Лабораторный генератор ШИМ с широким диапазоном частот для проектирования высокочастотных импульсных стабилизаторов, преобразователей и испытания различных схем.
Лабораторный генератор ШИМ с широким диапазоном частот для проектирования высокочастотных импульсных стабилизаторов, преобразователей и испытания различных схем.
В наше время весь мир крутится вокруг широтно-импульсной модуляции (ШИМ), да что и говорить, даже день и ночь – и те подвластны ШИМу (зимой день короче чем ночь и наоборот J ). ШИМ сейчас используется везде, где только можно представить его применение: регуляторы, стабилизаторы, преобразователи, блоки питания и прочие устройства. Учитывая тенденцию увеличения мощности, неуклонного роста используемых частот в силовой и преобразовательной технике, а также уменьшению массо — габаритных показателей, я решил что иметь у каждого в домашней лаборатории широкодиапазонный генератор ШИМ просто обязательно. Но это, конечно же, должен быть не просто генератор.
Нужно что бы он имел регулировку частоты в широком диапазоне, регуляторы коэффициента заполнения, регуляторы DEAD TIME, однотактный и двухтактный выходы, а также инверсию выходов для каждого. Инверсия выходов необходима для проверки мостового преобразователя. Да и мало ли чего ещё захочется исследовать. Но в тоже время он должен быть простым для сборки, наладки и повторения. В данном случае будет достаточно перекрыть диапазон частот в однотактном режиме от 60 кГц до 2 МГц, в двухтактном режиме от 30 кГц до 1 МГц. Регулировать коэффициент заполнения в однотактном режиме от 1 % до 99%, а в двухтактном режиме от 2 % до 98%, с возможностью регулирования паузы DEAD TIME («мертвая зона»). Генератор должен иметь минимальное число переключателей по диапазонам. Все должно регулироваться плавно и без скачков. Желательно иметь настройку грубо и точно на каждый параметр регулирования.
С помощью такого генератора можно проверять качество работы драйверов управления полевых транзисторов, скоростные показатели работы различных компонентов и многое–многое другое.
Чтобы не утомлять прочтением всей статьи, сразу покажу, какой сигнал получился на выходах в разных режимах и на разных частотах:
С помощью этого генератора я запускаю любой блок питания, в котором микросхема не дает импульсов на запуск, или уходит в защиту по непонятной причине. Плавно увеличивая коэффициент заполнения, смотрю, что происходит на выходе блока, или токовом шунте ключевого транзистора. Отыскание неисправности в любых импульсных блоках с этим генератором — просто сказка и занимает по времени считанные минуты. Откидываю, например, затвор силового транзистора от родной микросхемы, и цепляю его к своему генератору с драйвером. Для того что бы подключаться например по высокой стороне к двухтактникам, иногда такое надо, необходимо использовать оптодрайвер на 6N137 или любых других быстрых оптопарах.
Ещё можно проверять на что годны операционные и аудио усилители. Поскольку самые низкие искажения имеют только повторители напряжения, проверку буду производить именно в этом режиме.
Ради прикола, беру самый первый советский операционник К140УД1Б и загоняю его на испытания. Показатели у него значительно лучше, чем у LM358.
Можно проверять время задержки в логических элементах и минимальную длительность импульса для триггеров.
Даже проверил, как себя поведет стабилитрон TL431 на частоте 1,3 МГц:
Желтым — вход, синим — выход.
А также испытать и проверить многое другое…….
Вот, вкратце, возможности моего генератора.
Когда я поставил перед собой задачу, попробовал погуглить и найти готовое решение. Поиски не увенчались успехом. В итоге было решено самому создать схему отвечающую запросам.
Теперь я ознакомлю вас с результатами моих исследований длившихся около года
Мои исследования
На первый взгляд самой привлекательной и простой схемой, найденной в даташитах и интернете, показалась схема на основе готового PULSE WIDTH MODULATION контроллера типа TL494 и её аналогах КА7500. TL 494 и ее последующие версии — наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтактных преобразователей питания.
