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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Universeller Funktionsgenerator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Die Einführung eines relativ einfachen Funktionsgenerators auf der Mikroschaltung MAX038 mit den Funktionen Frequenzwobbelung und Markierungsgenerator ermöglicht die Durchführung vielfältiger Messungen, Anpassungen und Leistungsüberwachungen verschiedener elektronischer Geräte in einem weiten Frequenzbereich. Die interessanten Anwendungsmöglichkeiten dieses Generators können durch die Einführung ähnlicher Knoten in andere Funktionsgeneratoren erreicht werden, deren Beschreibungen in den letzten zwei oder drei Jahren in unserer Zeitschrift veröffentlicht wurden. Bei der Durchführung einer Reihe von Messungen ist ein Funktionsgenerator neben einem Multimeter und einem Oszilloskop ein unverzichtbares Gerät, das möglicherweise zum wichtigsten notwendigen Komplex des Heimlabors eines Funkamateurs gehört. Auch für die Untersuchung beispielsweise der Amplituden-Frequenz-Kennlinien ist der Schwingfrequenzgenerator unverzichtbar. Es ermöglicht Ihnen, die Änderung der Eigenschaften in Abhängigkeit von der Variation der Parameter der untersuchten Schaltkreise zu beobachten, während in einigen Fällen die Abstimmzeit der Resonanzkreise zehn- oder sogar hundertmal kürzer sein kann als bei der klassischen Untersuchungsmethode Frequenzgang nach Punkten. Normalerweise gibt es bei einfachen Funktionsgeneratoren mit kleinem Frequenzbereich keine Anpassungen für das Tastverhältnis von Rechteckimpulsen sowie für die Vorwärts- und Rückwärtsschritte der Sägezahnspannung, es gibt keine Möglichkeit, eine Frequenz oder Impulsbreite zu erhalten moduliertes Signal. Wobbelfrequenzgeneratoren haben normalerweise viele Resonanzkreise, sind schwer abzustimmen und ihre Herstellung übersteigt oft die Fähigkeiten von Funkamateuren mittlerer Qualifikation. In einfachen GKCh [2] gibt es normalerweise keine Signale von Frequenzmarkierungen, und daher machen solche Geräte ohne einen Frequenzmesser nur sehr wenig Sinn. Der den Funkamateuren angebotene Generator weist keine der aufgeführten Mängel auf. Der größte Teil des Geräts ist auf digitalen Mikroschaltungen aufgebaut, was die Installation so einfach wie möglich macht. Sogar ein Funkamateur mit wenig Erfahrung kann es schaffen. Die Beschreibung enthält Empfehlungen zur Änderung einiger Eigenschaften „nach Ihrem Geschmack“. Technische Hauptmerkmale des Generators Der Betriebsfrequenzbereich ist in neun Teilbereiche unterteilt: 1) 0,095Hz...1,1Hz; 2) 0,95 Hz ... 11 Hz; 4) 95Hz...1100Hz; 5) 0,95 kHz...11 kHz; 6) 9,5 kHz...110 kHz; 7) 95 kHz...1100 kHz; 8) 0,95 MHz ... 1 MHz; 9) 9MHz...42MHz*. Form des Ausgangssignals – rechteckig, sinusförmig, dreieckig, sägezahnförmig. Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannungshub (bei Lastwiderstand RH = 50 Ohm) – 1 V. Das Tastverhältnis von Rechteckimpulsen beträgt 0,053 ... 19. Die Einstellung von Frequenz und Tastverhältnis des Ausgangssignals erfolgt unabhängig voneinander. Etikettensignale können in Intervallen von 10 und 1 MHz, 100, 10 und 1 kHz und 100 Hz eingestellt werden. Die maximale Modulationsfrequenz an den PWM- und FM-Eingängen beträgt 2 MHz, die Frequenzabweichung Fo (FM) durch ein externes Modulationssignal beträgt bis zu ±50 %. Die Basis des Generators (sein Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt) ist der MAXIM-Chip MAX038, dessen detaillierte Beschreibung in [1] gegeben ist.
