Генератор плавного диапазона для коротковолнового трансивера
В.Солошенко (UB5YD) г.Черкассы Прислал Леонид Коновалов UN7FAM konovalov_1961 (at) mail.ru |
В связи с выпуском промышленностью кварцевых фильтров с частотой близкой к 9 мГц,возникают некоторые трудности при конструировании генератора плавного диапазона (ГПД).
Данная схема эксплуатируется на радиостанции UB5YD три года. Генератор работает на первой гармонике от 10 до 22 мГц и имеет хорошую стабильность (100Гц/час).
Контур L1 лучше использовать керамическим с возженой катушкой. Индуктивность 0,6 мкГн. Автор использовал контур от р/ст «Марс»(гетеродинный) 6,5 витков.
Катушки L2 и L3 по 16 витков намотаны на верхнюю и нижнюю части катушки в сердечнике СБ-12.
На частоту 5,2 мГц ее настраивают подбором конденсатора.
Микросхему К133ТМ2 можно заменить на К155ТМ2. Она делит частоту генератора на 4 в диапазоне 14 мГц.
Конструктивно генератор лучше всего выполнить в литой закрытой коробке (как в трансивере КРС). Транзисторы Т1 и Т2 с их деталями расположены на плате внутри, а Т3 и Т4 на внешней плате.
Переключатель S3 можно использовать для реверса электронной шкалы, при частоте меньше или больше 9 мГц. Если детали исправны и нет ошибок, на выходе Т2 будет 1,2-1,5 В. Конденсаторами С1 и С2 можно подобрать уровень сигнала на выходе до 2 В.
Печатная плата в формате Sprint-Layout
Стабильный генератор плавного диапазона • HamRadio
Стабильный генератор плавного диапазона можно использовать в трансиверах, структурная схема которых аналогична трансиверам конструкции UW3DI.
Параметры ГПД
Диапазон, кГц 5485…6015
Уход частоты (на средней частоте диапазона), кГц, не более: за первые 15 мин самопрогрева 1
за последующие 15 мин ….0.05*
за последующий час прогрева 0,02*
Коэффициент гармоник, %, не более 5
Расстройка (при изменении управляющего напряжения от —12 до —24 В), кГц ±3
Выходное высокочастотное напряжение. В 0,5
Сопротивление нагрузки, кОм, не менее 5
Принципиальная схема ГПД приведена на рис.
Собственно генератор выполнен на полевом транзисторе 1V2. Нагружен на низкое входное сопротивление буферного каскада на транзисторе 1V3, включенном по схеме с общим эмиттером. Все детали генератора, за исключением переменного и подстроечного конденсаторов 1СЗ и 1С4 и резистора 1R6, смонтированы в латунном экране диаметром 45 и высотой 60 мм.
Толщина стенок экрана — 4 мм. Конденсаторы 1С1, 1С10, 1С12, 1C13 — КЛС, 1С2, 1С5—1С9, 1С11 — КТК-1. Цвет окраски корпусов 1С2, 1C5, 1C6, 1С9 — серый, 1С7, 1С11 — голубой, 1С8 — красный. Конденсатор 1СЗ — гетеродинная секция счетверенного блока от радиостанции Р-108. Там же установлен подстроечный конденсатор 1С4.
Катушка L1 выполнена на керамическом гладком каркасе диаметром 18 мм (использован каркас гетеродинной секции приемника Р-253) проводом ПЭВ-2 0,51 и содержит 25 витков, намотанных виток к витку. Провод на каркасе закрепляют клеем БФ-2. Отвод делают от 7,5 витков в виде скрученной и пропаянной перед намоткой петли провода. После намотки катушку просушивают в течение двух часов при температуре 120° С с последующей сушкой в течение суток при комнатной температуре.
Налаживание ГПД
начинают с проверки постоянного и ВЧ напряжении на коллекторе транзистора 1V3. В цепь питания варикапа подают стабилизированное напряжение —18 В±0,1%. При измерении постоянного напряжения резистор 1R6 шунтируют конденсатором емкостью не менее 0,01 мкФ. Подбором конденсатора 1С6 и подстройкой 1С4 устанавливают диапазон генератора (при закрытой крышке экрана).
Контролируя температуру экрана термометром, измеряют стабильность частоты при постоянной температуре цифровым частотомером (или, в крайнем случае, приемником с высокой стабильностью частоты, например, Р250-М2, прогретым в течение часа). Эту операцию необходимо выполнять не ранее чем через четверть часа после пайки в ГПД. Уход частоты за 15 мин не должен превышать 100 Гц. В противном случае необходимо проверить качество использованных деталей, а может быть, и заново подобрать режим работы транзистора 1V2.
Нагревая экран генератора паяльником до температуры 40…50° С и охлаждая его естественным путем (без вентилятора!), проверяют цикличность изменения частоты. Если установившееся значение частоты после цикла «нагрев — охлаждение» отличается от исходного более чем на 200…300 Гц, необходимо отыскать и заменить деталь с не цикличным температурным коэффициентом. Подбором термокомпенсирующих конденсаторов IC7 и IC8 добиваются ухода частоты генератора от прогрева не более чем на 50…70 Гц/°С. Затем проверяют термостабильность генератора в крайних положениях переменного конденсатора.
Термокомпенсацию можно считать законченной,
если при перестройке генератора с одного конца диапазона в другой уход частоты от прогрева меняет знак (например, при минимальной частоте генератора она от нагрева снижается, а при максимальной — повышается). Несмотря на трудоемкость описанной методики и ее кажущуюся сложность, налаживание ГПД желательно производить в строгом соответствии с изложенными требованиями. Только в этом случае гарантирована длительная и надежная работа устройства.
Для повышения термостабильности генератора применено термостатирование ГПД. Принципиальная схема термостата показана на рис.
расположение его деталей, установленных на экране, —- на рис. 3. В качестве термодатчика использованы германиевые транзисторы 2V1, 2V2, установленные в месте крепления катушки L1 к экрану.
Регулирующий транзистор 2V9 установлен на верхней стенке экрана, а нагреватель Rн изготовлен из нихромовой проволоки от нагревательного элемента паяльника мощностью 40 Вт на напряжение 220 В в виде обмотки экрана, предварительно оклеенного слюдой. Остальные детали термостата смонтированы на печатной плате размерами 100 X 40 мм.
Экран ГПД теплоизолируется от шасси конструкции с помощью текстолитовых втулок и шайб, а его заземление выполняется отрезком провода диаметром 1…2, длиной 25…30 мм, выведенного от общей точки заземления деталей генератора через отверстие в экране. Налаживание термостата сводится к установке рабочей температуры подбором резистора 2R2. Рекомендуемая температура — 40° С. Время прогрева термостата — менее 5 мин, точность поддержания температуры в месте установки термодатчика — не хуже ±0,1°С, что при налаживании ГГ1Д по ранее описанной методике соответствует уходу частоты от нагрева не более чем на ±5…7 Гц.
Плотность шкалы настройки ГПД симметрична относительно средней частоты (шкала растянута в участках 5,5…5,6 МГц и 5.9…6 МГц). При использовании для шкалы диска диаметром 150 мм точность градуировки шкалы может достигать 1 кГц. Для использования описанного ГПД в трансивере UW3D1 (Ю. Кудрявцев. Лампово-полупроводниковый трансивер. — «Радио», 1974, № 4, с. 22) конденсатор 5С23 исключают, правый (по схеме) вывод 5С24 соединяют с выходом ГПД, а цепи расстройки — с выводом — 12…24 В ГПД.
Питают термостат от обмоток III и IV силового трансформатора Тр1. Поскольку в режиме стабилизации потребляемая термостатом мощность не превышает 1..2 Вт, перегрузки трансформатора не происходит.
Схема генератора плавного диапазона до 50 MHz (HC4046)
Принципиальная схема простого генератора плавного диапазона на микросхеме HC4046, Частота до 50 MHz.
Микросхема НС4046 (а так же аналогиMM74HC4046N, MJM74HC4046 и другие) представляет собой RC-генератор с ФАПЧ, способный генерировать стабильную частоту до 50 MHz, что позволяет сделать ГПД (генератор плавного диапазона) для КВ радиовещательного приемника или связной аппаратуры, достоинством которого будет стабильная частота на выходе и полное отсутствие LC-частотозадающих контуров.
Настройка при этом будет осуществляться изменением напряжения на выводе 9 микросхемы с помощью переменного резистора или электронной схемы, синтезирующей напряжение.
Принципиальная схема
На рисунке показана схема генератора, вырабатывающего частоту от 2,5 MHz до 40 MHz, изменяемую в четырех поддиапазонах, которые переключаются переключателем S1. При этом настройка частоты в каждом поддиапазоне осущест-влется грубо резисторами R1-R4 и плавно резистором R5.
Задача всей этой цепи на резисторах R1-R5, R7 в регулировке постоянного управляющего напряжения на выводе 9 D1. Кроме того, частота зависит и от сопротивления R6. В таблицу 1 сведены данные по частоте в поддиапазонах при R6 равном 22К и 6,8К.
Рис. 1. Схема генератора плавного диапазона до 50 MHz на микросхеме HC4046.
Изменив схему формирования напряжения на выводе 9 D1, добавив резисторы, ограничивающие регулировку, а так же, изменив сопротивление резистора R6, можно сделать ГПД, работающий практически в любом диапазоне в пределах от 2,5 до 50 MHz.
Выходной сигнал представляет собой прямоугольные импульсы TTL уровня, такой сигнал можно подавать непосредственно (через разделительный конденсатор и если нужно, делитель напряжения) на ключевые преобразователи частоты. Либо можно подать на ВЧ-трансформатор, на выходе которого, в результате действия индуктивности, будут уже импульсы близкой к синусоидальной форме.
Детали
Таблица 1.
Диапазон | R6 = 22 К | R6 = 6,8K | |
1 | 2,5… 5 MHz | 7 … 13 MHz | |
2 | 5… 8,6 MHz | 13… 21 MHz | |
3 | 8,6 … 12,3 MHz | 21 … 27 MHz | |
4 | 12,3 … 22 MHz | 27 … 40 MH |
Напряжение питания на схему нужно подавать через стабилизатор напряжения на 5V, например, КР142ЕН5А.
Иванов А. РК-2015-11.
