Site Loader
Posted on 25.03.2023

Генератор синусоидального сигнала на логических микросхемах

категория

материалы в категории

Радиоконструктор 2007 №11

Обычно, генераторы низкочастотных синусоидальных сигналов строят на операционных усилителях. Но логические элементы тоже могут работать в аналоговом режиме -в качестве усилителей. В литературе эта тема затрагивалась неоднократно, но в основном это были схемы усилителей аналоговых сигналов (усилители НЧ на КМОП-микросхемах, приёмники прямого усиления и т.п.). Но любой усилитель, даже сделанный из логических элементов, можно превратить в генератор, — все дело в обратной связи…

На рисунке 1 приводится схема синусоидального генератора НЧ фиксированной частоты, реализованного на двух логических инверторах микросхемы К561ЛН2. Инверторы переведены в аналоговый режим с помощью ООС на резисторах R1 и R3. каждый из которых включен между входом и выходом инвертора. Полученные таким образом усилители включены последовательно (как два каскада) через резистор R4. Причем, коэффициент передачи первого каскада зависит от соотношения сопротивлений R1 и R2. Так как эти резисторы одинаковы, — коэффициент передачи первого каскада равен единице Коэффициент передачи второго каскада определяется соотношением сопротивлений R4 и R3, и его можно подстраивать резистором R4.

Резисторы R1-R2 вместе с ёмкостями С1 и С2 образуют мост Вина, настроенный на некоторую частоту которая определяется по известной формуле:

F=1/(RC), где R=R1=R2, С=С1=С2.

Чтобы получить неограниченную и неискаженную синусоиду нужно отрегулировать соответствующим образом коэффициент передачи усилителя под строенным резистором R4. В данной схеме, при питании от источника напряжением 9V наилучшая форма синусоиды получается при её действующем значении около 1V.

Этот генератор, хотя и выполнен на логических элементах, является чисто аналоговым, и его выходной продукт не содержит каких-то импульсных составляющих или ступенчатого напряжения, нуждающихся в фильтрации.

На рисунке 2 показана схема цифрового кварцевого синусоидального генератора, вырабатывающего синусоидальное напряжение частотой 976,5625 Гц (при частоте кварцевого резонатора 500 кГц). Здесь синусоидальное напряжение формируется из прямоугольных импульсов с помощью ЦАП на элементах микросхемы D2 и резисторах. Период состоит из 32-х ступенек. Окончательно выходной сигнал формируется операционным усилителем А1, и включённой на его выходе RC-цепочкой. которая сглаживает ступеньки, образующие синусоиду.

Частота выходной синусоиды будет в 512 раз ниже частоты кварцевого резонатора или входных импульсов, которые, при работе от внешнего источника импульсов, можно подавать на вывод 11 D1. При этом, детали R1, R2, Q1, С1, С2 исключаются

Схема привлекательна тем, что позволяет получить синусоидальный низкочастотный сигнал кварцевой стабильности частоты.

РадиоМатор 2002 №6

Еще одна простенькая схема синусоидального генератора с применением цифровой микросхемы. Несмотря на свой необычный внешний вид, схема вполне надёжна, автор пользуется ею уже около 2 лет.

Основным элементом генератора является микросхема К155ЛАЗ. Кольцевое соединение трёх инверторов DD1.1…DD1.3 представляет собой неустойчивую структуру, склонную к возбуждению на максимальной рабочей частоте. Резистор R1 задаёт рабочую точку микросхемы вблизи порога переключения. Благодаря наличию у ТТЛ-схем «мёртвой зоны» (диапазона напряжений между порогами логического «0» и логической «1») ИМС переходит в активный режим. Контур L1-C1 создаёт условия для возбуждения на собственной резонансной частоте. Добротность контура большого значения не имеет, схема уверенно запускается и с низкодобротными контурами.

Основным элементом генератора является микросхема К155ЛАЗ. Кольцевое соединение трёх инверторов DD1.1…DD1.3 представляет собой неустойчивую структуру, склонную к возбуждению на максимальной рабочей частоте. Резистор R1 задаёт рабочую точку микросхемы вблизи порога переключения. Благодаря наличию у ТТЛ-схем «мёртвой зоны» (диапазона напряжений между порогами логического «0» и логической «1») ИМС переходит в активный режим. Контур L1-C1 создаёт условия для возбуждения на собственной резонансной частоте. Добротность контура большого значения не имеет, схема уверенно запускается и с низкодобротными контурами.