„Abweichung“ steht laut Schema an der untersten Stelle. Die Form des Generatorausgangssignals wird durch die Logikpegel an den Eingängen AO, A1 bestimmt und hängt von der Stellung des Schalters SA6 ab. Es wurde der Einfluss der Instabilität der Steuersignale für die Eingänge AO und A1 auf die Gesamtinstabilität der Erzeugungsfrequenz festgestellt. Um diesen Effekt zu minimieren, sind die Kondensatoren C12, C13 so konzipiert, dass sie den Grad der Interferenzen und Welligkeit der Stromversorgung reduzieren. Die Frequenz des erzeugten Signals hängt von der am Ausgang COSC angeschlossenen Kapazität CF (Kondensatoren C1 – C8), der Spannung am Eingang SADJ und dem in den Eingang IIN fließenden Strom ab. Die Auswahl des Teilbereichs erfolgt über den Schalter SA1. Am IIN-Eingang erfolgt eine stufenlose Frequenzanpassung innerhalb des Subbands. Der Wert des in den Eingang eintretenden Stroms wird durch den Widerstandswert der Widerstände R12, R13, die Verstärkung des Operationsverstärkers DA1.1 und die Position des Schiebereglers des variablen Widerstands R 20 bestimmt. Für die Unterbereiche 2 - 8 beträgt er 21 .. . 240 μA. Beim Umschalten in den 9. Teilbereich erhöht sich die Verstärkungsskala DA1.1 aufgrund einer Verringerung des OOS (Einführung von R19) und der Strom IIN steigt auf 160 ... 750 μA. Dies ist aufgrund der Begrenzung des minimal zulässigen Kapazitätswerts CF auf 20 pF erforderlich. Beim Umschalten in den ersten Teilbereich wird R17 eingeführt, wodurch der Spannungsabfall an R20, R21 um das Zehnfache reduziert und IIN auf 2,1 ... 24 μA reduziert wird. Somit beträgt der Überlappungsfaktor für die Unterbereiche 1 bis 8 11, und beim Umschalten von einem Unterbereich zum anderen ändert sich die Ausgangsfrequenz zehnmal, was die Verwendung einer abgestuften Skala für sanfte Frequenzänderungen ermöglicht. Für den neunten Bereich ist eine eigene Skala erforderlich, diese ist gestreckter, der Überlappungskoeffizient beträgt etwa 10. Für jede spezifische Instanz von DA4,7 ist es besser, die Breite des neunten Bereichs experimentell entsprechend dem Wert der Grenzfrequenz der Mikroschaltungsgeneration auszuwählen. Um Frequenzbereiche zu erweitern, einzugrenzen oder zu verschieben, können Sie in jedem Fall die Formeln verwenden: Fmin-UminR9/[CFR' (R12+R13)]; Fmax UmaxR9/[CFR' (R12+R13)], wobei Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 – für Teilbereiche 1 – 8, R'= R19 – für Teilbereich 9; CF= C1 ...C8 (für den entsprechenden Teilbereich). Die in den Formeln dargestellten Parameter werden jeweils gemessen: F – in Kilohertz, U – in Volt, R – in Ohm, C – in Picofarad. Es ist zu beachten, dass für den ersten Teilbereich aufgrund der Einführung des Widerstands R17 die in die Formeln zur Berechnung der Frequenz eingesetzten Werte von Umin und Umax im Vergleich zu den erhaltenen Werten um das Zehnfache reduziert werden müssen. Die Kondensatoren C10, C11 sollen die Stabilität der konstanten Steuerspannung verbessern, die dem Eingang 5 0U DA1.1 zugeführt wird. Die relative Frequenzverstimmung (±50 % von F0) erfolgt durch den Widerstand R4 (SA3 in Stellung „F0“). Um frequenzmodulierte Schwingungen zu erhalten, wird ein externes Modulationssignal an den FM-Eingang angelegt und SA3 gemäß dem Schema in die obere Position (FM-Position) verschoben. Für die Pulsweitenmodulation wird ein entsprechender PWM-Eingang verwendet; Der Arbeitszyklus wird durch den Widerstand R2 eingestellt. Der Begriff „Tastverhältnis“ wird hier etwas bedingt verwendet, genauer gesagt handelt es sich um eine Änderung des Verhältnisses der positiven Halbwelle zur Periodendauer in Prozent: Bei Rechteckschwingungen ist dies eigentlich das Tastverhältnis, Bei