на всех выходах микросхемы DD2 сохраняется в течение прохождения восьми тактовых импульсов с учетом сдвига на каждом из выходов на один такт (рис. 3).

Рис.3

В течение действия 16 тактовых импульсов выходное напряжение изменяется от минимума до максимума (в течение первых восьми импульсов) и возвращается к исходному состоянию (в течение последующих восьми импульсов). Затем процесс повторяется.
Таким образом, на выходе устройства частота периодических колебаний будет в 16 раз меньше частоты поступающих тактовых импульсов.

Сигнал на выходе суммирующей матрицы ступенчатый. Весовая часть каждой «ступеньки» определяется сопротивлениями резисторов R2—R9, поэтому при регулировании устройства потребуется их подбор с тем, чтобы прирост/спад напряжения для каждой из «ступенек» был бы одинаков. Это позволит получить квазисинусоидальный сигнал с наименьшими искажениями.

Элементы R2—R9, R10, R12, кроме функции суммирующей матрицы, совместно с резистором R11 и конденсатором C3 выполняют роль фильтра нижних частот (ФНЧ), благодаря чему ступенчатое изменение напряжения на входе повторителя (микросхема DA1) приобретает форму подобия синусоидального.

Значения емкости конденсатора С3 для нескольких граничных частот ФНЧ приведены в таблице.

Граничная частота, (Гц) 10 10 2 10 3 10 4 10 5
Ёмкость конд. С3, (мкФ) 100 10 1,0 0,1 0,01

Примечание редакции. В конструкции генератора можно применить отечественные элементы: в качестве регистра сдвига — микросхему KP1561ПР1; элементов инверторов — KP1561ТЛ1; выходного повторителя — КР140УД7, скорректированной для работы с единичным усилением.

Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейных искажений не превышает 1% во всем диапазоне генерируемых частот.
Как часто водится, в оригинальном заграничном источнике допущена пустяковая, но вредоносная опечатка, которая прямиком перекочевала и на страницы отечественного журнала: вместо «Ёмкость конд. С3, (мкФ)» в таблице следует читать «Ёмкость конд. С3, (нФ)».

Для малоответственных измерений (не требующих высокой линейности формы сигналов) можно воспользоваться простейшей схемой функционального генератора, построенного всего на одной цифровой КМОП микросхеме.

К таким генераторам относят устройства, вырабатывающие синхронно изменяющиеся во времени сигналы разной формы. Устройство вырабатывает сигналы прямоугольной формы, треугольной формы и синусоидальный сигнал.
В зависимости от емкости конденсатора С3 частоту генерируемых колебаний можно изменить в пределах от 35 до 3500 Гц.
Основу генератора составляет компаратор на элементах D1.1 и D1.2. С выхода компаратора сигнал поступает на интегратор (С3, R6, D1.3).
Элемент D1.4 используют как нелинейный усилитель. Регулируя уровень входного напряжения резистором R7 на входе элемента D1.4, добиваются получения на его выходе синусоидальных колебаний.
Потенциометр R1 служит для получения симметричных колебаний, частоту импульсов меняют резистором R6.

Источник

ГЕНЕРАТОРЫ НИЗКИХ ЧАСТОТ НА МИКРОСХЕМАХ

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

Микросхема 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, генераторы электрических колебаний, схемы которых приведены на рис. 35.2—35.4 [35.1]. Генератор (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 [35.1].

На первом из ОУ построен интегратор, на втором — триггер 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. Схема 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 генератор (рис. 35.3) вырабатывает импульсы прямоугольной формы, причем их частота зависит от величины управляющего

Рис. 35.3. Схема 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 [35.1].

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

5 В частота генерации линейно возрастает от 0 до 3700 Гц [35.1].

Рис. 35.4. Схема 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 генераторы импульсов (звуковые генераторы), а также преобразователи напряжения, рис. 35.5 [35.2].

Схема 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.

Схема 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.

Преобразователи 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. Схемы 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 диоды Шоттки. Ток нагрузки бестрансформаторных преобразователей может достигать 100—150 мА.

Генератор прямоугольных импульсов (рис. 35.6) работает в диапазонах частот 60—600 Гц\ 0,06—6 кГц; 0,6—60 кГц [35.3]. 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).

Генератор импульсов с плавной перестройкой частоты (рис. 35.8) может быть выполнен на основе микросхемы DA1 [35.4]. 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. Схема широкодиапазонного перестраиваемого генератора на основе компаратора

. Рис. 35.7. Схема генератора прямоугольных импульсов на частоту 200 Гц

Рис. 35.6. Схема НЧ-генератора прямоугольных импульсов

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

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

Генератор стабильных по частоте колебаний или так называемый «часовой» генератор 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 конденсатор небольшой емкости.