Стабильность частоты зависит исключительно от стабильности контура и достаточно высока. Амплитуда выходного напряжения зависит от добротности контура и может достигать 2,5 В. При максимальной частоте (около 10…15 МГц) амплитуда импульсов раза в 2 меньше, и микросхема начинает греться.

Выходной сигнал можно снимать как с катушки L1, так и с конденсатора С1. Однако лучше снимать его с катушки, в этом случае ёмкость нагрузки (даже весьма значительная) оказывает минимальное влияние на рабочую частоту. Несмотря на это, нагрузку лучше подключать через буфер. Это может быть эмиттерный или истоковый повторитель, буфер на ОУ или катушка связи — все зависит от выходной частоты. Очевидно, что на частоте 1 кГц следует отдать предпочтение ОУ, а на 5 МГц — катушке связи.

Налаживание схемы сводится к подбору рабочей точки ИМС при помощи резистора R1. Для этого к выходу генератора подключают осциллограф и, вращая R1, добиваются появления устойчивой генерации с максимальной амплитудой. R1 лучше взять многооборотный, типа СПЗ-39.

Устройство работоспособно с любыми инверторами ТТЛ- и ТТЛШ-серий. От применения КМОП-микросхем лучше отказаться, т.к. добиться устойчивой генерации на них практически невозможно.

А.УВАРОВ, г.Белгород.

Схема генератора низких частот » Схемы электронных устройств

Схема генератора низких частот 
При ремонте и налаживании низкочастотной аппаратуры и логических схем желательно иметь под рукой генератор прямоугольных импульсов низкой частоты, частоту и амплитуду которых можно регулировать в широких пределах. На рисунке приводится схема такого генератора. Частоту вырабатываемых им импульсов можно плавно регулировать от 10 Гц до 10 кГц, а амплитуду от логического уровня до нескольких милливольт. Схема представляет собой обычный несимметричный RC-мультивибратор на логических элементах микросхемы К561ЛЕ5 (или К561ЛА7, значения не имеет).
Частота от 10Гц до 10 кГц регулируется переменным резистором R2 за один проход (один диапазон).

Это усложняет точность установки частоты, но данный прибор и не предназначен для генерации точной частоты. Его задача в проверке прохождения сигнала через каскады или элементы схемы.

С выхода мультивибратора импульсы поступают на буфер, собранный на двух инверторах D1.3 и D1.4, включенных параллельно. Выходные цепи переключаются миниатюрным галетным переключателем S1. В крайне верхнем (по схеме) положении на выход импульсы поступают непосредственно с выходов элементов D1.3 и D1.4.

Этот режим подходит для проверки логических схем, так как импульсы имеют логический уровень. При проверке логических схем желательно питать пробник от источника питания проверяемой схемы, при этом логический уровень выхода пробника будет соответствовать логическому уровню проверяемой схемы.

Для этого выключатель — переключатель питания S2 устанавливают в показанное на схеме положение, и подают внешнее питание (допустимые пределы от 5 до 15V). В среднем положении S2 питание выключено, а в нижнем — от девятивольтовой батареи.

В остальных положениях S1 пробник применяется для проверки низкочастотных трактов аналоговых схем. Уровень регулируется переменным резистором R3 «Амплитуда». В зависимости от положения S1 можно выбрать выходной уровень без деления (х1), а так же пониженный в 10 раз (х0,1) и в сто раз (х0,01), с разделительным конденсатором на выходе — х1(С), х0,1(С), х0,01(С), или без разделительного конденсатора (х1,х0,1,х0,01).

Ступенчатый делитель амплитуды выходного сигнала сделан на резисторах R4-R6, плавный — на резисторе R3. Практически, пользуясь этими органами управления, можно изменять размах от 8,5V до 5-10 mV.

Прибор собран в полукруглом школьном пенале. Органы управления установлены на его плоской стороне. Выходные контакты сделаны в виде щупа — иглы и провода с крокодилом для подключения к общему проводу исследуемой схемы. Для внешнего питания — гнезда, к которым можно подключить два провода со штекерами и крокодилами.

S1 — миниатюрный галетный переключатель на восемь положений (используется только семь). S2 — микротумблер — переключатель с нейтральным положением. Переменные резисторы группы «А» (линейная зависимость).

Если прибор собран без ошибок и из исправных деталей, — работает сразу после первого включения. При желании можно точно установить границы перестройки частоты подбором R1 и С1.



Проект выходного каскада мощного генератора сигналов

к Томас Бранд