Радиостанция предназначена для работы в двухметровом радиолюбительском диапазоне с частотной модуляцией. Любительская связь в этом диапазоне стремительно развивается, во многих крупных городах появляются любительские радиосети с использованием участка 145-146 Мгц. В основном радиостанции строятся с использованием фиксированной частоты или набора частот, в некоторых случаях такие аппараты позволяют перекрывать очень узкий участок за счет изменения параметров LC-цепи, включенной последовательно с кварцевым резонаторов, образуя таким образом узкополосной ГПД. В данном случае получается либо очень узкий перекрываемый диапазон или неустойчивая генерация. В другом случае используется синтезатор частот, который создает большие удобства для пользователя, но требует труднодоступных цифровых микросхем или имеет высокую сложность при использовании доступных деталей. Второй генератор работает в полосе одного двух мегагерц, перестраивается изменениями параметров обычного контура и имеет максимальную частоту не более 15 Мгц. Как известно приличной стабильности на такой частоте достигнуть не сложно, нужно только выполнить контур надлежащим образом. Затем сигналы от кварцевого генератора и от «низкочастотного» перестраиваемого генератора поступают на смеситель, на выходе которого получается сигнал нужной частоты, причем плавно перестраиваемый в достаточных пределах. Таким образом получается генератор плавного диапазона, сочетающий в себе высокую стабильность частоты и широкополосность перестройки. Кроме того в передатчике достаточно просто осуществляется частотная модуляция, которую удобнее всего ввести в кварцевом генераторе. В этом случае девиация практически не будет зависеть от частоты настройки, что всегда имеет место в других случаях. Данная радиостанция выполнена именно по такому принципу. Её структурная схема показана на рисунке 2. Как видно, она построена по сквозной схеме, то есть приёмный и передающий тракты не имеют общих узлов кроне источника питания и антенны. Такая схема требует большего количества деталек, но она проще в настройке и, к тому-же в данном случае нетрудно перейти к дуплексной радиостанции, не говоря уже о том, что можно работать на разнесенных частотах приёма и передачи. Передающий тракт состоит из формирователя частотно-модулированного сигнала и выходного усилителя мощности, сигнал с выхода которого поступает в антенну. Формирователь содержит кварцевый генератор на 135 Мгц, модулятор (модуляция выполняется изменением частоты кварцевого генератора, это удобно тем, что простыми способами можно избежать перемодуляции, и к тому-же если модуляция выполняется в генераторе с фиксированной частотой, параметры частото-задающей цепи, которого в процессе настройки на нужную частоту не меняются. Рис.2 Приемный тракт состоит из формирователя частоты гетеродина, выполненного аналогичным образом, и стандартного приёмного тракта с частотной демодуляцией, который состоит из входного УВЧ, смесителя, и усилителя ПЧ с частотный детектором и усилителем звуковой частоты, к выходу которого подключаются наушники или динамик. В формирователе частоты гетеродина работает кварцевый генератор с частотой 128,5 Мгц., и ГПД с частотой перестройки 9-11 Мгц. Оба этих сигнала поступают на смеситель, на выходе которого получается частота, перестраиваемая в пределах 137,5-139,5 Мгц. Схема формирователя приемника имеет много общего с схемой формирователя передатчика, отличается только частотой кварцевого генератора и отсутствием модулятора. На смеситель приёмника поступают входной сигнал (например 144 Мгц) и гетеродинный (в данном случае 137,5 Мгц), в результате на выходе формируется ПЧ 6,5 Мгц, которая легко обрабатывается широкодоступными элементами от тракта ПЧЗ телевизоров УСЦТ. Переключение приёма и передачи выполняется двухсекционным переключателей, который переключает антенну и питание. Радиостанция имеет следующие характеристики: 1. Плавный диапазон частот — 144-146Мгц 5. Выходная мощность УЗЧ приёмника не менее — 50мВт 6. Выходная мощность передатчика — 1Вт 7. Напряжение питания — 12В. Принципиальная схема задающего генератора передатчика показана на рисунке 1. В данной схеме используется микросхема К174ХА2, которая предназначена для использования в трактах радиоприёмников на КВ, СВ, ДВ диапазоны. Она содержит гетеродин, который может работать в полосе частот до 30 Мгц (паспортная величина), смеситель, работоспособный на частотах до 150 Мгц и более (на более высоких частотах автор не проводив испытания), и усилитель промежуточной частоты с системой АРУ. Здесь микросхема используется в нестандартном включении. Её гетеродин и смеситель используются по прямому назначению, а УПЧ с системой АРУ работает в качестве микрофонного усилителя с компрессором речевого сигнала (роль компрессора выполняет системы АРУ). Кварцевый генератор частоты 135 Мгц выполнен на транзисторах VT1 и VT2. На VT1 выполнен собственно кварцевый генератор в его цепи включен резонатор Q1 на 15 Мгц, коллекторный контур этого транзистора настроен на третью гармонику этого резонатора на 45 Мгц. Затем следует утроитель частоты на транзисторе VT2. В его базовой цепи включен контур, настроенный на 45 Мгц, этот контур имеет индуктивную связь с коллекторным контуром транзистора VT1. На контуре С9 L4 выделяется частота 135 Мгц, которая поступает на вход смесителя на микросхеме А1, через катушку связи L5. В кварцевом генераторе, выполняется частотная модуляция, которая осуществляется небольшим сдвиганием частоты кварцевого резонатора при помощи последовательной LC-цепи, состоящей из катушки L1 и варикапной матрицы VD2. Сигнал от микрофона поступает через регулятор уровня R15 на 12-й вывод А1, на вход её УПЧ, который в данной случае используется как УЗЧ. С выхода этого усилителя, с вывода 7 усиленный ЗЧ сигнал через потенциометр R7 поступает на варикапную матрицу. Нужную девиацию частоты устанавливают при помощи резистора R7, она может быть установлена от 2 Кгц до 30 Кгц. Кроне того сигнал ЗЧ поступает на выпрямитель на диоде VD3. В результате на резисторе R8 появляется напряжение, которое воздействует на систему АРУ УПЧ и таким образом изменяет его усиления, поддерживая примерно один и тот-же уровень ЗЧ на выходе сжимая динамический диапазон микрофонного усилителя. Потенциометр R4 служит для установки напряжения смещения на варикапе. Сигнал ЗЧ поступающий на варикапную матрицу изменяет её ёмкость в такт с ЗЧ сигналом. Изменение емкости приводит к изменению частоты резонанса резонатора в некоторых пределах. В результате частота задающего генератора изменяется в некоторых пределах, что приводит к изменению частоты в контуре С9 L4 в такт с сигналом ЗЧ. Таким образом выполняется ЧМ. Частоту несущей более точно можно установить подстройкой L1 и резистора R4. В качестве плавного генератора на 9-11 Мгц используется гетеродин микросхемы, внешними элементами которого являются катушки L10 и L11, конденсаторы С19, С20, варикапная матрица VD5 и резисторы, её обслуживающие, частота генератора определяется частотой настройки контура L11 С19 С20 VD5. Настройка выполняется изменением постоянного напряжение на конденсаторе С21 при помощи внешнего потенциометра, подключенного к выводу 3 этой платы. |
⚡️Генератор плавного диапазона на микросхеме HC4046
На чтение 2 мин Опубликовано Обновлено
Микросхема НС4046 (а так же аналоги MM74HC4046N, MJM74HC4046 и другие) представляет собой RCгенератор с ФАПЧ, способный генерировать стабильную частоту до 50 MHz, что позволяет сделать ГПД (генератор плавного диапазона) для КВ радиовещательного приемника или связной аппаратуры, достоинством которого будет стабильная частота на выходе и полное отсутствие LC частото-задающих контуров.
Настройка при этом будет осуществляться изменением напряжения на выводе 9 микросхемы с помощью переменного резистора или электронной схемы, синтезирующей напряжение. На сайте показана схема генератора, вырабатывающего частоту от 2,5 MHz до 40 MHz, изменяемую в четырех поддиапазонах, которые переключаются переключателем S1. При этом настройка частоты в каждом поддиапазоне осуществлется грубо резисторами R1R4 и плавно резистором R5. Задача всей этой цепи на резисторах R1R5, R7 в регулировке постоянного управляющего напряжения на выводе 9 D1.
Кроме того, частота зависит и от сопротивления R6. В таблицу 1 сведены данные по частоте в поддиапазонах при R6 равном 22К и 6,8К. Изменив схему формирования напряжения на выводе 9 D1, добавив резисторы, ограничивающие регулировку, а так же, изменив сопротивление резистора R6, можно сделать ГПД, работающий практически в любом диапазоне в пределах от 2,5 до 50 MHz.
Выходной сигнал представляет собой прямоугольные импульсы TTL уровня, такой сигнал можно подавать непосредственно (через разделительный конденсатор и если нужно, делитель напряжения) на ключевые преобразователи частоты. Либо можно подать на ВЧ трансформатор, на выходе которого, в результате действия индуктивности, будут уже импульсы близкой к синусоидальной форме. Напряжение питания на схему нужно подавать через стабилизатор напряжения на 5V, например, КР142ЕН5А.
Генератор плавного диапазона для лампового радиоприемника. | Radio-любитель
Всем здравствуйте. В блоге у меня были публикации о постройке радиоприемника на лампах, так дела все же продвигаются. Есть, конечно, заминки, но все же идем дальше так как в ранних статьях я писал о выборе ПЧ ну и блок-схему приемника кратко показал, вопрос и встал о выборе схемы ГПД (для озабоченных расшифрую, генератор плавного диапазона).
В поиске и анализа разных схемотехнических решений остановился на стандартной схеме всем известной в радиолюбительской среде. Эта схема публиковалась в старых номерах журнала «Радио». Вот на рисунке предоставлю отреставрированную схему, что я выбрал для воплощения в своем радиоприемнике.
Принципиальная схема генератора плавного диапазонаПринципиальная схема генератора плавного диапазона
Многие зададутся вопросом зачем? Скажут сейчас много разных синтезаторов и можно использовать их в конструкции. Да все очень просто, сборка идет чисто лампового радиоприемника и огромное желание собирать максимум по возможности на радиолампах. Не будем тут разговаривать про фазовые шумы и тому подобные нюансы. Так вот со схемой определился радиолампа 6Н15П имеется в наличии, новых несколько штук, вот для более убедительности сфотографировал и предоставляю фото.
Радиолампа 6Н15ПРадиолампа 6Н15П
На схеме видно, что сам генератор собран на лампе 6Н15П и далее идет катодный повторитель на лампе 6Ф1П, что это совсем не плохо, а скажем замечательно. Но смущает меня одно на схеме используется удвоитель частоты, это конечно хорошо с одним диапазоном в радиоприемнике, но делать коммутацию скажем для обзорных диапазонов, честно говоря, затея не очень. Я, конечно, еще подумаю над этим вопросом, но как вариант растягивать диапазоны слишком широко, нет желания.
Так вот, раз определился со схемой я решил набросать скажем как макет и проверить на практике так ли она хороша, как писали о ней в разных местах. Конечно, все прелести работы ГПД на так называемой макетной плате определить не удастся, но все же, это может дать предварительный результат о работе схемы.
Конструкцию старался выбрать гораздо жесткую, конечно, на сколько это возможно. Катушку контура не решился мотать, а использовал заводскую от радиостанции, так как предполагал ее использовать в радиоприемнике и предварительно уже на практике проверить частотный диапазон перекрытие генератора. Вот такую готовую катушку в своих скромных запасах раскопал смотреть фото.
Катушка контура генератораКатушка контура генератора
Катушка генератора вид сбокуКатушка генератора вид сбоку
Да и еще хотелось добавить по поводу конденсатора переменной емкости, хотелось найти немного по компактней и в закромах отыскался не большой уже продернутый, не могу сказать зачем его в свое время продернул, но факт остается фактом. Вот такой и применил конденсатор в своих экспериментах, приведу фото сего экземпляра.
Конденсатор переменной емкостиКонденсатор переменной емкости
Конденсатор вид сбокуКонденсатор вид сбоку
Так вот что я скажу, даже на макете генератор показал не плохие результаты, но кто в теме понимают, что для ГПД нужна жесткая конструкция и надо провести температурную компенсацию. Так что определенно я буду собирать по этой схемотехники уже на основном шасси. Только еще повторюсь либо и оставлю просто генератор без удвоения, но, возможно, подумаю о переключении катушек в удвоителе. Вот на этом и закончу, всем спасибо.
ГПД для трансивера — Радиостанции, трансиверы
ГПД на полевом транзисторе
Хорошо известно, что генератором плавного диапазона (ГПД) определяются такие важные параметры радиоприемника, как — временная и температурная стабильность частоты, плавность и точность настройки. На самом же деле, даже чувствительность и динамический диапазон радиоприемника также определяются схемным решением и качеством изготовления ГПД.
Генератор плавного диапазона (ГПД) в трансивере TS-530, рис.1, используется совместно с системой фазовой автоподстройки частоты (PLL), которая в данной статье не рассматривается.
Генератор представляет определенный интерес уже тем, что имеет интервал частот 5,5…6,0 МГц. В этом же интервале частот работает ГПД широко распространенного трансивера конструкции московского радиолюбителя Ю.Кудрявцева (UW3DI). Многочисленные поклонники различных модификаций трансивера UW3DI могут смело применить ГПД от трансивера TS-530 npи модернизации своей аппаратуры.
Задающий генератор собран на полевом транзисторе VT1 по схеме емкостной трехточки. Его частота и пределы перестройки определяется параметрами колебательного контура L1С1, а также группой конденсаторов С7, С9, CI3, CI4, ТС1. Усилитель на полевом транзисторе VT2 используется для развязки выходной цепи задающего генератора и компенсации затухания в полосовом фильтре.
Полосовой LС-фильтр L8, С21…С23 выделяет частотный интервал и улучшает спектральную чистоту выходного сигнала, а составной эмиттерный повторитель на транзисторах VT3, VT4 обеспечивает высокую нагрузочную способность. Амплитуда выходного сигнала ГИД может изменяться в небольших пределах подстроенным конденсатором ТС2, составляющим с конденсатором С17 регулируемый емкостной делитель.