Но на деле это решение подходит под наши задачи только на 1/10 решения и её нельзя использовать на частотах более 100 кГц — в однотактном режиме и до 50 кГц — в двухтактном режиме. Почему? Хотя по даташиту она может использоваться и до 300кГц, мне не понравилось, как она себя ведет на частотах выше 100 кГц.
Что гласит даташит:
Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, рекомендованный диапазон Rt = 1…500кОм, Ct=470пФ…10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты без учета дрейфа навесных компонентов +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания — в пределах 0.
Я попробовал испытать её возможности, и хотел перекрыть нужный мне диапазон в 2 МГц, но на частоте выше 1 МГц она нормально так и не запустилась. Пришлось пока ограничиться только 1 МГц. Сделал пять диапазонов регулирования частоты, поставил стабилизатор напряжения на 12 вольт по питанию с блокировочными конденсаторами, чтобы не нарушалась чистота эксперимента и начал испытание.
Схема:
Макетная плата подопытной схемы:
Джамперы для выбора частоты:
Результаты проведенного испытания возможностей TL494:
Данная микросхема для моего требования к генератору не подходит, и никакие средства и ухищрения разогнать её на большую частоту так ни к чему и не привели. Предел мечтаний с ней это 100 кГц (с большой натяжкой 150 кГц).
На более высокой частоте даёт о себе знать очень уж медленный компаратор, использующийся в схеме кристалла. Также мешает повышению частоты и встроенная коррекция. Читаем из даташита особенности данной микросхемы:
Для стабильной работы триггера — время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс. Так как в ней очень медленные усилители ошибки (фактически, операционные усилители с Ку = 70..95 дБ по постоянному напряжению, Ку = 1 на 300 кГц), я их не использую в схеме испытания вообще, и они заблокированы. Эти усилители не предназначены для работы в пределах одного такта рабочей частоты. При задержке распространения сигнала внутри усилителя в 400 нс они для этого слишком медленные, да и логика управления триггером не позволяет (возникали бы побочные импульсы на выходе).
Замечания по работе микросхемы 494 на повышенной частоте, которые меня не устраивают:
1. Встроенный генератор пилообразного напряжения на большое время замыкает конденсатор, вследствие этого перед новым циклом заряда появляется площадка с нулевым потенциалом.
2. Сильная зависимость коэффициента заполнения от частоты, которая проявляется с нарастающим эффектом после прохождения частоты 100 кГц.
Рассматривая осциллограммы работы ШИМ регулятора с TL494 на разных частотах, при максимальном и минимальном коэффициенте заполнения, чётко заметны изменения минимального и максимального коэффициента заполнения в зависимости от частоты.
Как видно, изменение минимального коэффициента заполнения на частоте 50 кГц =5% и на частоте 1 МГц = 14,3% отличаются почти в три раза.
Вот почему эту простую и удобную схему я отложил в сторонку. Она мне еще пригодится в дальнейшем: я к ней все-таки вернусь, но уже на дискретных быстрых компараторах и нормальных быстрых триггерах.
Дальше на пути у меня была схема на NE555 таймере, которую я использовал лишь только в качестве генератора пилообразного напряжения. Я и не предполагал, что он тоже окажется довольно медленным, но все же, немного лучше, чем предыдущая TL494. С ним можно подняться к частотам около 200 кГц в однотактном режиме. Только надо добавить компаратор и триггер с логикой ИЛИ-НЕ.
Схема генератора на 555 таймере:
Осциллограммы работы генератора пилообразного напряжения на 555 таймере на частотах 332 кГц и 462 кГц.
Тут видно округление вершин и спада импульса.
На частоте более 500 кГц пила становится неузнаваема.
