Низкочастотные генераторы сигналов: принцип действия прибора

Встроенные редакторы

Все низко- и высокочастотные генераторы сигналов очень просты в настройке. У них имеется несколько четырехпозиционных регуляторов, позволяющих корректировать значение максимальной частоты. Время перехода на установившийся режим в большей части моделей составляет не больше 3 мс. Такое малое время можно достичь благодаря использованию микроконтроллеров.

Микроконтроллеры монтируются на основной плате, в некоторых конструкциях они съемные – буквально одним движением можно установить новый элемент. В конструкциях со встроенным редактором не устанавливаются ограничители. После селекторов по схеме расположены преобразователи. Иногда в схемах можно встретить синтезаторы. Максимальная частота генерируемого сигнала может составлять 2000 кГц, суммарная погрешность не более 2 %.

Преимущества ГНЧ

Такой прибор имеет ряд преимуществ:

• Позволяют испытать, настроить и отремонтировать любую звуковую аппаратуру.
• В устройстве используются задающие генераторы RC-типа, имеющие простую конструкцию, стабильность колебаний на частоте, форме и величине выходного напряжения, что гарантирует легкость и надежность в использовании.
• Работа RC генератора основана на использовании частотно избирательных свойств RC цепей, включённых в цепь положительной обратной связи усилителя, что гарантирует максимальную точность в конечных показателях.
• Доступность и простота в использовании. Конструкция аппарата очень простая и не требует специализированной подготовки для ее использования. К тому же сам прибор не несет какой-либо опасности поэтому имеет широкое распространение среди гражданских масс.
• Широкий спектр применения. Прибор может быть использован не только в научных целях, но и в элементарных бытовых.
• Устройство работает с частотой звуков, недоступной человеческому слуху и большинству приборов, выводя показатели в цифровых значениях, т.е. информация становится простой и понятной в независимости от того, может ли человек самостоятельно проверить ее с помощью органов чувств.
• Обычно выходной усилитель генератора низких частот — двухтактный усилитель мощности, что дает возможность получения от устройства максимальной мощности при минимальных нелинейных искажениях.

Можно увидеть, что подобная техника имеет достаточно обширный ряд преимуществ, на которые стоит обратить внимание

Как выглядят низкочастотные генераторы сигналов?

Стандартные низкочастотные генераторы сигналов синусоидальной формы представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки. В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами. На экране указывается вся информация, необходимая при работе.

Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель. Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию. Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.

Самодельные приборы

Можно сделать низкочастотные генераторы сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов. В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148. Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.

В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты. Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой. Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.

Генераторы синусоидального сигнала

Синус – это наиболее распространенная форма низкочастотного сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы. Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы. От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.

Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д. Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.

Низкочастотные генераторы сигналов

Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры

Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала. Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202

Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.

Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудио аппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет). Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.

Проверка работы

В первом случае после конструирования должен получиться стандартный мотор-редуктор Ардуино синусоидальных и прямоугольных волновых сигналов, диапазон которых регулируется от до 40 МГц.

Проверить управление легче легкого – есть 2 кнопки – вверх и вниз, для настройки грубого характера, а другие – влево и вправо – настраивают аппарат на точную проверку. Настроить шаг можно в зависимости от установленной частоты на аппарате.

Во втором случае итоговое решение будет выглядеть так:

Кроме того, перед переносом программы, указанной в разделе «Программное обеспечение», нужно проверить правильность кода с помощью компилирования.

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.

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).

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.

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Дополнительная информация.

Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно!

Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация.

Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

ГЕНЕРАТОР НЧ ДЛЯ РЕМОНТА АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рейтинг:   / 5

Подробности

Категория: Генераторы НЧ

Опубликовано: 23.04.2017 21:05

Просмотров: 3689

Греков П.А. Низкочастотный генератор является одним из необходимых приборов в радиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов (измерительных мостов, модуляторов и др.). Очень часто генератор НЧ используют при ремонте аудиотехники, но с его помощью сложно тестировать и ремонтировать пассивные акустические системы, так как для работы с генератором в паре требуется достаточно мощный УНЧ, сигнал с выхода которого подается на тестируемую акустическую систему.