В генераторе предусмотрена возможность плавной расстройки радиоприемника (RIT) в пределах нескольких килогерц. Для этой цели достаточно подать положительное напряжение на соответствующий вход RIT. Изменение напряжения в некоторых пределах приведет к изменению ёмкости варикапа VD2, что в свою очередь позволит подстраивать ГПД. Для каждого конкретного случая потребуется самостоятельно определить пределы регулировок.
В ГПД есть еще одна интересная особенность. Если внимательно посмотреть на схему, то можно обнаружить цепь под названием RLC. При подаче положительного напряжения на вход RLС, произойдет шунтирование катушки L4 индуктивностью L2 — I мкГ. Коммутационный диод VD1 при протекании прямого тока имеет очень малое дифференциальное сопротивление (менее 1 Ом). Конец катушки L2 оказывается на земле. Иными словами, суммарная индуктивность контура задающего генератора может подстраиваться в некоторых пределах с помощью электронной коммутации. Катушки L2…L4 имеют небольшую индуктивность в пределах нескольких мкГн и высокую добротность за счет достаточно жесткой конструкции, ведь только в этом случае они не будут влиять на стабильность частоты.
Для какой цели это требуется в самом трансивере TS-530 точно определить не удалось, в связи с тем, что имеющееся техническое описание трансивера было представлено в очень сжатом виде. Но такой способ изменения (подстройки) индуктивности катушки задающего генератора можно применить для каких-либо нужд в своих разработках, в случае, если электронная коммутация катушки задающего генератора не требуется, то эту цепь и соответствующие элементы схемы следует исключить.
Естественно, конструктивное выполнение генератора плавного диапазона должно соответствовать требованиям, предъявляемым к построению высокостабильных ГПД. Помимо достаточной жесткости конструкции, необходимо большое внимание уделить стабилизации и фильтрации питающего напряжения. Подбор элементной базы далеко не последнее при создании качественного ГПД. В задающем генераторе желательно использовать высокочастотные полевые транзисторы с нормированным коэффициентом шума. Выводы транзисторов и частотно-задающих элементов должны иметь минимальную длину.
Элементы задающего генератора должны быть прочно закреплены при сборке на печатной плате или при использовании навесного монтажа. Особое внимание следует обратить на колебательный контур задающего генератора, поскольку от него, а, если точнее, от качества изготовления катушки и конденсатора переменной емкости зависит такой параметр, как стабильность частоты.
Хорошо известно, что стабильность частоты зависит от изменения температуры окружающей среды. Для обеспечения температурной стабильности используются группы параллельно соединенных конденсаторов с различными ТКЕ (температурный коэффициент емкости), варьируя М47 и ПЗЗ. На рис.1 это С7, С9 и ТС1, С13, С14. Конденсатор ТС 1 — малогабаритный подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком.
Из наиболее доступных можно пользоваться керамическими конденсаторами КМ- Радиолюбители старшего поколения хорошо помнят слюдяные конденсаторы КСО, с большим успехом применяемые в задающих генераторах плавного диапазона. А вот частотозадающие конденсаторы С12, С15 нС1б в цепи обратной связи должны иметь ТКЕ МПО. Таким ТКЕ обладают конденсаторы К10-17, К10-43 и некоторые другие.
Не буду акцентировать внимание на конструкции катушки ГПД. Здесь с успехом подойдет катушка от трансивера UW3DI. Несколько слов хотелось бы сказать о конденсаторе переменной емкости. Воздушный зазор между пластинами конденсатора должен быть не менее 1мм, а сами пластины должны обладать достаточной жесткостью. Хорошо, чтобы вращающаяся ось конденсатора была выполнена из высокочастотного фарфора с надежными токосъемниками. Иными словами, для получения высоких параметров ГПД нужен и высококачественный конденсатор переменной емкости.
В схеме ГПД трансивера TS-530, не смотря на простоту, содержатся весьма полезные соображения и его можно рекомендовать не только для модернизации UW3DI, но и для повторения в других конструкциях, с учетом их особенностей.
Поделитесь записью в своих социальных сетях!
При копировании материала обратная ссылка на наш сайт обязательна!
Ramp Generator — обзор
8.6 ДВУХКОПЛАТНЫЙ АЦП
На рисунке 8.13 показана принципиальная схема базового двухканального аналого-цифрового преобразователя. Давайте сначала исследуем каждую из его подсхем, а затем проанализируем общую работу схемы.
РИСУНОК 8.13. Базовая схема аналого-цифрового преобразователя с двойным наклоном.
Сердцем схемы является операционный усилитель с линейным генератором пилообразного напряжения. На рис. 8.14 показан генератор пилообразного напряжения, изолированный от остальной цепи преобразователя.Он спроектирован таким образом, что зарядный ток конденсатора C всегда будет постоянным. Теория основных схем говорит нам, что постоянный зарядный ток через конденсатор производит линейное изменение напряжения.
РИСУНОК 8.14. Часть схемы генератора линейного пилообразного изменения, показанная на Рисунке 8.13.
Чтобы понять работу схемы генератора пилообразного напряжения, предположим, что конденсатор изначально разряжен (т.е. 0 вольт). Это предназначение транзистора Q 1 — пока он насыщен, конденсатор C не может накапливать заряд.Хотя фактическое напряжение насыщения Q 1 может составлять несколько милливольт, давайте для простоты предположим, что это действительно 0 вольт. Предположим далее (в качестве примера), что входное напряжение генератора линейного нарастания составляет +5 вольт. Теперь отключим транзистор Q 1 и дадим конденсатору C начать заряжаться. Мы будем вычислять ток через конденсатор несколько раз.
В первый момент после отключения Q 1 конденсатор имеет заряд 0 вольт.Закон Ома говорит нам, что резистор R 1 будет иметь ток
IR1 = VR1R1 = 5 В − 02 кОм = 2,5 мА
Операционный усилитель, по сути, является неинвертирующим усилителем по отношению к напряжению конденсатора. Коэффициент усиления по напряжению определяется нашим основным уравнением для неинвертирующих усилителей.
AV = RFRIN + 1 = 2 кОм 2 кОм + 1 = 2
Выходное напряжение в этот момент будет 0 вольт (т. Е. 0 × 2). Резистор R 2 будет иметь 0 вольт на обоих концах, что означает, что через него не протекает ток.Мы знаем, что через клемму (+) операционного усилителя протекает незначительный ток. Теперь, поскольку ток 2,5 миллиампера протекает через R 1 , но не течет ни через операционный усилитель, ни через R 2 , мы можем применить закон Кирхгофа, чтобы сделать вывод, что все 2,5 миллиампера должны протекать. в конденсатор C в качестве зарядного тока. Направление электронного тока — от земли вверх через конденсатор C и через R 1 к положительному 5-вольтовому источнику.Это устанавливает начальную крутизну заряда на C. Если мы сможем поддерживать постоянный ток, мы сохраним линейную крутизну на C.
Теперь давайте исследуем состояние цепи после того, как конденсатор C накопил 1 вольт. заряда (положительный сверху). Ток через R 1 теперь можно вычислить как
IR1 = VR1R1 = 5 В — 12 кОм = 2 мА
При 1 вольте на конденсаторе и усилении напряжения 2 мы можем вычислить выходное напряжение операционный усилитель как
υO = υIN × AV = 1 В × 2 = 2 В
Ток через R 2 можно найти с помощью закона Ома, поскольку он имеет 1 вольт на левом конце и 2 вольта на правый конец.
IR2 = VR2R2 = 2 В − 1 V2kΩ = 0,05 мА
Опять же, закон Кирхгофа позволит нам сделать вывод, что если 2 миллиампера текут влево через R 1 и 0,5 миллиампера текут вправо через R 2 , то конденсатор C должен по-прежнему заряжаться током 2,5 мА. Рассмотрим схему еще на одном месте.
Предположим, мы позволили конденсатору C накапливать заряд 4 вольта. Ток через R 1 будет тогда
IR1 = VR1R1 = 5 В − 4 V2kΩ = 0.05 мА
При +4 В на конденсаторе выходное напряжение операционного усилителя должно быть
υO = υINAV = 4 В × 2 = 8 В
Ток через R 2 можно рассчитать как
IR2 = VR2R2 = 8 В − 4 V2kΩ = 2 мА
Наконец, мы применяем закон Кирхгофа, чтобы показать, что при токе 0,5 миллиампер справа налево через R 1 и 2 миллиамперах слева направо через R 2 , обязательно должно быть 2.5 миллиампер течет вверх через конденсатор C. Поскольку ток через конденсатор C остается постоянным на уровне 2,5 миллиампер, мы знаем, что напряжение на нем будет линейно возрастающим. Наклон кривой задается основным уравнением заряда конденсатора:
Для данного случая наклон кривой по C вычисляется как
наклон = ICC = 2,5 мА 0,1 мкФ = 25 В / мс
Выход крутизны операционного усилителя будет иметь линейный наклон, но вдвое больший, поскольку коэффициент усиления по напряжению усилителя равен 2.В любом случае крутизна линейного изменения определяется зарядным током C , который определяется значением входного напряжения.
Теперь давайте проанализируем общую работу аналого-цифрового преобразователя с двумя рампами, показанного на рис. 8.13. Входное напряжение на рампе выбирается переключателем либо как аналоговое напряжение, подлежащее преобразованию (положительное), либо как фиксированное отрицательное опорное напряжение. Напомним, что входное напряжение в цепи линейного нарастания определяет крутизну линейного нарастания. Положение аналогового переключателя контролируется состоянием самого старшего бита (MSB) счетчика.Более конкретно, если MSB низкий, то переключатель подключит аналоговый вход к генератору пилообразного сигнала. Если старший бит счетчика высокий, то переключатель подключает отрицательное опорное напряжение ко входу генератора линейного нарастания.
Счетчик включен (т. Е. Ему разрешен счет), пока выходной сигнал генератора рампы является положительным. То есть, пока рампа находится над землей, выход компаратора будет низким и включит счетчик. Если рампа когда-либо опустится ниже уровня земли, то выход компаратора переключится в высокое состояние и отключит счетчик.
Цепь управления обеспечивает общую синхронизацию работы цепи. При получении сигнала start convert от главной системы управления (обычно микропроцессора), блок управления сбрасывает счетчик на 0 и отпускает (т. Е. Отключает) Q 1 . При сбросе счетчика старший бит будет равен 0, и аналоговый переключатель будет подключать аналоговый вход к цепи генератора пилообразного напряжения. По мере того как счетчик считает, напряжение конденсатора (и выход операционного усилителя) будет линейно нарастать в положительном направлении.Это действие показано на рисунке 8.15 как t 1 .
РИСУНОК 8.15. Положительный наклон преобразователя с двойным наклоном определяется значением аналогового входного напряжения. Наклон отрицательной рампы определяется V REF .
Это действие будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не достигнет половины своего максимального значения. В этот момент старший бит счетчика станет высоким, и аналоговый переключатель переместится в положение опорного напряжения. При подаче отрицательного входного напряжения на генератор рампы конденсатор начнет разряжаться.Разряд будет линейным, а скорость будет определяться значением отрицательного опорного напряжения. В конце концов, нарастание напряжения пройдет через 0 вольт, заставляя компаратор переключать состояния и отключать счетчик. Схема управления обнаруживает это событие и генерирует сигнал завершения преобразования , что означает, что цифровой результат в счетчике теперь является действительным представлением аналогового входного напряжения.
Мы знаем, что начальный наклон (за время t 1 на Рисунке 8.15) определяется значением аналогового входного напряжения. Однако продолжительность времени для t 1 является фиксированной и определяется скоростью часов и количеством бит в счетчике. Время t 2 на рис. 8.15 — время, необходимое конденсатору для линейной разрядки до 0 вольт. Наклон t 2 фиксирован и определяется отрицательной ссылкой, поэтому время t 2 является переменным и зависит от значения напряжения, накопленного на конденсаторе C за время t 1 .Это напряжение, конечно, определялось величиной входного аналогового напряжения. Поскольку время t 2 зависит от значения аналогового входного напряжения, количество отсчетов, зарегистрированных в счетчике, также будет функцией аналогового входного напряжения.