Разочаровавшись в готовых решениях только на аналоговых элементах, я пробовал синтезировать ШИМ чисто на цифровых логических элементах и счетчиках с триггерами, без использования аналоговых компонентов, но там меня подстерегали другие, куда более сложные проблемы. Выравнивание задержек распространения сигнала по элементам и т.п. Особенно большую проблему составляют триггеры и счетчики, которые совсем не хотят щелкать на малой длительности импульса и просто тупо пропускают счет. А это значит, что ключам, на которые будет работать генератор, очень скоро придет конец. Отказался от этой затеи через неделю боя с 561 логикой. Она, оказывается, ну уж очень медленная для таких частот — 20 МГц при делении ШИМа по 10 %. Ещё через две недели отказался и от 1533 тоже.
Финальная схема генератора.
После нескольких неудачных попыток воплотить мечту в реальность (иметь в своей домашней лаборатории генератор с 2 МГц ШИМа), недельку- другую отдохнул, подумал, набрался сил и снова приступил к решению проблемы.
На этот раз без выкрутасов и лёгких путей, учитывая предыдущие наработки и ошибки. Из всех опробованных решений самое большее удобство пользования предоставляла схема на TL494 или на таймере. Поэтому было решено клонировать начинку NE555 и TL494 на быстродействующих компонентах и собирать некий «симбиоз» двух микросхем на отдельных компараторах и логике. Компараторы с ТТЛ выходом я взял те, что были у меня в столе — КР597СА2, но можно и любые другие, главное быстродействующие и с ТТЛ выходом. Ну, если вдруг захочется позверствовать, то ЭСЛ будет куда круче (тогда и 20 МГц не предел), но мне пока не нужна такая большая частота (разве для преобразователя с индуктивностью без ферритового сердечника). Тогда надо ставить КР597СА1, и логику серии К500.
После первого запуска схемы обнаружилось много казусов, но по мере отладки многие грабли были убраны, и схема заработала как часы.
Схема:
Схема состоит из генератора пилообразного напряжения (состоящего из стабилизатора тока на транзисторах VT1, VT2, VT3; двух компараторов DA1, DA2; триггера DD1 и разрядного транзистора VT4), схемы выделения прямоугольных импульсов (с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3), двух стабилизаторов опорного напряжения (2,5в и 2,9в), формирователя двухтактного сигнала (на триггере DD2 и элементах DD3 DD4 2-ИЛИ-НЕ), повторителя и инвертора для однотактного выхода (на DD5, DD6).
Фото макетной платы:
Для облегчения процесса настройки я приведу осциллограммы напряжений в каждой важной точке схемы. Итак…
Генератор пилообразного напряжения. Конденсатор заряжается через стабилизатор тока. Канал 1 – напряжение на конденсаторе С5, канал 2 – напряжение на базе разрядного транзистора VT4.
По графикам заметен необъяснимый факт ухода напряжения в область отрицательных значений, но это работе не мешает, так как в схему выделения прямоугольных импульсов в задающее напряжение позже я также внесу небольшое отрицательное смещение с помощью делителя R6, R10 для охвата всего диапазона изменения напряжения «пилы». R1 подбирается для ограничения верхней максимальной частоты (я ограничился лишь 2 МГц, хотя вся схема нормально работает и до 5 МГц).
Осциллограммы напряжений на выходах компараторов DA1, DA2 на разной частоте. Канал 1 – напряжение на компараторе DA1 вывод 14, канал 2 – напряжение на компараторе DA2 вывод 14:
Для борьбы со «звоном» компаратора вблизи зоны переключения, в схеме выделения прямоугольных импульсов на DA3, я ввел резисторы ПОС (положительной обратной связи) R16, R15 на одноименных входах — выходах компаратора.