dreieckigen Schwingungen ist dies jedoch das Verhältnis der Vorwärts- und Rückwärtshubzeiten (das Signal ändert sich von der „geraden“ Säge zu „rückwärts“), bei einem sinusförmigen Signal eine Änderung (Verzerrung) der Wellenform. Letzteres kann nützlich sein, um die harmonische Verzerrung des Generators zu minimieren, indem die Form der Sinuskurve angepasst wird. Die Amplitude der modulierenden Signale für die FM- und PWM-Eingänge darf nicht mehr als ±2,3 V betragen. Die Schalter SA4, SA5 dienen dazu, das Tastverhältnis und die Frequenzsteuerung an den DADJ- und FADJ-Eingängen des DA2-Chips zu deaktivieren, während das Tastverhältnis auf 2 (50 %) eingestellt ist und die Frequenz genau der durch Widerstand R20 eingestellten Frequenz entspricht. Das Ausgangssignal kommt vom Ausgang OUT DA2 über den Widerstand R44 zur Buchse „Generator 1 Ausgang“. Die Eingänge COSC, DADJ, FADJ der Mikroschaltung reagieren sehr empfindlich auf äußere Störungen, es empfiehlt sich, sie mit einem abgeschirmten Kabel an die Schalter anzuschließen oder die Generatoreinheit in einem abgeschirmten Fach zu platzieren. Um den Ausgangssignalpegel zu steuern, ist es praktisch, ein externes Dämpfungsglied zu verwenden, das zwischen den Generatorausgang und den Eingang des untersuchten Geräts geschaltet wird. Empfehlenswert ist der in [2] angegebene Abschwächer, der einen Dämpfungsbereich von 0 bis 64 dB in 1-dB-Schritten bietet und hinsichtlich Ein- und Ausgangsimpedanz gut aufeinander abgestimmt ist. Im Sweep-Modus wird der Eingang „√“ des Generators mit dem entsprechenden Ausgang des Oszilloskops verbunden. Die Frequenzsteuerung des GKCh synchron mit dem Sweep des Oszilloskops erfolgt am Eingang NN der DA2-Mikroschaltung. Das Signal vom Eingang gelangt zum Kondensator C9, wo die konstante Komponente abgeschnitten wird. Weiter geht es vom Motor des variablen Widerstands R6, der die Amplitude des Steuersignals und dementsprechend die Breite der Schwingungsbandbreite des Generators regelt, zum invertierenden Verstärker-Addierer DA1.1. Summiert mit einem konstanten Anteil, der die Mittenfrequenz des Schwungs bestimmt und durch den Widerstand R20 geregelt wird, wird das Signal dem UN DA2-Eingang zugeführt. Die Zenerdiode VD1 begrenzt den maximal zulässigen Strom für den Eingang IIN auf 750 uA. Der Frequenzetikettengenerator besteht aus einem Master-Oszillator für DD1.1 – DD1.3, Teilern für DD3 und DD4, einem DD5.1-Trigger und einem Komparator für DA1.4. Der Quarz-Masteroszillator erzeugt ein Signal mit einer Frequenz von 10 MHz, das dem Eingang des Teilers DD3 (Teilungsverhältnis 10) zugeführt wird. Außerdem wird vom Ausgang von DD3 ein Signal von 1 MHz dem Eingang eines Teilers mit variablem Teilungsverhältnis DD4 zugeführt. Je nach Stellung des SA7.1-Schalters liegt am Eingang C des DD5.1-Triggers ein Signal mit einer Frequenz von 10 MHz, 1 MHz oder ein Signal an, dessen Frequenz durch den Teilungsfaktor bestimmt wird DD4. Die Eingänge des JK-Flipflops empfangen ein Signal vom SYNC DA2-Ausgang, dessen Frequenz gleich der Frequenz des Generatorausgangssignals ist und dessen Phase um 90 Grad verschoben ist. An den Triggerausgang der Elemente R40, C22-C27 ist ein Tiefpassfilter angeschlossen (die Grenzfrequenz wird durch die Position von SA8 bestimmt). Somit erhalten wir am Eingang des Komparators DA1.4 niederfrequente Schwebungen der Ausgangsfrequenz des Generators und Frequenzen, die ein Vielfaches der Frequenz am Takteingang von DD5.1 sind. Die Schwebungsamplitude ist umso höher, je näher die oben genannten Komponenten entlang der Frequenzachse liegen. Daher werden bei einer sanften Änderung der Ausgangsfrequenz des Generatorsignals Bursts des