На рис. 8.15 сравниваются результаты двух различных аналоговых входных напряжений. В C1 является результатом более высокого входного напряжения. Для разряда конденсатора и остановки счетчика требуется определенное время ( t 2 ).Более низкое входное напряжение ( В, C2 ) заряжает C до более низкого напряжения в течение фиксированного периода времени t 1 , поэтому время разряда ( t 3 ) короче, и счетчик будет иметь меньшее количество. Окончательный результат преобразования отображается в счетчике и игнорирует старший бит.
Метод двойного аналого-цифрового преобразования очень популярен в приложениях, не требующих высокоскоростной работы. Он имеет явные преимущества, в том числе высокую устойчивость к допускам компонентов, дрейфу компонентов и шуму.Этот повышенный иммунитет проистекает из того факта, что ошибки, внесенные во время положительного наклона, будут в значительной степени компенсированы аналогичными ошибками во время отрицательного наклона. Схема предлагает полное подавление шумовых сигналов, которые даже кратны временному периоду t 1 , поскольку чистый эффект полного цикла шума равен 0.
Полные системы преобразователей с двойным наклоном доступны в интегрированной форме. Обычное применение — цифровые вольтметры. Аналоговая часть такой системы производится National Semiconductor Corporation в виде интегральной схемы LF12300.Компания Analog Devices имеет запатентованное усовершенствование базового преобразователя с двойным наклоном, называемое преобразованием с четырехкратным наклоном. Он используется в 13-битном аналого-цифровом преобразователе AD7550, производимом Analog Devices.
Схема двойного генератора сигналов
Однолучевой CRO может использоваться для одновременного отображения двух сигналов с помощью этой простой схемы «Схема двойного генератора трассировки». В схеме используются одна микросхема NE555 и две микросхемы LM741, а также некоторые пассивные компоненты. Диод (1N4148) используется для получения 50% рабочего цикла.
Описание схемы двойного генератора сигналов
IC 555 подключен в нестабильном режиме и действует как аналоговый переключатель с автоматическим переключением между двумя сигналами, отображаемыми на CRO. Выходной сигнал IC 555 передается в CRO. Чтобы отобразить две формы сигнала в разных положениях, одной из форм сигнала задается сдвиг постоянного тока.
Выход IC 2 переключает между двумя уровнями напряжения (Vcc и GND) на контактах 8 и 1. Частота переключения определяется внешней RC-цепью.Выходная частота IC 555 не зависит от напряжения питания и остается постоянной во всем рабочем диапазоне напряжения, то есть от 3 до 18 В. Следовательно, если два независимых изменяющихся во времени сигнала подаются на контакты 1 и 8, выход IC 3 будет переключаться между уровнями напряжения на двух контактах с постоянной частотой. Сигналы должны быть в пределах рабочего диапазона и иметь правильную полярность.
Один из отображаемых сигналов имеет достаточный положительный сдвиг постоянного тока и подается на вывод Vcc.Другой сигнал подается на клеммы заземления (вывод 1) IC 555 через буфер. Выход IC555 автоматически переключается между этими двумя уровнями, и сигналы отображаются на CRO с заданным сдвигом постоянного тока между этими уровнями. Трассировка между этими уровнями не видна, потому что частота переключения очень высока по сравнению с частотой входных сигналов.
Каждый 741 подключен как сумматор с единичным усилением в неинвертирующем режиме, чтобы обеспечить требуемый сдвиг постоянного тока для одной из форм сигнала.Когда есть сигнал, на CRO будут отображаться два луча.
Так как это измерительный прибор, цепь не нагружает источник, т.е. от источника будет поступать минимальный ток.
Сдвиг постоянного тока должен быть достаточным для наихудших условий входных сигналов, т. Е. Когда сигнал 2 находится на своем положительном пике, а сигнал 1 — на отрицательном пике, разность потенциалов между этими клеммами не должна быть меньше 5 В. когда сигнал 1 находится на положительном пике, а сигнал 2 — на отрицательном пике, разность потенциалов не должна превышать 18 В.
Конденсаторы 0,01 мкФ, обычно подключаемые между контактами 1 и 5, не подключаются, чтобы избежать нежелательной модуляции отображаемых сигналов. Для больших сигналов входные сигналы должны быть ослаблены перед подачей в цепь.
Одним из недостатков схемы является то, что сигналы не могут накладываться на CRO для сравнения.
ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ЦЕПИ ДВОЙНОГО ГЕНЕРАТОРА
ResiNostor (полностью ¼-ватт, ± 5% углерода) |
R 1 , R 3 , R 6 = 10 кОм R 2 = 4.7 кОм R 4 , R 5 = 1 кОм |
Конденсатор |
C 1 = 0,01 мкФ (керамический диск) |
Полупроводник |
IC 1 , IC 2 = LM741 (операционный усилитель общего назначения) IC 2 = NE555 (таймер IC) D 1 = 1N4148 (стандартный кремниевый коммутирующий сигнальный диод) |
Примечание. В схеме используется нейтраль в качестве опорной линии для генерации сигнала.В схеме нет положения для индикации обрыва фазы. Напряжение питания в цепи составляет 5 вольт, а входы проверки фазы подключаются напрямую к фазе через делитель напряжения.
Нравится:
Нравится Загрузка …
Типы и технологии »Электроника
Многие типы генераторов сигналов используются во многих тестовых системах, подающих стимул для тестируемого устройства.
Генераторы сигналов включают в себя:
Основы генератора сигналов
Типы генераторов сигналов: Основы генератора радиочастотных сигналов Генератор сигналов произвольной формы Генератор функций Генератор импульсов
Генератор сигналов — это тестовое оборудование, которое выдает электрический сигнал в форме волны.Это используется в качестве стимула для тестируемого предмета.
Генераторы сигналов во всех их формах широко используются в системах тестирования и разработки, а также с другими инструментами тестирования.
Если посмотреть на то, что такое генератор сигналов, можно увидеть, что они бывают разных форм — существует много типов генераторов сигналов, каждый из которых используется для обеспечения различной формы сигнала. Некоторые из них выдают радиочастотные сигналы, другие — аудиосигналы, некоторые могут передавать сигналы различной формы, а другие — только импульсы.
Генераторы сигналов используются уже много лет. Ранние типы были очень простыми по стандартам сегодняшних различных типов генераторов сигналов. Уровни производительности, а также разнообразие доступных средств обслуживания увеличились и улучшились.
Что такое генератор сигналов
Генераторы сигналовбывают различных форм, способных генерировать различные формы сигналов для различных тестовых приложений. Некоторые из этих испытательных приборов предназначены для тестирования ВЧ-сигналов, в то время как другие используются для тестирования звука, возможно, в качестве генератора синусоидальных волн и т. Д., А другие — для подачи импульсов, возможно, для возбуждения цифровых схем.Есть тысячи различных приложений для генераторов сигналов.
Однако они отличаются от измерительных тестовых инструментов, таких как осциллограф, цифровые мультиметры, анализаторы спектра и т. Д., Тем, что вместо измерения сигнала они генерируют сигнал, который подается на тестируемое устройство.
Соответственно стоит определить генератор сигналов:
Определение генератора сигналов:
Генератор сигналов — это электронный испытательный прибор, который создает или генерирует повторяющиеся или неповторяющиеся сигналы.Форма волны может быть разной формы и амплитуды. Генераторы сигналов всех типов чаще всего используются при проектировании, производстве, обслуживании и ремонте электронных устройств.
Обзор типов генераторов сигналов
Глядя на то, что такое генератор сигналов, можно увидеть, что существует много различных типов генераторов сигналов:
- Генератор сигналов произвольной формы: Генератор сигналов произвольной формы — это тип генератора сигналов, который создает очень сложные сигналы, которые могут быть указаны пользователем.Эти сигналы могут иметь практически любую форму и могут быть введены различными способами, вплоть до указания точек на форме сигнала.
По сути, генератор сигналов произвольной формы можно рассматривать как очень сложный генератор функций.
Будучи значительно более сложными, генераторы сигналов произвольной формы более дороги, чем функциональные генераторы, и часто их полоса пропускания более ограничена из-за методов, необходимых для генерации сигналов.
- Генератор аудиосигналов: Как следует из названия, этот тип генератора сигналов используется для аудиоприложений.Такие генераторы сигналов работают в звуковом диапазоне, обычно от 20 Гц до 20 кГц и более, и часто используются в качестве генераторов синусоидальной волны. Они часто используются при аудио измерениях частотной характеристики и для измерения искажений. В результате они должны иметь очень ровный отклик и очень низкие уровни гармонических искажений.
- Генератор функций: Генератор функций — это тип генератора сигналов, который используется для генерации простых повторяющихся сигналов.Обычно этот тип генератора сигналов создает сигналы или функции, такие как синусоидальные, пилообразные, квадратные и треугольные сигналы.
Ранние функциональные генераторы, как правило, полагались на схемы аналоговых генераторов, которые напрямую генерировали сигналы. Современные генераторы функций могут использовать методы цифровой обработки сигналов для генерации сигналов в цифровом виде, а затем их преобразования из цифрового в аналоговый формат.
Многие функциональные генераторы, как правило, ограничиваются низкими частотами, поскольку именно здесь часто требуются формы сигналов, создаваемые генератором сигналов этого типа.Однако возможно получение версий с более высокой частотой.
- Генератор импульсов: Как следует из названия, генератор импульсов представляет собой форму генератора сигналов, которая создает импульсы. Эти генераторы сигналов часто имеют форму генераторов логических импульсов, которые могут генерировать импульсы с переменной задержкой, а некоторые даже предлагают переменное время нарастания и спада.
Импульсы часто необходимы при тестировании различных цифровых, а иногда и аналоговых схем.Способность генерировать импульсы позволяет запускать схемы или посылать последовательности импульсов на устройство для обеспечения требуемого стимула.
- Генератор радиочастотных сигналов: Как видно из названия, этот тип генератора сигналов используется для генерации радиочастотных или радиочастотных сигналов.
Типичный генератор радиочастотных сигналов Генератор радиочастотного сигнала может использовать различные методы для генерации сигнала. В типах аналоговых генераторов сигналов используются автономные генераторы, хотя в некоторых из них для повышения стабильности используются методы частотной автоподстройки частоты.Однако в большинстве генераторов радиочастотных сигналов используются синтезаторы частоты для обеспечения необходимой стабильности и точности. Могут использоваться как метод фазовой автоподстройки частоты, так и методы прямого цифрового синтеза. Генераторы радиочастотных сигналов часто имеют возможность добавлять модуляцию к форме волны. Нижние конечные могут иметь возможность добавлять AM или FM, но высокопроизводительные генераторы RF-сигналов могут иметь возможность добавлять форматы модуляции OFDM, CDMA и т. Д. . поэтому их можно использовать для тестирования сотовых и беспроводных систем.
- Векторный генератор сигналов: Векторный генератор сигналов — это тип генератора радиочастотных сигналов, который генерирует радиочастотные сигналы со сложными форматами модуляции, такими как QPSK, QAM и т. Д.
Векторные генераторы сигналов обычно используются для тестирования современных систем передачи данных, от Wi-Fi до 4G, систем мобильной связи 5G и многих других решений для связи, в которых используются передовые формы сигналов. Поскольку эти формы сигналов используют схемы модуляции и формы сигналов, которые используют информацию о фазе, часто требуется векторный генератор сигналов.
Форматы генератора сигналов
Как и другие виды испытательного оборудования электроники, генераторы сигналов доступны во множестве различных форматов.Доступные типы форматов в определенной степени зависят от конкретного типа генератора сигналов, но есть несколько вариантов, которые могут быть доступны.
- Традиционное стендовое испытательное оборудование: Традиционное стендовое испытательное оборудование — это видение того, что приходит на ум при разговоре об испытательных инструментах. Автономный блок, который включает в себя сам генератор, а также источник питания, функции управления, дисплей и внешние элементы управления, — это то, что обычно считается испытательным оборудованием.Эти тестовые инструменты охватывают самый большой объем, но не всегда являются наиболее подходящими, поскольку другие варианты также могут иметь свои преимущества.