ПОС нужна на частоте ниже 1 МГц. На частоте в 2МГц данная цепь не требуется и сама перестает участвовать в работе, что видно по осциллограммам. Осциллограммы напряжений на входах компаратора DA3 на разной частоте. Канал 2 – напряжение на компараторе DA3 вывод 2 – задание порога переключения, канал 1 – напряжение на компараторе DA3 вывод 3 с генератора «пилы». Осциллограмма на частоте 96 кГц. Канал 2 увеличено. Видна волнистая линия синхронно переключению компаратора – это и есть работа ПОС для задания гистерезиса. Глубину гистерезиса можно было бы и уменьшить, но на карту поставлены ключи, которыми будет управлять генератор, поэтому оставим все без изменения.
Далее схема выделения прямоугольных импульсов с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3. На прямой вход компаратора подается пилообразное напряжение, а на инверсный вход – напряжение задания порога переключения компаратора. На выходе получается прямоугольный импульс.
Смотрим осциллограммы, разбираемся и вникаем.
Здесь все понятно. Только если нужен для работы двухтактный выход, то увлекаться очень малым (99%) коэффициентом заполнения не стоит. Так как триггер на малой длительности входного импульса не успевает переключаться, и будет просто пропускать периоды, выдавая на выходе вместо двухтактных импульсов по очереди – два одинаковых, однотактных, а это чревато нехорошими последствиями, типа сквозного пробоя одновременно открытых ключей.
Дальше я покажу, как переключается триггер, когда длительность импульса достаточна для его нормальной работы на разных входных частотах. Частота на выходе D триггера равна половине частоты на входе, и всегда имеет коэффициент заполнения 50% независимо от коэффициента заполнения на входе. Все это видно ниже на графиках.
А вот так хулиганит триггер при входных импульсах недостаточной длительности:
Видно как сбивается развертка и просматривается тот самый пропуск импульса.
А это приводит например в полумостовом преобразователе к сквозному «кототоку».
Далее покажу, как формируется полтакта двухтактного импульса, пройдя компаратор, триггер и логический элемент 2ИЛИ-НЕ:
То, что получилось на выходных контактах, я поместил в первой картинке. Внимательно смотрим, изучаем. Как видно из графиков, минимальная длительность импульсов на двухтактном выходе завышена до 5%, для того, чтобы триггер четко переключался при входной частоте 2 МГЦ. На частотах до 500 кГц её можно установить и 1 % не опасаясь за пропуски импульса.
Основной нюанс по настройке генератора: самое главное – чтобы стояли блокировочные керамические конденсаторы типа КМ-5 по 0,1 мкф минимум, или SMD импортные, на каждом корпусе микросхемы. Без них схема работает очень неустойчиво. Одна сторона платы используется для дорожек, а вторая используется как экран, её нужно соединить с корпусом в нескольких точках.
Блок питания каких–либо особенностей не имеет.
Для канала +12в используется КРЕНка или 7812, а для канала – 6в используется 7906
Об выходных драйверах на 2 МГц напишу позже, а то и так много читать надо. Можно использовать готовые микросхемы драйверов, можно собирать на дискретных элементах.
Спасибо за внимание, и за терпение, и за то, что хватило сил дочитать до этой строки.
Ещё поздравляю и желаю много валерианки!!!
Макетная плата в Layout 5, видео работы генератора в разных режимах и картинки отдельно в файлах.
Файлы:
плата
архив картинок
видео
Все вопросы в Форум.
Каталог радиолюбительских схем. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.
Каталог радиолюбительских схем. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР
А. МАТЫКИН, г. Москва
Введение в относительно несложный функциональный генератор на микросхеме МАХ038 функций качания частоты и генератора меток позволяет проводить разнообразнейшие измерения, регулировки и контроль работоспособности различной радиоэлектронной аппаратуры в широком диапазоне частот.
Интересные возможности применения, которые имеет этот генератор, могут быть получены введением аналогичных узлов и в другие функциональные генераторы, описания которых опубликованы в нашем журнале в последние два-три года.
При проведении ряда измерений функциональный генератор, наряду с мультиметром и осциллографом, является обязательным прибором, входящим, пожалуй, в основной необходимый комплекс домашней лаборатории радиолюбителя.