Радио-начинающим, Измерения

	Этот прибор может быть использован для налаживания усилителей низкой частоты приемников, телевизоров, магнитофонов, для настройки аппаратуры радиоуправления моделями. Весь диапазон частот, генерируемых прибором, разбит на четыре поддиапазона: 10—100 гц 100 — 1000 гц, 1000 гц—10 кгц и 10— 100 кгц. Рис. 25. Схема генератора звуковой частоты. Прибор работает на четырех транзисторах и питается от трех батарей КБС-Л-0,50, соединенных последовательно. Ток, потребляемый прибором от источника питания, 10 ма при выходном напряжении 8 в. Выходное сопротивление прибора 1 ком.Схема прибора показана на рис. 25. Генератор собран по cxetae Т-образного моста на транзисторах Т1 и Т2. Положительная обратная связь между коллектором транзистора Т1 и базой транзистора Т2 осуществляется через диод Д1, на электродах которого поддерживается фиксированное напряжение 0,6 в, благодаря чему характеристика тока транзистора Т1 получается более линейной.Обратная связь между коллектором транзистора Т2 и эмиттером транзистора Т1 осуществляется через резистор R7. Напряжение на диоде Д2 определяет рабочую точку обоих транзисторов.Частота генератора грубо изменяется включением в Т-образный мост конденсаторов C1—С4 и С5—C8 переключателями П1, и П1б. Плавно частоту регулируют резистором R13.Для уменьшения влияния на генератор подключаемых к нему налаживаемых приборов на транзисторе Т3, включенном по схеме эмиттерного повторителя, собран выходной каскад.Детали. Для генератора используют широко распространенные детали. Переключатель П4 — одноплатный, на 4 положения. Резистор R4 типа СПО-0,5, R3 — СПО-2. Конденсаторы С1—С8 типа МБ или БГМ. Диоды Д1—Д3 типов Д9, Д2, Д101. Микроамперметр на ток 500 мка с внутренним сопротивлением 1 500 ом. Рис. 26. Внешний вид генератора. Детали генератора монтируют на плате из текстолита (рис. 26) и лицевой панели прибора. Корпус и панель изготовлены из листового дюралюминия толщиной 1,5—2 мм. Внешние размеры корпуса составляют 210X100x55 мм.Внешний вид прибора показан на рис. 27.Настройку генератора начинают с подбора диодов Д1 и Д2, прямое падение напряжений на которых должно быть 0,5—0,6 в. При таких напряжениях на диодах ток, потребляемый прибором от батареи при максимальном выходном напряжении, должен быть 8—12 ма. Если ток меньше, значит прибор не генерирует. Генерации добиваются переменным резистором R4. Рис. 27. Расположение деталей в корпусе генератора. Чтобы каждый поддиапазон перекрывал указанные частоты, нужно конденсаторы, входящие в мост, подобрать такой емкости, чтобы переводя генератор переключателем П1 с одного поддиапазона на соседний, частота изменялась точно в 10 раз.Сначала переключатель П1 надо установить в положение 1, когда в мост будут включены конденсаторы С4 и С8. Генератор при этом должен перекрывать диапазон частот от 10 до 100 гц. Подогнать такой участок частот можно изменением емкостей конденсаторов C1 и C8. Затем переключатель устанавливают в положение 2 (подключают конденсаторы С7 и С2). Теперь частота генератора должна изменяться резистором R13 от 100 до 1 000 гц. Если она не соответствует этому диапазону, нужно изменить емкости конденсаторов С2 и С7.Так же настраивают остальные поддиапазоны генератора, умножая частоты соответственно на 100 и 1 000.Для градуировки прибора нужен контрольный генератор звуковой частоты, по которому и настраивают самодельный прибор. К обоим генераторам подключают головные телефоны. При равенстве частот генераторов в телефонах слышен звук одного тока (нулевые биения между частотой эталонного и самодельного генераторов).Шкалу прибора вычерчивают на плотной белой бумаге и покрывают прозрачным лаком. Здесь Ваше мнение имеет значение  —  поставьте вашу оценку (оценили — 29 раз)   68   В.В. Вознюк. В помощь школьному радиокружку Ключевые теги: Измерения, Вознюк
	Смотри также:
	Приборы для проверки межвиткового замыкания Частотомер с линейной шкалой Измеритель емкости конденсаторов с линейной шкалой Генераторы промежуточной и высокой частоты Измерительные приборы. Генераторы низкой частоты Аппаратура радиоуправления моделями Генератор сигналов для настройки усилителей Простейший звуковой генератор на неоновой лампе Гетеродинный измеритель резонанса Мост для измерения сопротивлений и емкостей конденсаторов Гетеродинный измеритель резонанса Осциллограф на двух радиолампах Самодельные измерительные приборы. Авометр Измеритель емкости оксидных конденсаторов Схемы и описания измерительных генераторов

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью

Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников

Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

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.

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.

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.

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*.