- Карточка прибора для тестирования стойки: Существуют тестовые модули, которые можно вставить в испытательную стойку. Ранние системы стоек включали VXI, но сегодня PXI является наиболее широко используемым. Основанный на популярном стандарте ПК, известном как PCI, PXI — это открытый стандарт, управляемый PXI Systems Alliance, PXISA, который взял стандарт PCI и обновил его для приложений контрольно-измерительной аппаратуры.Стойка состоит из базовой 19-дюймовой стоечной системы, которая включает в себя источник питания, а первый слот зарезервирован для контроллера или подключения к внешнему ПК. Остальные слоты для карт можно использовать для тестовых приборов. Доступен широкий выбор генераторов сигналов, генераторов функций, генераторов сигналов произвольной формы и т. Д. Такой подход идеально подходит для построения автоматизированной системы с несколькими блоками. Несмотря на то, что может показаться на первый взгляд, можно получить инструменты для тестирования PXI с очень высокими характеристиками, многие из которых сопоставимы по производительности с оборудованием для стендовых испытаний.
- Генератор сигналов USB: В наши дни для многих измерительных приборов еще одним вариантом является использование мощности ПК для выполнения некоторых функций измерительного прибора. Тестовый модуль обеспечивает функциональные возможности тестового оборудования, в данном случае генерируя сигнал, но питание, элементы управления и дисплей обеспечиваются ПК. Это позволяет покупать гораздо более дешевые инструменты, сохраняя при этом возможности и производительность.
- Использовать сигнал, сгенерированный компьютером: В некоторых случаях можно сгенерировать сигнал в цифровом виде на компьютере с помощью приложения или программы генератора сигналов.Полученный сигнал можно отправить через аудиоразъем звуковой карты. Этот путь предлагает очень дешевый способ создания сигнала, но он ограничен выходом аудио или аудиокарты ПК. Он может быть идеальным для некоторых приложений, но конечный результат очень зависит от звука или вывода с ПК, и этот маршрут, возможно, не лучший вариант, если требуется вывод с гарантированной производительностью.
Существует множество различных форматов для генераторов сигналов с точки зрения физического формата тестового прибора.Если требуется автономное оборудование, часто оборудование для стендовых испытаний является идеальным путем, но для систем и областей, где доступны ПК, другие варианты могут подойти лучше.
Различные типы генераторов сигналов могут генерировать сигналы разных типов. Их можно использовать в различных приложениях: одни для тестирования РЧ-оборудования, другие для обеспечения стимулов для логических плат, а другие используются во множестве различных областей для обеспечения различных необходимых стимулов. При рассмотрении того, что такое генератор сигналов, необходимо определить тип генератора, необходимый для данной работы.
Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
Осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
Измеритель LCR
Дип-метр, ГДО
Логический анализатор
Измеритель мощности RF
Генератор радиочастотных сигналов
Логический зонд
Тестирование и тестеры PAT
Рефлектометр во временной области
Векторный анализатор цепей
PXI
GPIB
Граничное сканирование / JTAG
Получение данных
Вернуться в меню тестирования.. .
Разработка и анализ недорогого генератора волн на основе прямого цифрового синтеза
Генераторы сигналов широко используются в экспериментальных курсах университетов. Однако большинство коммерческих тестовых генераторов сигналов дороги и громоздки. Кроме того, большинство из них находятся в фиксированном рабочем режиме с множеством малоиспользуемых сигналов. Чтобы улучшить эту ситуацию, был разработан малогабаритный и высокоточный экономичный генератор сигналов на основе технологии DDS, который способен выдавать волновые сигналы, обычно используемые в экспериментах.Во-первых, знакомятся с основными принципами работы DDS и определяется общая схема генератора сигналов. Затем предлагается конструкция аппаратного обеспечения, которая включает модуль питания, модуль дисплея, модуль клавиатуры, модуль генерации сигналов на основе микросхемы DDS и минимальный системный модуль на основе C8051F010. Генератор сигналов был разработан для вывода синусоидальных и прямоугольных сигналов, а другие достигнутые характеристики включали частотный диапазон от 0,1 Гц до 12,5 МГц, разрешение по частоте 0.05 Гц – 0,1 Гц, выходная амплитуда 1,0–4,5 В, точность частоты% и% и искажение сигнала% и%.
1. Введение
Генераторы сигналов широко используются в экспериментальных курсах [1–8]. Кроме того, прямоугольные и синусоидальные сигналы, генерируемые генераторами сигналов, широко используются в широком диапазоне приложений, обычно в качестве стандартного сигнала при тестировании электронных схем, измерении параметров или демонстрации на экспериментальных курсах. Однако из-за высокой стоимости, фиксированного рабочего режима и плохой расширяемости комбинируйте программируемые функции для генерации сигналов произвольной формы, а другие функции не могут быть полностью реализованы в обучающих экспериментах с генератором общих сигналов; Потребовался дешевый и небольшой генератор сигналов, который мог бы соответствовать обычным функциям вывода сигналов и быть пригодным для экспериментальных курсов [9–12].На основе технологии DDS был разработан экономичный генератор сигналов с небольшими размерами и высокой точностью. Прямоугольный сигнал с настраиваемой частотой, шириной и длительностью импульса и высокоточный синусоидальный сигнал с регулируемой амплитудой и частотой могут быть получены для удовлетворения требований в обучающих экспериментах. Некоторые отчеты посвящены теоретической разработке генератора сигналов по технологии DDS. Сообщений об изготовлении генератора сигналов по технологии DDS пока мало.
2. Общая схема генератора сигналов
2.1. Основной принцип технологии DDS
Основным принципом DDS является использование концепции фазы для выполнения частотного синтеза [2], что позволяет получать сигналы, изменяющиеся по фазе, в соответствии с изменением данных сигналов с разной амплитудой. Фазовый аккумулятор образован каскадным -битовым сумматором с -разрядным аккумуляторным регистром. Для каждого приходящего тактового импульса сумматор суммирует управляющее слово () с накопленными фазовыми данными, полученными регистром сумматора фазы, и результат отправляется обратно на входной порт регистра аккумулятора, так что сумматор непрерывно суммирует слово управления частотой под действием последующего тактового импульса.Фазовый сумматор непрерывно выполняет линейное сложение слова управления частотой с накоплением под действием входного тактового сигнала. Как показано на рисунке 1, синусоидальная волна рассматривается как колебание фазового цикла с вращающимся вектором, и каждая заданная точка на фазовом колесе соответствует угловой точке деления синусоидальной волны в цикле 0 ~ 2 π . . Каждый раз, когда вектор вращается вокруг фазовой окружности с постоянной скоростью, создается полный цикл синусоидальной волны. Можно видеть, что аккумулятор фазы добавляет управляющее слово один раз после каждого входа тактового сигнала, выходные данные аккумулятора фазы представляют собой фазу синтезированного сигнала, а выходная частота аккумулятора фазы является частотой сигнала на выходе DDS.Слово управления частотой определяет количество точек деления, которые могут перескакивать в фазовом цикле в каждом временном цикле. Большее количество точек деления приводит к более быстрому переполнению фазового аккумулятора и меньшему времени для завершения равных циклов синусоидальной волны; таким образом, изменение значения управляющего слова () может изменить выходную частоту [4]. Выходные данные аккумулятора фазы служат адресом выборки фазы в памяти формы сигнала (ПЗУ). Преобразование фазы / амплитуды завершается после извлечения значений выборок двоичной формы сигнала, хранящихся в памяти формы сигнала, с использованием таблицы поиска.
2.2. Общий проект программы генератора сигналов
Функциональная структура блок-схемы генератора сигналов, как показано на рисунке 2, в основном состоит из системы электропитания, системы SCM, модуля генератора сигналов DDS, модуля регулировки амплитуды, модуля генератора прямоугольных сигналов, модуль релейного выхода и т. д. Система питания обеспечивает напряжение питания 2,5 В, 3,3 В, 5 В и 15 В. Вход +5 В системы питания проходит через встроенный трехконтактный регулятор напряжения, чтобы получить 2.Напряжение 5 В и 3,3 В, а затем использует модуль источника питания постоянного тока для преобразования в +5 В и +15 В. Система SCM используется для управления работой человеко-машинного интерфейса, чтения с клавиатуры, отображения на ЖК-дисплее, и отрегулируйте амплитуду выходной синусоидальной волны. Он также выполняет программирование устройства DDS для создания соответствующего частотного сигнала, управления реле и переключения выходов синусоидальной и прямоугольной формы.
3. Аппаратное обеспечение генератора сигналов
3.1.Конструкция цепи источника питания
Как показано на Рисунке 3, входы и выходы AS1117-2.5, AS1117-3.3 и модуля DC-DC используют конденсаторы 330 мк Ф и 0,1 мк Ф для компенсации частоты, для предотвращения генерации регулятором высокочастотных автоколебаний и подавления высокочастотных помех в цепи. Выходные клеммы модулей питания A05S05-2W и A05S15-1W имеют резисторы и конденсаторы, образующие фильтр нижних частот, который может сглаживать скачки выходной мощности и уменьшать помехи для последующей микросхемы схемы.Конструкция обратной защиты также используется в цепи питания, где диод D3 находится в отключенном состоянии при нормальном питании. Если входное напряжение меняется на противоположное, диод проводит, и ток от внешнего источника питания течет через ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ и диод D3 на отрицательную клемму источника питания. Поскольку прямое сопротивление диода очень мало, ток резко возрастает и сгорает ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, размыкая цепь и тем самым защищая внутреннюю цепь от повреждения.
3.2. Конструкция ЖК-модуля
Модуль жидкокристаллического дисплея был построен на LCM1602, который имеет 2 × 16 символов и внутренний шрифт. Интерфейс показан на рисунке 4, где потенциометр можно использовать для регулировки потенциала ножек 3 для изменения контрастности ЖК-дисплея.
3.3. Конструкция схемы клавиатуры
Передняя панель генератора сигналов показана на рисунке 5. Посредством нажатия левой или правой кнопки для выбора каждого бита данных для передачи, а затем с помощью настроек сложения или вычитания, количество кнопок может быть увеличено. сокращаться и оставаться прежним, когда данные для передачи необходимо расширять.Это позволяет схеме быть очень гибкой, поскольку в программное обеспечение можно вносить соответствующие изменения. Функции вывода схемы могут быть выбраны с помощью кнопок «синус / прямоугольная волна». Частоту выходного сигнала можно настроить для состояния выхода прямоугольной волны, в то время как для состояния выхода синусоидальной волны частоту или амплитуду сигнала можно установить или изменить с помощью кнопки «Mode».
Как показано на Рисунке 6, «синусоидальный / прямоугольный сигнал» разработан с блокирующим переключателем, в то время как кнопки «Добавить», «Уменьшить», «Сдвинуть влево», «Сдвинуть вправо» и «Режим» являются кнопками. разработан без блокирующего переключателя.Выходной сигнал имеет высокий уровень 3,3 В при отпускании переключателей SW1 ~ SW5 и низкий уровень при их нажатии. Когда Switch6 отпускается, PIN2 подключается к PIN3, а PIN5 подключается к PIN6, в то время как PIN1 висит, SIN / REC имеет высокий уровень, а LED_SIN горит, указывая на то, что выходной сигнал является синусоидальным. Когда она нажата, SIN / REC имеет низкий уровень, а PIN4 подключается к PIN6, и LED_REC загорается, показывая, что выходной сигнал представляет собой квадрат волновых сигналов.
3.4. Схема генератора волн
3.4.1. Схема генератора синусоидальной волны
Как показано на рисунке 7, генератор сигналов основан на микросхеме DDS AD9833 производства Analog Devices, Inc.(ADI), что составляет 25 МГц с активным кристаллом в качестве опорной частоты.
3.4.2. Конструкция схемы амплитудной модуляции синусоидальной волны
В соответствии с требуемой синусоидальной амплитудой, вводимой с клавиатуры, цифро-аналоговый порт микроконтроллера выдает соответствующий сигнал постоянного тока, затем подает его на умножитель и умножает его на фиксированное значение. амплитудный синусоидальный сигнал для достижения функции регулирования амплитуды, как показано на рисунке 8.