Генератор качающейся частоты тоже бывает незаменим при исследовании, например, амплитудно-частотных характеристик. Он позволяет наблюдать за изменением характеристик в зависимости от вариации параметров исследуемых цепей, при этом в некоторых случаях время настройки резонансных цепей может быть в десятки, а то и сотни раз меньше, чем в классическом методе исследования АЧХ по точкам.
Обычно в несложных функциональных генераторах с небольшим частотным диапазоном отсутствуют регулировки скважности прямоугольных импульсов, а также времени прямого и обратного хода напряжения пилообразной формы, нет возможности получения частотно- или широтно-импульсного модулированного сигнала.
Что касается генераторов качающейся частоты, то в них обычно много резонансных контуров, они трудны в настройке, их изготовление зачастую не под силу и радиолюбителям средней квалификации.
В простых ГКЧ [2] обычно отсутствуют сигналы частотных меток, и поэтому без частотомера толку от таких приборов очень мало.
Предлагаемый вниманию радиолюбителей-конструкторов генератор свободен от перечисленных недостатков. Большая часть прибора собрана на цифровых микросхемах, что максимально упрощает его налаживание. Изготовить его может даже радиолюбитель с небольшим стажем. В описании приведены рекомендации по изменению некоторых характеристик «под свой вкус».
Основные технические характеристики генератора
Рабочий диапазон частот разбит на девять поддиапазонов:
1) 0,095 Гц…1,1 Гц;
2) 0,95 Гц…11 Гц;
3) 9,5 Гц…110 Гц;
4) 95 Гц…1100 Гц;
5) 0,95 кГц…11 кГц;
6) 9,5кГц…110кГц;
7) 95 кГц. ..1100 кГц;
8) 0,95 МГц…11 МГц;
9) 9 МГц.
..42 МГц*.
Верхняя частота девятого поддиапазона определяется конкретным экземпляром микросхемы МАХ038: ее типовое значение — около 40 МГц, минимальное — 20 МГц.
Форма выходного сигнала — прямоугольная, синусоидальная, треугольная, пилообразная. Размах выходного напряжения от пика до пика (на сопротивлении нагрузки RH= 50 Ом) — 1 В.
Скважность прямоугольных импульсов — 0,053… 19. Регулировка частоты и скважности выходного сигнала — взаимонезависимая.
Сигналы частотных меток можно устанавливать с интервалами 10 и 1 МГц, 100, 10 и 1 кГц, а также 100 Гц.
Максимальная модулирующая частота по входам ШИМ и ЧМ — 2МГц, девиация частоты Fo (ЧМ) внешним модулирующим сигналом — до ±50 %.
Основу генератора (его схем а приведена на рис. 1) составляет микросхема МАХ038 фирмы MAXIM, подробное описание которой приведено в [1].
Рассмотрим работу прибора в режиме функционального генератора, когда движок резистора R6 «Девиация» находится в крайнем нижнем по схеме положении.
Форма выходного сигнала генератора определяется логическими уровнями на входах АО, А1 и зависит от положения переключателя SA6. Было замечено влияние нестабильности управляющих сигналов для входов АО и А1 на общую нестабильность частоты генерации. Для цели минимизации данного эффекта предназначены конденсаторы С12, С13, уменьшающие уровень наводок и пульсации источника питания.
Частота генерируемого сигнала зависит от емкости CF, подключенной к выводу COSC (конденсаторы С1 — С8) напряжения на входе SADJ и втекающего тока на вход IIN. Выбор поддиапазона производится переключателем SA1. Плавная регулировка частоты внутри поддиапазона происходит по входу IIN. Величина тока, поступающего на вход, определяется сопротивлением резисторов R12, R13, коэффициентом усиления ОУ DA1.1 и положением движка переменного резистора R20. Для поддиапазонов 2 — 8 она составляет 21…240 мкА. При переходе на 9-й поддиапазон увеличивается масштаб усиления DA1.1 за счет уменьшения ООС (введение R19)h вели чина тока IIN возрастает до 160.