Schwebungssignals am Eingang von DA1.4 vorhanden sein, was darauf hinweist, dass die Frequenz des Ausgangssignals des Generators ein Vielfaches der Frequenz des ist Markierungssignal. Die Burst-Breite (in der Zeit) hängt von der Bandbreite des Tiefpassfilters ab und wird durch die Position von SA8 bestimmt. Dies geschieht, um klare Markierungen bei verschiedenen Spannen und in verschiedenen Bereichen des Generators zu erhalten. Der Widerstand R36 bestimmt den Schwellenwert des Komparators und schneidet Schwebungsrauschen unterhalb einer bestimmten Amplitude ab. Die Amplitude der Markierungen wird über den Widerstand R46 geregelt und zum Hauptsignal an R45 addiert. Der Teilungsfaktor DD4 wird mit dem SA7.2-Schalter ausgewählt und ermöglicht es Ihnen, am Ausgang des Teilers ein Signal mit Frequenzen von 100, 10, 1 kHz, 100 Hz zu erhalten. Wenn sich SA7 in den beiden extremen (laut Schema oberen) Positionen befindet, führt DD4 eine einzelne Zählung durch und stoppt – an seinem Ausgang Q liegt kein Signal an. Um die Fähigkeiten des Generators zu erweitern, können Sie das Frequenzraster des Tag-Signals mit dem erforderlichen Frequenzsatz, beispielsweise 465 kHz, ergänzen, um die ZF von Funkempfängern abzustimmen. In diesem Fall wird der Teilungsfaktor nach folgender Formel gewählt: N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX, wobei N der Teilungsfaktor ist; M - Modul, bestimmt durch den Code für Ka, Kb, Ks; P1 - Tausendermultiplikator, bestimmt durch den Code auf J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 - Multiplikatoren für Hunderter, Zehner, Einer, sie werden durch den Code auf J13-J16, J9-J12, J5-J8 bestimmt; P5 - der Rest, der durch den Code J1-J4 bestimmt wird. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des K564IE15-Chips finden Sie in [3]. Der Generator verfügt über einen separaten „Mark“-Ausgang, der bei einer Reihe von Messungen nützlich sein kann, bei denen eine beispielhafte Quarzfrequenz erforderlich ist. Der Hilfstonfrequenzgenerator des DA1.2 ist nach einem typischen Schema aufgebaut; er kann zur Modulation des Hauptgenerators in Frequenz- oder Pulsweitenmodulation oder als separater Generator verwendet werden. Der Detektor (Abb. 2) ist nach dem Spannungsverdopplungsschema aufgebaut und ermöglicht den Betrieb im Bereich von 10 kHz ... 50 MHz bei Verwendung einer Oszilloskop-Sweep-Frequenz von nicht mehr als 100 Hz.
Um niederfrequente Schaltkreise zu untersuchen, muss die Wobbelfrequenz sehr niedrig sein, die Verwendung eines herkömmlichen Oszilloskops ermöglicht es Ihnen nicht, den Frequenzgang zu sehen. Mit einem Speicheroszilloskop ist es möglich, den Frequenzverlauf ab einer Frequenz von 0,1 Hz zu beobachten. In diesem Fall ist es notwendig, eine andere Eingangssynchronisationsschaltung anzuwenden, beispielsweise wie in Abb. 3.
Zu diesem Zweck ist es außerdem besser, einen separaten Detektorkopf herzustellen, indem die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 erhöht werden (siehe Abb. 2). Durch Erhöhen ihrer Kapazität wird der Frequenzbereich von unten erweitert und gleichzeitig die zulässige Wobbelfrequenz des Oszilloskops verringert. Um Etiketten bei niedrigen Frequenzen zu erhalten, müssen Sie den entsprechenden Teilungsfaktor DD4 auswählen und einen High-Q-Filter anstelle eines Filters auf R40, C22-C27 verwenden; Allerdings gibt es eine Einschränkung: Es ist schwierig, Schwebungen bei niedrigen Frequenzen zu isolieren. Das Netzteil (Abb. 4) ist nach dem üblichen Schema aufgebaut und erzeugt Versorgungsspannungen von ±5 V und +12 V. Die Stromaufnahme auf den entsprechenden Bussen überschreitet nicht die angegebenen Grenzen: +5 V - 300 mA; -5V-100mA;+12V-50mA; -12V-50mA.