В качестве множителя выбран MPY634, который питается напряжением ± 15 В и может иметь несимметричный вход (± 10 В) или дифференциальный вход (11 В), при этом выходное напряжение может достигать ± 11 В.Соотношение выходного напряжения и входного напряжения определяется формулой
. Поскольку умножитель имеет внутреннюю отрицательную обратную связь и ограничен, коэффициент усиления () теоретически бесконечен и на практике составляет не менее 85 дБ; следовательно,
Амплитуда синусоидальной волны колеблется от 0,038 В до 0,650 В; таким образом, составляющая постоянного тока () составляет 0,344 В. Выходной сигнал умножителя должен быть синусоидальным без составляющей постоянного тока, поэтому составляющая постоянного тока должна быть вычтена с помощью схемы, показанной на рисунке 8. Резистор подключен между портом и портом OUT, а резистор связан между портами и.
Предполагая, что сопротивления и равны и, тогда
— это выходное напряжение умножителя, и можно сделать следующее:
Следовательно,
Предполагая, что
— это усиление умножителя двух дифференциальных входов,
Ток на выходе умножителя не может выводиться напрямую из-за его слабой приводной мощности, поэтому перед входом умножителя должен быть установлен высокоскоростной операционный усилитель, чтобы увеличить выходной ток.
Принимая КОм, КОм, КОм, усилитель кратен; то
Выходное напряжение ЦАП микроконтроллера находится в диапазоне от 0 до 2,4 В, а синусоидальная форма сигнала DDS находится в диапазоне от 0 до 0,65 В, поэтому составляющая постоянного тока синусоидальной формы волны () составляет 0,344 В.
Уменьшение постоянного тока компонент на входе MPY634, амплитуда синусоидального сигнала составляет
Умножение двух дифференциальных входов дает, поэтому требуется получить амплитуду синусоидального сигнала более 4 В; усиление должно быть выбрано выше.
Способ подключения схемы определяет значение.
Когда порт SF завис, коэффициент усиления составляет SF = 10 В, который точно изменяется лазером в интегральной схеме, и ошибка составляет 0,1% или меньше.
Посредством подключения резистора между контактами SF и PIN можно изменить значение SF:
Определение KΩ, KΩ, затем
Поскольку на практике усилитель обеспечивает 5 В, выходное напряжение может достигать только примерно ± 4,5 В.
Амплитуда синусоидального сигнала колеблется от 0.От 038 В до 0,650 В, а его постоянная составляющая составляет 0,344 В, что получается с помощью резисторного делителя. Как показано на рисунке 9, трехпортовый стабилизатор напряжения AS1117-2.5 обеспечивает напряжение 2,5 В, обеспечивая напряжение смещения 0,344 В через разделительный резистор. 0 .344 В. Следовательно, можно исключить постоянную составляющую синусоидального сигнала с выхода DDS. Положительная обратная связь в схему образует гистерезисный компаратор путем добавления ветви делителя напряжения от выхода компаратора к синфазному входу. Это можно увидеть на схеме на Рисунке 10 (а).
(а) Принципиальная схема гистерезисного компаратора
(б) Характеристика передачи напряжения гистерезисного компаратора
(а) Принципиальная схема гистерезисного компаратора
(б) Характеристика передачи напряжения гистерезисного компаратора
Когда входное напряжение постепенно увеличивается от нуля, но меньше или равно, что называется предельным уровнем запуска«
Когда входное напряжение больше, чем,, и уровень запуска изменяется на, который называется нижним триггером уровень:
Пороговое напряжение равно
Из рисунка 10 (b) характеристик передачи напряжения гистерезисного компаратора видно, что сравниваемое напряжение различается между направлением приращения и направлением входного напряжения, а также помехами. в пределах диапазона гистерезиса не влияет на выходное напряжение.
Схема генерации прямоугольного сигнала показана на рисунке 11. Порт обеспечивает напряжение 2,5 В для модуля регулятора напряжения, напряжение можно регулировать с помощью потенциометра, а компаратор выдает около 4 В высокого уровня. Таким образом, напряжение люфта цепи составляет
3.5. Конструкция цепи управления релейным выходом
Как показано на рисунке 12, релейный модуль UA2 эквивалентен двухполюсному двухпозиционному переключателю. Стороны управления, PIN1 и PIN8, соответственно, подключены к источнику питания +5 В и переключателю переключения синусоидальной / прямоугольной формы сигнала, PIN2, PIN3, PIN4 — это переключатель для конечного переключения выходного сигнала, а PIN6, PIN7, PIN8 — переключатель для переключения. синусоидальная волна в компаратор гистерезиса для получения прямоугольной волны.Диод D1 предназначен для ограничения тока, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие тока на цепь.
Когда переключатель синусоидальной / прямоугольной формы отпущен, SIN / REC становится высоким, и нет тока через катушку реле или ток очень мал, что означает, что он не создает магнитной силы. Соединение PIN6 и PIN7 поместит синусоидальный сигнал в компаратор для создания прямоугольной формы волны. Затем квадратный сигнал будет вводиться в PIN2 распада, который будет отправлен на внешний интерфейс из-за соединения PIN2 и PIN3.При нажатии переключателя синусоидальной / прямоугольной формы сигнал SIN / REC переключается на низкий уровень; таким образом, катушка реле создает магнитную силу. Соединение PIN5 и PIN6 отделяет синусоидальный сигнал от компаратора, чтобы предотвратить создание помех. Подключенные PIN4 и PIN3 передают синусоидальный сигнал, генерируемый по амплитуде, на внешний выходной интерфейс.
3.6. Конструкция схемы управления микроконтроллером
Как показано на рисунке 13, микроконтроллер серии CYGNAL C8051F был выбран для реализации функций чтения с клавиатуры, отображения ЖК-дисплея, программирования микросхемы DDS и регулировки амплитуды синусоидального сигнала.Учитывая правила конфигурации выводов микроконтроллера, внутренние цифровые ресурсы начинаются с порта P0; поэтому при назначении порта периферийного устройства MCU начинает назначать порт P3 для резервирования порта P0 для внутренних ресурсов.
3.7. Развертывание печатной платы и конструкция защиты от помех
Из-за гибридной системы цифровой схемы и аналоговой схемы, а также ее высокой рабочей частоты, большое внимание следует уделять развертыванию печатной платы и ее конструкции защиты от помех.Учитывая стоимость и размер, плата PCB спроектирована с двухслойной пластиной и двойной разводкой. Разделите цифровую схему и аналоговую схему в компоновке печатной платы и проводке. В общем, мы должны принять способ отделения земли цифрового сигнала от земли аналогового сигнала и соединения их в одной точке. Что касается части аналоговой схемы, которая включает в себя микросхему DDS, умножитель и реле, она должна использовать способ соединения заземления, соответственно, и соединения земли в точке, одновременно утолщая линию заземления.
Тактовая схема генератора сигналов DDS является критически важной частью конструкции, которая может легко подвергаться помехам и иметь большое влияние на качество выходной волны, поэтому мы должны обратить на эту часть особое внимание. Чтобы достичь цели изоляции, кварцевый генератор должен быть близко к выводу микросхемы DDS, утолщать линию кварцевого генератора и питания, добавлять медь в оболочку кварцевого генератора. Конструктивная схема печатной платы AD9833 показана на рисунке 14.
Мы должны выделить линию электропередачи как можно больше жирной из-за ее высокого тока и принять во внимание импеданс.Структура STAR используется в силовой разводке. Фактически, в этой конструкции он спроектирован в виде самой короткой конструкции с помощью сначала ручной проводки, которая должна контролировать ширину токопроводящего провода. Тогда для каждого токового канала их устройства токопроводящий провод должен гарантировать более 20 мил. Наконец, схема будет оформлена в структуру STAR. Наконец, выполните схему в структуре STAR. Полная схема проектирования печатной платы показана на рисунке 15.
4. Программное обеспечение генератора сигналов
4.1. Общий дизайн программного обеспечения
Основная программная схема программного обеспечения SCM показана на рисунке 16, который основан на идее структурированной и модульной конструкции. Раздел инициализации в основном касается операции записи в несколько специальных регистров функций, чтобы установить режим и начальное значение каждого модуля и инициализировать используемые переменные. Затем выведите сигнал по умолчанию и восстановите последнее рабочее состояние, если источником сброса является сторожевой таймер или детектор отсутствующих часов. Сканирование клавиатуры контролируется таймером, реализованным в различных подфункциях в соответствии с различными формами сигналов и режимами генерации сигналов.
4.2. Программное обеспечение генератора сигналов
AD9833 представляет собой программируемый генератор сигналов DDS с двумя 28-разрядными регистрами частоты внутри и двумя 12-разрядными регистрами фазы. Блок-схема программного обеспечения показана на рисунке 17.
Во-первых, запишите 16-битное командное слово рабочего режима, чтобы определить рабочие условия и выбрать регистр частоты и регистр фазы, и, во-вторых, напишите одно или два слова управления частотой для управления. выходная частота.Наконец, запишите слово управления фазой, чтобы генератор сигналов DDS мог выводить формы сигналов, соответствующие частоте, определяемой значением регистра частоты, и фазе, определяемой значением в регистре режима. Схема последовательности записи данных представлена на рисунке 18.
4.3. Программный дизайн ввода с клавиатуры
Блок-схема сканирования с клавиатуры показана на рисунке 19. Используйте прерывание таймера T0 на 10 мс, чтобы реализовать сканирование с клавиатуры и устранить дрожание клавиатуры в соответствии с количеством прерываний.Таймер управляет несколькими операциями, такими как переключение режимов, добавление данных, сокращение данных и сдвиг данных влево или вправо, которые необходимо настроить. В различных режимах диапазон входных данных может быть ограничен, чтобы предотвратить выход за пределы диапазона. Если никакое действие клавиатуры не может быть обнаружено в течение семи секунд, он автоматически выйдет из режима FM или AM и вернется к нормальному состоянию генерации сигнала.
4.4. Программный дизайн ЖК-дисплея
4.4.1. Состояние синусоиды
В разных режимах ЖК-дисплей должен отображать разные интерфейсы для пользователя.Если это нормальный режим генерации синусоидального сигнала, как показано на рисунках 20 (a) и 21 (a), выключите мигание курсора и символа на ЖК-дисплее, отобразите текущую амплитуду в первой строке и покажите текущую частоту в вторая линия. Старший бит 0 не отображается. Если это синусоидальный режим FM, как показано на рисунках 20 (b) и 21 (b), установите мигающий символ и курсор, настройте самый младший бит по умолчанию и отрегулируйте курсор с помощью левой и правой клавиш. Самый младший бит вправо переместит курсор на самый высокий уровень, а самый высокий бит влево переместит курсор в самое низкое положение.Размер данных изменяется клавишами сложения и вычитания; если самый значимый бит для регулировки размера данных ограничен только 0 или 1, амплитуда не может быть выше величины 10 В, а частота не может быть установлена выше значения 20 МГц. Синусоидальная амплитудная модуляция показана на рисунках 20 (c) и 21 (c), в том же случае, что и в режиме FM.
4.4.2. Состояние прямоугольной волны
Использование клавиш — единственный способ настроить частоту в условиях прямоугольной волны, поэтому в этом состоянии есть только два режима: нормальный режим и режим FM.Если это нормальный режим, как показано на Рисунке 22 (a), то выключите ЖК-курсор и мигание символа, отобразите «REC WAVE» в первой строке и покажите текущую частоту во второй строке, в то время как старший бит 0 не отображается. Если это режим FM, как показано на рисунке 22 (b), процесс такой же, как и процесс, происходящий в состоянии синусоидального режима FM.
(a) Нормальный режим
(b) Режим FM
(a) Нормальный режим
(b) Режим FM
5.Экспериментальные данные и анализ
5.1. Частотные характеристики
Управляющее слово, генерируемое микроконтроллером, является целым числом, поэтому оно вычисляется с использованием операции с плавающей запятой, а затем преобразуется в целое число и записывается в микросхему DDS. Игнорирование десятичной части во время преобразования целого числа, поэтому ошибка равна 1, а разрешение по частоте составляет
( 1) Разрешение по частоте . Включение алгоритма округления может уменьшить ошибку, вызванную удалением десятичной части, и составляет 536.87; таким образом, если непосредственно удалить десятичную часть, то полученный результат будет 536, а ошибка — 0,87. После улучшения алгоритма округления результат 537, а ошибка 0,13, что значительно уменьшилось. После алгоритма округления слово управления частотой будет
Среди вышеперечисленных, МГц.