..750 мкА. Это необходимо из-за ограничения минимально допустимой величины емкости Ср в 20 пф. При переключении на первый поддиапазон вводится R17, уменьшая падение напряжения на R20, R21 в десять раз и уменьшая соответственно IIN до2,1 …24мкА.
Таким образом, для поддиапазонов 1 — 8 коэффициент перекрытия равен 11 и при переключении с одного поддиапазона на друг ой выходная частота изменяется в 10 раз, что позволяет использовать одну проградуированную шкалу плавного изменения частоты. Для девятого диапазона необходима отдельная шкала, он более растянут, коэффициент перекрытия — около 4,7. Для каждого конкретного экземпляра DA2 лучше экспериментально подбирать ширину девятого диапазона по значению граничной частоты генерации микросхемы. В любом случае для расширения, сужения или сдвига диапазонов частот можно воспользоваться формулами:
Fmin=UminR9/[CFR;.(R12+R13)];
Fmax=UmaxR9/[CFR -(R12+R13)], где Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R’ = R18 — для поддиапазонов 1 — 8, R’ = R19 — для поддиапазона 9; Ср= С1 .
..С8(для соответствующего поддиапазона).
Параметры, представленные в формулах, измеряются соответственно: F — в килогерцах, U — в вольтах, R — в омах, С — в пикофарадах.
Надо отметить, что для первого поддиапазона из-за введения резистора R17 величины Umin и Umax, подставляемые в формулы для расчета частоты, необходимо уменьшить в десять раз относительно полученной. Конденсаторы СЮ, С11 предназначены для улучшения стабильности постоянного управляющего напряжения, поступающего на вход5ОУ DA1.1.
Относительная расстройка частоты (±50% от Fo) осуществляется резистором R4(SA3 в положении «Fo»). Для получения частотно-модулированных колебаний на вход ЧМ подают внешний модулирующий сигнал и переводят SA3 в верхнее по схеме положение (положение ЧМ).
Для широтно-импульсной модуляции используют соответствующий вход ШИМ; регулировка скважности производится резистором R2. Понятие «скважность» здесь применяется несколько условно, точнее — это изменение соотношения положительной полуволны относительно длительности периода в процентах: для прямоугольных колебаний это действительно скважность, но для колебаний треугольной формы — это соотношение времени прямого и обратного хода (сигнал меняется от «прямой» пилы до «обратной»), для синусоидального сигнала — изменение (искажение) формы сигнала.
Последнее может быть полезно для минимизации коэффициента гармоник генератора подстройкой формы синусоиды.
Амплитуда модулирующих сигналов для входов ЧМ и ШИМ должна быть не более ±2,3 В.
Переключатели SA4, SA5 предназначены для отключения управления скважностью и частотой по входам DADJ и FADJ микросхемы DA2, при этом скважность устанавливается равной 2 (50 %), а частота точно соответствует выставленной резистором R20.
Выходной сигнал поступает с выхода OUT DA2 через резистор R44 на гнездо «Выход генератора 1». Входы COSC, DADJ, FADJ микросхемы очень чувствительны к внешним наводкам, их соединение с переключателями целесообразно проводить экранированным кабелем или узел генератора расположить в экранированном отсеке.
Для регулирования уровня выходного сигнала удобно пользоваться внешним аттенюатором, подключаемым между выходом генератора и входом исследуемого устройства. Можно рекомендовать аттенюатор, приведенный в [2], он обеспечивает диапазон ослабления от 0 до 64 дБ с шагом 1 дБ и хорошо согласуется по входному и выходному сопротивлению.