Das Gerät verwendet MLT 0,125-Widerstände, es dürfen SP, SP0, SP4 als Variablen verwendet werden. Frequenzeinstellkondensatoren müssen einen kleinen TKE haben – anwendbar sind die Serien KLS, KM-5 (C5-C8), K73-9, K73-16, K73-17 (C2-C4). Polarkondensator C1 - K52-1 mit geringem Leckstrom; der Rest der Kondensatoren - beliebig. Schalter SA1, SA6-SA8 - PG. Die Chips DD1 - DD3, DD5 sind mit ähnlichen Serien K155, K555, K533 austauschbar, Sie müssen lediglich die entsprechende Änderung des Stromverbrauchs berücksichtigen. Die Chipserie 564 oder K564 (DD4) wird K561IE15 vollständig ersetzen. Die Leiterplatte für den Generator wurde nicht entwickelt. Beim Platzieren von Elementen und Anschlüssen auf der Platine ist es notwendig, alle mit den Eingängen (Pins 3-10) von DA2 verbundenen Schaltkreise so weit wie möglich von den übrigen Schaltkreisen zu trennen. Die Generatoreinstellung beginnt mit der Auswahl der Kondensatoren C1-C6, sodass sich die Frequenz beim Umschalten der Bereiche genau zehnmal ändert. Es ist besser, die Kondensatoren C7, C8 nach der Endmontage der Struktur auszuwählen, da die Gesamtkapazität CF für die Teilbereiche 8,9 von der Kapazität des Verbindungskabels, der Montage und anderen parasitären Kapazitäten beeinflusst wird. Danach werden zwei Skalen für den Widerstand R20 abgestuft (für die Teilbereiche 1-8 und 9). Als nächstes wird die Form des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Position von SA6 und den Grenzen der Tastverhältnissteuerung und Verstimmung überprüft. Der Einstellbereich kann durch Neuberechnung des Teilers R1-R4 geändert werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Spannungen an den Eingängen FADJ und DADJ innerhalb von ± 2,3 V liegen müssen. Anschließend wird ein Signal vom Oszilloskop an den Eingang „√“ angelegt , der Y-Eingang des Oszilloskops wird mit dem Ausgang 7 DA1.1 verbunden, der Schieberegler des Widerstands R20 wird auf die Mitte eines der Unterbereiche eingestellt, R6 wird gemäß dem Schema und durch Auswahl in die obere Position gebracht R5 sorgen sie dafür, dass das Signal an Pin 7 DA1.1 im Bereich von 0,2 ... 7,5 V liegt. Dies entspricht dem maximalen Hubband. Innerhalb des Bandes kann sich die Frequenz um den Faktor 300 ändern; um diesen Wert zu reduzieren, wird der Widerstand R5 auf den erforderlichen Wert erhöht. Die Einstellung des Frequenzmarkengenerators beginnt mit der Einstellung der Frequenz des Masteroszillators. Der Frequenzmesser wird an Pin 6 von DD1.3 angeschlossen und durch Anpassen des Kondensators C18 wird die Frequenz auf 10 MHz eingestellt. Überprüfen Sie anschließend die Übereinstimmung der Frequenzen am Ausgang der Frequenzen der Tags mit den Positionen des Schalters SA7. Danach wird das Vorhandensein eines Schwebungssignals an Pin 13 von DA1.4 überprüft und die Komparatorschwelle mit dem Widerstand R36 eingestellt, bis am Ausgang von DA1.4 deutliche schmale Markierungen erhalten werden. Damit kann die Generatoreinrichtung als abgeschlossen betrachtet werden. Der Hilfstonfrequenzgenerator auf DA1.2 (siehe Abb. 1) wird durch Abstimmung von R23 abgestimmt, bis eine stabile Erzeugung eines sinusförmigen Signals erreicht wird. Das Einrichten der Stromversorgung besteht darin, die entsprechenden Ausgangsspannungen mithilfe der Widerstände R1, R4, R6 einzustellen. Zur Untersuchung des Frequenzgangs wird die Anlage nach dem Schema in Abb. 5.
Der Schalter SA6 wird in die Position zur Erzeugung eines Sinussignals gebracht. Die vorgeschlagene Lage des Frequenzgangs wird durch den Schalter SA1 und den Widerstand R20 eingestellt, das erforderliche Hubband (Überprüfung) wird durch den Widerstand R6 eingestellt. Mit dem SA7-Schalter werden die notwendigen Frequenzmarken ausgewählt. Der SA8-Schalter wird verwendet, um klare, stabile Markierungen auf dem Oszilloskopbildschirm zu erzielen. Durch Ändern der Parameter des untersuchten Geräts wird die Änderung der charakteristischen Punkte des Frequenzgangs überwacht: in der Frequenz – relativ zu den Markierungen, in der Amplitude – relativ zu den Positionen des Dämpfungsglieds. *Die obere Frequenz des neunten Teilbands wird durch eine bestimmte Instanz des MAX038-Chips bestimmt: Ihr typischer Wert liegt bei etwa 40 MHz, der Mindestwert liegt bei 20 MHz. Literatur
Autor: A.Matykin, Moskau
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