Наиболее значимое отклонение слова управления частотой составляет 0,5, поэтому разрешение по частоте составляет
Наихудшая относительная точность частоты составляет
( 2) Точность частоты. Принцип работы DDS основан на цифровой выборке и процессе восстановления модуля; поэтому количество точек выборки будет влиять на частотные искажения и точность составного сигнала. В результате теоретического анализа точки выборки и точность частоты выходного сигнала имеют следующую математическую зависимость:
В формуле — точность частоты и количество точек выборки.
Чем больше точек выборки, тем выше точность частоты; Напротив, чем меньше количество отсчетов, тем ниже точность частоты.В этой статье количество точек варьируется в зависимости от выходной частоты, что означает, что точность частоты может быть разной:
( 3) Искажение сигнала. Соотношение между искажением сигнала и точкой дискретизации равно
Если учесть влияние цифро-аналогового преобразователя на точность искажения формы сигнала, уравнение можно переписать как
В формуле — искажение формы сигнала, эффективная цифра Преобразователь ЦАП, а — количество точек выборки.
Синтезатор частот в этой статье основан на справочной таблице ПЗУ. Этот принцип предполагает, что слово управления частотой не только определяет выходную частоту, но также определяет количество точек дискретизации синтезированного сигнала. Чем больше слово управления частотой, тем больше выходная частота и меньше количество точек выборки; Напротив, чем меньше слово управления частотой, тем меньше выходная частота и больше количество точек выборки.Наряду с изменением выходной частоты изменяется и искажение формы волны выходного сигнала.
График контраста искажения формы сигнала показан на рисунке 23, а выходной сигнал нормальной синусоиды показан на рисунке 22 (a). Когда слово управления частотой и выходная частота увеличиваются, точки выборки будут уменьшены, и форма выходного сигнала может быть искажена, как показано на рисунке 22 (b).
(a) Нормальный выходной синусоидальный сигнал
(b) Искаженная диаграмма
(a) Нормальный выходной синусоидальный сигнал
(b) Искаженная диаграмма
В этой статье представлены максимальный и минимальный выходной сигнал искажение формы сигнала:
Кривые данных частотного тестирования показаны на рисунке 24.
5.1.1. Анализ погрешности частоты
( 1) Ошибка усечения фазы . Для получения высокочастотного разрешения разряд фазового аккумулятора обычно достаточно большой. Однако, поскольку емкость ПЗУ ограничена, выходной бит-бит фазового аккумулятора использует только старший бит для адресации ПЗУ (), а младший бит () округляется, что приводит к ошибке усечения фазы. Излучение спектра, вызванное усечением фазы, в основном связано со спектром паразитного сигнала, остающегося в спектре по обе стороны от выходного сигнала, а паразитный спектр представляет собой комбинацию опорной тактовой частоты и выходной частоты; паразитная спектральная амплитуда изменяется в зависимости от.Согласно теоретическому анализу, основной спектр и величина самого сильного паразитного спектра удовлетворяют следующему соотношению: где — цифра фазового аккумулятора, а — отброшенная цифра. Значение () определяет уровень самого сильного усеченного спектра относительно основного спектра, который вызван фазовой дедукцией. Конструкция модуля DDS в этом исследовании использует 28-битный фазовый аккумулятор и 12-строчный адрес ПЗУ, а округленная цифра в аккумуляторе. Из (16) можно рассчитать, что уровень самого сильного усеченного спектра относительно основного спектра составляет более -72 дБ.
( 2) Ошибка квантования амплитуды . Поскольку ПЗУ хранит образцы кодирования амплитуды сигнала, эти кодовые слова представлены конечными битами двоичных данных, что вносит ошибку квантования амплитуды. В общем, амплитуда шумового сигнала квантования намного меньше, чем амплитуда паразитного сигнала, вызванного усечением фазы и ошибками ЦАП; в определенном диапазоне он рассматривается как однородный распределенный белый шум. Общий коэффициент шума может быть получен с помощью статистических методов,
В приведенном выше примере эффективная адресная цифра на выходе фазового аккумулятора, а полное отношение сигнал / шум квантования амплитуды составляет 74 дБ, вызванное паразитными сигналами.
5.2. Амплитудные характеристики
Как показано на рисунке 25, при фиксированном входном напряжении 1 В, 2 В, 3 В и 4 В в диапазоне низких частот (0–10 кГц) затухание сигнала составляет 0 дБ, что означает фактическая выходная амплитуда соответствует заданной амплитуде. Когда частота превышает 10 кГц, амплитуда начинает убывать; Чем выше частота, тем больше затухание, а частота среза системы на 3 дБ составляет 80 кГц. Увеличение множителя будет уменьшаться с увеличением частоты входного сигнала.Поддерживая постоянную амплитуду входного синусоидального сигнала, мы должны изменить выходное напряжение ЦАП. Когда амплитуда синусоидального сигнала установлена на 1 В, затухание составляет менее -4 дБ на частоте 100 кГц, когда амплитуда установлена на 2 В, затухание амплитуды близко к -5 дБ, а когда амплитуда равна установлен на 3 В, затухание больше -5 дБ.
5.3. Реальная форма выходного сигнала
Амплитуда и частота улучшаются описанным выше методом, а выходной сигнал синусоидальной волны измеряется в качестве примера.На рисунке 26 показаны разные частоты формы выходного синусоидального сигнала при фиксации определенной амплитуды. На рисунке 27 показана разная амплитуда выходного синусоидального сигнала при фиксации определенной частоты. Из рисунков также видно, что рассчитанный выход генератора сигналов отличается стабильностью и высокой точностью.
6. Выводы
Присутствует генератор сигналов со встроенным программируемым устройством DDS. С помощью устройства DDS и микроконтроллера, и он может изменять частоту и фазу под управлением MCU.Амплитуду выходного синусоидального сигнала можно регулировать с помощью микроконтроллера; 12-битный цифро-аналоговый порт использовался для генерации переменного напряжения, а затем для умножения с фиксированной амплитудой синусоидального сигнала в умножителе. Синусоидальный сигнал с определенной амплитудой можно преобразовать в сигнал прямоугольной формы с помощью гистерезисного компаратора, изменяя напряжение сравнения для регулировки переменной скважности прямоугольной волны. Результаты экспериментов показали, что генератор сигналов отличается высоким разрешением, высокой точностью, небольшими размерами и малым весом, удобен и стабилен в использовании.Согласно теореме дискретизации, системная микросхема DDS работает на опорной частоте 25 МГц, а выходная частота синусоидального сигнала теоретически может достигать 12,5 МГц. Однако, когда выходная частота увеличивается до 10 кГц, амплитуда начинает уменьшаться из-за ограничений полосы пропускания умножителя. Хотя алгоритм нелинейной компенсации использовался в программном обеспечении системы для некоторого увеличения пропускной способности, необходимы дальнейшие улучшения.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарность
Этот проект финансируется за счет специального финансирования провинции Шаньдун для модернизации технологических исследований крупных научных инструментов (ID: 2013SJGZ26).
Serge Modular для Eurorack (3U) от Random * Source
Легендарные волновые умножители Serge Wave Multipliers (VCM) предназначены для динамического добавления новых гармонически связанных обертонов к входной форме волны. Согласно каталогу 1982 года, они «изменяют тембр новыми захватывающими способами, создавая интересные альтернативные формы обработки сигналов, которые уникальны для модульной музыкальной системы Serge.Поскольку в этом модуле есть три совершенно отдельных и разных типа волновых умножителей, можно синтезировать чрезвычайно разнообразную палитру новых эффектов ».
Верхняя часть предлагает два разных режима, выбираемых переключателем. В положении «HI» модуль работает для «выравнивания» входящего сигнала с округлым сглаживанием пиков сигнала, что в некоторой степени похоже на перегрузку лампового усилителя (с регулировкой напряжения!). В режиме «LO» модуль представляет собой VCA с линейным регулированием усиления. Это полезно для различных функций, таких как амплитудная модуляция и для стробирования сигналов в другие секции.
Средняя часть генерирует развертку нечетных гармоник (1, 3, 5, 7, 9, 11 и 13-ю), когда на ее вход подается синусоидальная волна и ручка FOLD повернута вверх или управляющее напряжение переключается с низкого на высокий. Этот эффект аналогичен продуванию ветровой трубы, закрытой с одного конца. Имеется второй вход, позволяющий смешивать два сигнала перед обработкой. Этот модуль можно использовать для исследования тембровых областей за пределами диапазона кольцевой модуляции.
Нижний волновой умножитель выполняет нелинейную форму волны, известную как двухполупериодное выпрямление, но также со сложной системой компенсации уровня.В схеме используются три секции двухполупериодного выпрямителя, соединенные в очень усовершенствованном управляемом формате. Перемещение входного сигнала VC по его диапазону приведет к плавному переходу тембра с использованием четных гармоник (второй, четвертой и восьмой). Однако в этом основном звуке присутствует много других составляющих, а его звучность очень богатая и разнообразная. Белый выход представляет собой «квадратную» версию черного, напоминающую гармонически усиленную широтно-импульсную модуляцию.
Версия Serge Wave Mulitpliers для евро со случайным * исходным кодом представляет собой лицензированную и авторизованную адаптацию оригинального дизайна Serge с использованием лучших частей, доступных на сегодняшний день (например,грамм. Операционные усилители Burr-Brown, конденсаторы C0G до 220 Н) для оптимального качества звука.
Теперь — впервые и по лицензии Serge — волновые умножители доступны в виде комплекта DIY (SMT) за евро.
Некоторые детали модуля Random * Source Serge VCM:
- По лицензии Сергея Черепнина
- Основная плата в SMT, содержащая почти все компоненты (впаяна оплавлением)
- Используемые детали Premium (4 операционных усилителя Burr-Brown, конденсаторы C0G до 220N, Wima 1uF…)
- Не требуются устаревшие детали
- Электропроводка не требуется
- формат Eurorack (3U), 18 лс
- Потребляемая мощность: 45 мА при +12 В, 40 мА при -12 В
- Глубина модуля: <35 мм (1,5 дюйма)
Пакет Random * Source содержит:
- Передняя панель с цветной печатью, 2 мм, чпу сделано в германии
- 1 плата Serge VCM Euro (включая припаянные компоненты SMT)
- 1 подходящая печатная плата
*** НАБОР ДЛЯ СДЕЛКИ НЕ ПОЛНЫЙ НАБОР! ***
Серж-резонансный эквалайзер (EQ)
RESONANT EQUALIZER (EQ) — уникальный десятиполосный фильтр, разработанный специально для электронного синтеза и обработки звука.За исключением верхней и нижней полос частот, полосы расположены с интервалом в одну большую седьмую. Резонансный эквалайзер предназначен для создания пиков и спадов формант, аналогичных таковым в акустических инструментах.
Есть три эквализованных выхода: два выхода COMB предоставляют суммы двух альтернативных полос фильтра, а два верхних выхода представляют собой (идентичную) смесь всех полос фильтра. Обратите внимание, что нет резкого разделения между полосами, перемещение любой ручки частоты повлияет на оба выхода COMB.Особенность этого эквалайзера в том, что полосы можно настроить так, чтобы они были резонансными: когда ручки находятся в среднем положении, отклик на основном выходе эквалайзера ровный. Когда ручки находятся между отметками «9 часов» и «3 часа», на полосе устанавливается усиление или ослабление до 12 дБ. Если ручка находится за положением «3 часа», полоса станет резонансной, имитируя естественный резонанс формантных структур акустических инструментов. Ниже отметки «9 часов» достигается повышенное отклонение полосы.
Версия фильтра Random * Source является лицензированной и авторизованной адаптацией легендарного эквалайзера Serge для Eurorack.Он добавляет входной микшер с 2 входами, которые могут быть построены / использованы для ослабления или усиления / искажения входных сигналов, прежде чем они будут отправлены в эквалайзер, и секцию обратной связи (ручка и переключатель фазы), которая позволяет возвращать выходной сигнал. сигнал или инвертированный выходной сигнал (в зависимости от переключателя фазы). Добавление инвертированной обратной связи приводит к эффектам подавления фазы — в отличие от «нормальной» обратной связи, уровень уменьшается и сигнал становится более тонким.
Теперь — по лицензии Сержа — легендарный EQ доступен в виде комплекта для сборки Eurorack.