В режиме качания частоты вход генератора соединяют с соответствующим выходом осциллографа. Управление частотой ГКЧ синхронно с разверткой осциллографа производится по входу IIN микросхемы DA2. Сигнал со входа поступает на конденсатор С9, где отсекается постоянная составляющая. Далее с движка переменного резистора R6, который регулирует размах управляющего сигнала и соответственно ширину полосы качания генератора, поступает на инвертирующий усилитель—сумматор DA1.1. Просуммированный с постоянной составляющей, определяющей центральную частоту качания и регулируемую резистором R20, сигнал поступает на вход UN DA2. Стабилитрон VD1 ограничивает максимально допустимый ток для входа IIN до уровня 750 мкА.
Генератор частотных меток состоит из задающего генератора на DD1.1 — DD1.3, делителей на DD3 и DD4, триггера DD5.1 и компаратора на DA1.4. Кварцевый задающий генератор вырабатывает сигнал частотой 10 МГц, который поступает на вход делителя DD3 (коэффициент деления 10). Далее с выхода DD3 сигнал в 1 МГц поступает на вход делителя с переменным коэффициентом деления DD4.
В зависимости от положения переключателя SA7.1 на входе С триггера DD5.1 будет присутствовать сигнал частотой 10 МГц, 1 МГц или сигнал, частота которого определена коэффициентом деления DD4. На входы JK-триггера поступает с выхода SYNC DA2 сигнал, частота которого равна частоте выходного сигнала генератора, а фаза сдвинута на 90 град. К выходу триггера подключен ФНЧ на элементах R40, С22—С27 (частота среза определяется положением SA8).
Таким образом, на входе компаратора DA1.4 получаем низкочастотные биения выходной частоты генератора и частот, кратных частоте на тактовом входе DD5.1. Амплитуда биений тем выше, чем ближе расположены вышеуказанные составляющие по оси частот. Следовательно, при плавном изменении выходной частоты сигнала генератора на входе DA1.4 будут присутствовать всплески сигнала биений, указывающие на кратность частоты выходного сигнала генератора частоте сигнала меток. Ширина
всплесков (во времени) зависит от ширины полосы ФНЧ и определяется положением SA8, это сделано для получения четких меток при разных полосах обзора и на различных диапазонах генератора.
Резистором R36 определяется порог срабатывания компаратора, отсекая шумы биений ниже заданной амплитуды. Амплитуда меток регулируется резистором R46 и складывается с основным сигналом на R45. Коэффициент деления DD4 выбирается переключателем SA7.2 и позволяет получить на выходе делителя сигнал с частотами 100, 10, 1 кГц, 100 Гц. При положении SA7 в двух крайних (верхних по схеме) положениях DD4 производит однократный счет и останавливается — сигнала на его выходе Q нет.
Для расширения возможностей генератора можно дополнить сетку частот сигнала меток необходимым набором частот, например 465 кГц, для настройки УПЧ радиоприемников. В этом случае коэффициент деления выбирают исходя из формулы:
N = М (1000Р1 + 100Р2+10РЗ+ Р4)+ Р5,
где N — коэффициент деления; М — модуль, определяемый кодом на Ка, Кь, Кс; Р1 — множитель тысяч, определяется кодом на J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 — множители сотен, десятков, единиц, они определяются кодом на J13—J16, J9— J12, J5—J8; Р5 — остаток, который определяется кодом J1—J4.
Подробное описание работы микросхемы К564ИЕ15 приведено в [3]. Генератор имеет отдельный выход «Метки», который может быть полезен в ряде измерений, где необходимо иметь образцовую кварцованную частоту.
Вспомогательный генератор звуковой частоты на DA1.2 собран по типовой схеме, он может использоваться для модуляции основного генератора по частоте или широтно-импульсной модуляции либо как отдельный генератор.