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

Рис. 35.9. Схема генератора импульсов на компараторе LM 7 93

Рис. 35.10. Схема «часового» генератора импульсов

металлоискатели, обнаружители электропроводки, генераторы импульсов и т. д.

На рис. 35.11 приведена схема простого LR-геиератора прямоугольных импульсов, работающего в диапазоне частот 100 Гц — 10 кГц [35.6]. В качестве индуктивности и для звукового

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

Генератор 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.

Диапазон генерируемых частот может быть расширен до 7—1,3 МГц (для микросхемы К140УД1А) 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.

Простые генераторы звуковых сигналов (рис. 35.12) могут быть выполнены на микросхемах К538УНЗ [35.7]. 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 конденсатор. Напряжение питания генераторов 6—9 В.

Рис. 35.72. Генераторы звуковых частот на микросхеме

Для экспресс-проверки ОУ может быть использована схема генератора звуковых сигналов, представленная на рис. 35.13 [35.8]. Тестируемую микросхему DA1 типа К140УД6, К140УД7, К140УД608_у К140УД708 или иных, имеющих аналогичную цоколевку, вставляют в панельку, после чего включают питание. В случае, если микросхема исправна, пьезокерамический капсюль НА1 излучает звуковой сигнал.

Рис. 35.13. Схема звукового генератора — испытателя ОУ

Рис. 35.14. Схема генератора прямоугольных импульсов на ОУКР1438УН2

Рис. 35.15. Схема генератора синусоидальных сигналов на ОУКР1438УН2

Генератор сигналов прямоугольной формы на частоту 1 кГц, выполненный на микросхеме КР1438УН2, показан на рис. 35.14 [35.9]. Генератор стабилизированных по амплитуде синусоидальных сигналов на частоту 1 кГц приведен на рис. 35.15 [35.9].

Схема генератора [35.10], вырабатывающего сигналы синусоидальной формы, представлена на рис. 35.16. Этот генератор 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. Схема генератора синусоидальных колебаний на частоту 400 Гц

Рис. 35.76. Схема генератора синусоидального напряжения

Схема генератора синусоидальных колебаний, работающего на фиксированной частоте, показана на рис. 35.17 [35.11].

Рабочая частота генератора определяется номиналами элементов СЗ—С5 и R4—R6. Для указанных на схеме номиналах генератор работает на частоте 400 Гц. Выходной сигнал на выводе 6 микросхемы DA1 достигает 0,5 В. Резистивным делителем R7 и R8 уровень выходного напряжения устройства регулируется в пределах от 0 до 25 мВ.

Рис. 35.18. Схема НЧ-генератора синусоидальных сигналов

Генератор синусоидальных сигналов (рис. 35.18), работающий на фиксированной частоте 1,1 кГц, выполнен на микросхеме К140УД2. Хотя

в этом качестве можно использовать практически любую микросхему аналогичного назначения [35.12]. Для перестройки частоты генерации последовательно с резисторами R4 и R5 следует включить сдвоенный потенциометр. Ступенчато частоту генерации можно изменять, переключая емкости конденсаторов С2 и СЗ.

Рабочая частота генератора определяется по формулегде

/— в Гц\ R — в Ом; С — в Ф. Конденсаторы СЗ—СЮ — керамические.

Рис. 35.19. Схема многодиапазонного генератора синусоидальных сигналов

Четырехдиапазонный генератор синусоидальных колебаний на основе моста Вина выполнен на операционном усилителе СА3240 фирмы Harris Semiconductor, рис. 35.19 [35.13]. Эта микросхема отличается исключительно высоким входным сопротивлением (1,5 ТОм) и способна работать до частоты 4,5 МГц. Микросхема предназначена для замены распространенной микросхемы 741 (отечественный аналог К140УД6, К140УД7).

Генератор синусоидальных сигналов с плавной перестройкой рабочей частоты может быть выполнен по схеме, представленной на рис. 35.20 [35.14]. Выходное напряжение генератора в диапазоне частот 50 Гц —100 кГц составляет 2,5 В. При напряжении питания 12 В устройство потребляет ток до 20 мА. Коэффициент гармоник не превышает 0,02 %.

В мостовом генераторе (рис. 35.21) при выполнении условия R1=R2=R и С1=С2=С при R3=R4=R5 частота выходного сигнала синусоидальной формы

определяется из выражения f = г Д е / в кГц, R — в кОм, С ■

Рис. 35.20. Схема перестраиваемого генератора низкочастотных синусоидальных колебаний

Рис. 35.21. Схема мостового генератора синусоидальных сигналов

При R=1 кОм и С=0,1 мкФ частота генерируемого сигнала равна 1 кГц. Амплитуду выходного сигнала регулируют подбором номинала резистора R3 [35.15].

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

Источник