Случайный * Источник Serge Resonant EQ , модуль :
- По лицензии Сергея Черепнина
- Входной смеситель / аттенюатор / усилитель
- Ручка обратной связи и переключатель фазы для добавления нормальной или инвертированной обратной связи
- формат Eurorack (3U), 18 лс
- Потребляемая мощность: 55 мА при +12 В, 55 мА при -12 В
- Супертонкий: глубина <25 мм (1 дюйм)
Некоторые детали набора Random * Source Serge Resonant EQ DIY :
- Сделай сам: 100% сквозное отверстие
- Не требуются устаревшие детали
- Электропроводка не требуется
- Потребляемая мощность: 100 мА при +12 В, 100 мА при -12 В
- Глубина модуля: <38 мм (1.5 ")
Набор для самостоятельной сборки Random * Source содержит:
- Передняя панель с цветной печатью, 2 мм, чпу сделано в германии
- 1 печатная плата Serge Resonant EQ Euro (детали не впаяны!)
- 1 подходящая печатная плата
— НОВИНКА: Доступен как полный модуль! –
Гладко-ступенчатый генератор Serge (SSG)
Гладко-ступенчатый генератор Serge (SSG) представляет собой сложный многофункциональный модуль, который может быть запрограммирован для обеспечения различных функций нарастания и выборки как для аудио, так и для CV-сигналов.Это один из важнейших модулей Serge.
Секция Smooth будет устанавливать положительное и отрицательное нарастание при переходах входного напряжения для эффектов запаздывания, портаменто с управляемым напряжением и для применений с фильтрами низких частот ». В режиме цикла (разъем цикла подключен к входу) сторона Smooth «будет колебаться, образуя треугольную волну LFO, управляемую напряжением. Высокий уровень на входе HOLD позволит использовать функцию сглаживания в качестве схемы слежения и удержания со скоростью нарастания, управляемой напряжением.
Ступенчатая функция может использоваться как выборка и удержание с ограничением скорости нарастания напряжения, управляемой напряжением. В режиме цикла импульс, подаваемый на вход Sample, будет генерировать сложные лестничные формы волны для приложений с управляющим напряжением и для использования в качестве звуковых сигналов.
Ответвитель — это внутренний компаратор, который сравнивает выходные уровни плавного и ступенчатого генераторов. Этот выход полезен для генерации сложных управляющих напряжений или случайных напряжений.
Версия Smooth & Stepped Generator для евро со случайным * исходным кодом является лицензированной и авторизованной адаптацией оригинальной конструкции Serge, которая обеспечивает увеличенный звуковой диапазон Smooth Generator и биполярный («горячий») выход ответвителя в дополнение к обычный (униполярный) выход ответвителя.
Теперь — впервые и по лицензии Сержа — SSG доступен в виде комплекта DIY (SMT) за евро.
Некоторые детали комплекта модуля Random * Source Serge SSG:
- По лицензии Сергея Черепнина
- Печатная плата в SMT, содержащая почти все компоненты (впаяна оплавлением)
- Не требуются устаревшие детали
- Электропроводка не требуется
- формат Eurorack (3U), 18 лс
- Потребляемая мощность: 35 мА при +12 В, 30 мА при -12 В
- (НОВИНКА) Подходит для скифов: <25 мм (1 ")
»
В комплект Random * Source Kit входят:
- Передняя панель с цветной печатью, 2 мм, чпу сделано в германии
- 1 печатная плата Serge SSG Euro (включая припаянные компоненты SMT)
- 1 подходящая печатная плата
*** НАБОР ДЛЯ СДЕЛКИ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ПОЛНЫМ НАБОРОМ (И НЕ СОЗДАННЫМ МОДУЛЕМ)! ***
Генератор треугольных сигналовиспользует IC
Аннотация: В этой заметке по применению описывается реализация генератора треугольной формы с однополярным питанием с использованием MAX9000 и некоторых пассивных компонентов.Схема приложения использует операционный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения в качестве активных строительных блоков. MAX9000 выбран потому, что он объединяет эти три компонента.
Введение
Линейность треугольных сигналов делает генераторы треугольных сигналов полезными во многих схемах развертки и испытательном оборудовании. Например, импульсные источники питания и схемы управления асинхронными двигателями часто используют генератор треугольной волны как часть схемы широтно-импульсного модулятора (ШИМ). В этой статье представлен компактный генератор треугольной формы, использующий одну микросхему MAX9000 и несколько пассивных компонентов.Семейство устройств MAX9000 включает в себя высокоскоростной операционный усилитель, высокоскоростной компаратор и прецизионный эталон ширины запрещенной зоны.Описание схемы
Рис. 1. Концепция конструкции базового генератора треугольных волн.
Рис. 2. Генератор треугольных волн на MAX9000.
На рисунке 1 показана базовая схема генератора треугольной волны. Она состоит из двух основных строительных блоков: интегратора для генерации выходного сигнала треугольной формы и компаратора с внешним гистерезисом (триггер Шмитта) для установки амплитуды треугольная волна по желанию.
Операционный усилитель сконфигурирован как интегратор для обеспечения треугольного выходного сигнала. Этот подход основан на том простом факте, что интегрирование постоянного напряжения приводит к линейному нарастанию. Выход интегратора возвращается на его инвертирующий вход триггером Шмитта. Входные пороговые напряжения триггера Шмитта предназначены для изменения состояния, соответствующего желаемым пиковым напряжениям на выходе треугольной волны.
У схемы на Рисунке 1 есть недостаток: пики треугольной волны могут быть только симметричными относительно опорного напряжения, подаваемого на инвертирующий вход компаратора.Например, для генерации треугольной волны от 0,5 В до 4,5 В требуется опорное напряжение (0,5 В + 4,5 В) / 2 = 2,5 В. Поскольку стандартный эталон запрещенной зоны имеет выходное напряжение 1,23 В, было бы предпочтительнее, если бы диапазон напряжения треугольной волны мог быть установлен независимо от эталона запрещенной зоны. Эта гибкость достигается путем добавления резистора R3 к цепи гистерезиса, как показано на , рис. 2, , где в схеме используется MAX9000. Резистор R3 позволяет устанавливать пики треугольной волны независимо от опорного напряжения.
Рекомендации по проектированию
Шаг 1. Постройте компаратор «Trigger-Happy» (конструкция триггера Шмитта)
a) Выберите R2Входной ток смещения на CIN + компаратора меньше 80 нА. Чтобы свести к минимуму ошибки, вызванные входным током смещения, ток через R2 должен быть не менее 8 мкА. Ток через R2 составляет (V REF — V OUT ) / R2. Рассматривая два возможных выходных состояния для решения для R2, получаются две формулы:
R2 = V REF / I R2
And:
R2 = [(V DD — V REF ) / I R2 ]
Используйте меньшее из двух результирующих значений резистора.Например, для V DD = 5 В, V REF = 1,23 В и I R2 = 8 мкА два значения R2 равны 471,25 кОм и 153,75 кОм. Поэтому для R2 выберите стандартное значение 154кОм.
b) Выберите R1 и R3
Во время нарастания треугольной волны на выходе компаратора устанавливается низкий уровень (V SS ). Точно так же при падающем темпе требуется, чтобы на выходе компаратора был высокий логический уровень (V DD ). То есть компаратор должен изменить состояние, соответствующее требуемым точкам пика и спада треугольной волны.Применение узлового анализа на неинвертирующем входе компаратора и решение этих двух пороговых значений дает следующие одновременные уравнения:
В этом примере диапазон напряжения треугольной волны составляет от 0,5 В до 4,5 В. Следовательно, замена V IH = 4,5 В, V IL = 0,5 В, V DD = 5 В и V REF = 1,23 В дает R1 = 124 кОм и R3 = 66,5 кОм.
Шаг 2. Чистая развертка (схема интегратора)
Учитывая два возможных выходных состояния компаратора, величина тока, протекающего через резистор R4, определяется как:I R4 = (V DD — V REF ) / R4
And:
I R4 = V REF / R4
Максимальный входной ток смещения операционного усилителя составляет 2 нА.Следовательно, чтобы минимизировать ошибки, ток через R4 всегда должен быть больше 0,2 мкА. Это ограничение подразумевает, что:
R4 <6,12 МОм
Частота треугольной формы волны задается как:
Для этого примера выберите f = 25 кГц, V OUT , PP = 4 В (для 0,5 V до 4,5 В треугольной формы), и V REF = 1,23 В. Это дает постоянную времени как R4 × C = 9,27 мкс. Выберите C = 220 пФ и R4 = 42,2 кОм.
Шаг 3. Посмотрите, прежде чем прыгать
Результирующий выходной сигнал будет соответствовать расчетной частоте, если операционный усилитель не ограничен.Поскольку конденсатор обратной связи заряжается (или разряжается) при постоянном токе, максимальная скорость изменения выходного сигнала составляет:При распознавании изменений процесса операционный усилитель должен иметь типичную скорость нарастания напряжения на 40% выше, чем максимальная скорость выходного сигнала изменение, в этом случае не менее 0,56 В / мкс. Согласно техническому паспорту MAX9000, скорость нарастания операционного усилителя составляет 0,85 В / мкс, что достаточно для сигнала 25 кГц.
Результаты
На рисунке 3 показана форма выходного сигнала схемы, показанной на рисунке 2.
Рисунок 3. Форма выходного сигнала для треугольной волновой схемы на рисунке 2.
Ссылки
¹ Террелл, Дэвид Л., «Операционные усилители: проектирование, применение и устранение неисправностей», ISBN 0-7506-9702-4.
©, Maxim Integrated Products, Inc. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4362: ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 4362, г. AN4362, AN 4362, APP4362, Appnote4362, Appnote 4362 |
maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution
maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution
Терминология и технические характеристики генератора сигналов
Как объяснялось ранее, для точной генерации цифровой сигнал должен обновляться по крайней мере в два раза быстрее, чем самая высокая частота полезного аналогового сигнала.Несмотря на то, что теоретическое требование для частоты дискретизации fs вдвое превышает ширину полосы сигнала f0, изображения вводятся в выходной сигнал при | f0 ± nfs |, как показано на рисунке 11. Изображения ухудшают спектральную чистоту сигнала. сигнал, создавая необходимость отфильтровывать эти изображения из сигнала.
Рисунок 11
Для создания качественных сигналов большинство генераторов сигналов имеют возможность фильтровать нижние частоты генерируемого сигнала. Фильтр нижних частот используется для сглаживания сырого выходного сигнала ЦАП.Фильтр удаляет высокочастотные составляющие с наложением спектров, которые появляются в результате цифровой генерации сигнала. Вы можете реализовать фильтр нижних частот как через аналоговые, так и через цифровые фильтры.
Создание аналогового фильтра, который отклоняет изображения и при этом получает максимальную выходную полосу пропускания (от 0 до 0,43 фс), сложно и почти невозможно, и он представлен на рисунке 6 кривой Аналоговый фильтр 1. Аналоговый фильтр 2 представляет собой более практичный фильтр. Этот фильтр не такой агрессивный, как аналоговый фильтр 1.Аналоговый фильтр 2 не отфильтровывает изображения вблизи fs, но отклоняет все остальные. Аналоговые фильтры имеют компромисс между спадом затухания после точки 3 дБ и равномерностью затухания до точки 3 дБ.
Рисунок 12
Третий фильтр, аналоговый фильтр 3, имеет точку на 3 дБ выше, чем первые два аналоговых фильтра. Из-за более высокой точки на 3 дБ фильтр почти плоский в полосе пропускания (от 0 до 0,43 фс).Аналоговый фильтр 3 вообще не фильтрует изображения, полученные при частоте кадров и 2 кадровой частоты, но этот недостаток можно устранить с помощью цифрового интерполяционного фильтра.
Чтобы упростить требования к аналоговому фильтру и получить большую полосу пропускания выходного сигнала, генераторы сигналов часто используют цифровые фильтры для интерполяции данных между сохраненными данными формы сигнала. Например, при 2-кратной интерполяции ЦАП интерполирует 1 точку между каждым цифровым отсчетом. Большинство генераторов сигналов NI предлагают варианты интерполяции 2x, 4x и 8x.Чтобы сгенерировать наиболее спектрально чистые сигналы с помощью цифрового фильтра, вы должны использовать самый высокий коэффициент интерполяции, который вы можете.