Детектор (рис. 2) собран по схеме удвоения напряжения и позволяет работать в диапазоне 10кГц…50 МГц при использовании частоты развертки осциллографа не более 100 Гц. Для исследования низкочастотных цепей частота развертки должна быть очень низкой, применение обычного осциллографа не позволяет видеть АЧХ. При наличии запоминающего осциллографа возможно наблюдение частотных характеристик, начиная с частоты 0,1 Гц. При этом необходимо применить другую входную цепь синхронизации, например, показанную на рис. 3.
Также для этой цели лучше изготовить отдельную детекторную головку, увеличив емкости конденсаторов С1 и С2 (см.
рис. 2). Увеличение их емкости расширяет частотный диапазон снизу, одновременно уменьшая допустимую частоту развертки осциллографа. Для получения меток на низких частотах необходимо выбрать соответствующий коэффициент деления DD4 и вместо фильтра на R40, С22—С27 применить высокодобротный фильтр; ограничение все же имеется — выделить биения на низких частотах затруднительно.
Блок питания (рис. 4) собран по обычной схеме и вырабатывает питающие напряжения ±5 В и ±12 В. Токи потребления по соответствующим шинам не превышают указанных пределов: -5 В — 300 мА: -5 В — 100 мА;+12 В — 50 мА; -12 В — 50 мА.
В устройстве использованы резисторы МЛТ 0,125, в качестве переменных допускается использовать СП, СПО, СП4. Частотно-задающие конденсаторы должны иметь малый ТКЕ — применимы серии КЛС, КМ-5 (С5-С8), К73-9, К73-16, К73-17 (С2-С4). Полярный конденсатор С1 — К52-1 с; малым током утечки; остальные конденсаторы — любые. Переключатели SA1, SA6—SA3 — ПГ. Микросхемы DD1 — DD3, DD5 заменимы на аналогичные серий К155, К555, К533, нужно лишь учитывать соответственное изменение тока потреблении.
Микросхему серии 564 или K564(DD4) вполне заменит К561ИЕ15.
Печатная плата для генератора не разрабатывалась. При размещении элементов и соединений на плате необходимо как можно дальше разнести все цепи, связанные со входами (выводы 3—10) DA2 от остальных цепей.
Настройку генератора начинают с подбора конденсаторов С1 —С6, чтобы при переключении диапазонов частота менялась точно в десять раз. Конденсаторы С7, СЗ лучше дополнительно подобрать после окончательной сборки конструкции, так как на общую емкость CF для поддиапазонов 8, 9 влияют емкость соединительного кабеля, монтажная и другие паразитные емкости.
После этого градуируют две шкалы для резистора R20 (для поддиапазонов 1—8 и 9). Далее проверяют форму выходного сигнала в зависимости от положении SA6 и пределы регулирования скважности и расстройки. Диапазон их регулировки можно изменить, пересчитав делитель R1—R4, учитывая при этом, что напряжения на входах FADJ и DADJ должны быть в пределах 12,3 В. Затем на вход подают сигнал от осциллографа, вход Y осциллографа подключают к выводу 7 DA1.
1, движок резистора R20 выставляют на середину одного из поддиапазонов, R6 ставят в верхнее по схеме положение и подбором R5 добиваются, чтобы сигнал на выводе 7 DA1.1 был в пределах 0,2…7,5 В. Это соответствует максимальной полосе качания. Внутри полосы частота может меняться в 300 раз, для уменьшении этого значения сопротивление R5 увеличивают до требуемой величины.
Настройку генераюра частотных меток начинают с установки частоты задающего генераюра. Частотомер подключают к выводу 6 DD1.3 и подстройкой конденсатора С18 выставляют частоту, равной 10 МГц. Далее проверяют соответствие частот на выходе частот меток положениям переключателя SA7. После этого проверяют наличие сигнала биений на выводе 13 DA1.4 и резистором R36 выставляют порог срабатывания компаратора до получения четких узких меток на выходе DA1.4. На этом настройку генератора можно считать законченной.
Вспомогательный генератор звуковой частоты на DA1.2 (см. рис. 1) настраивают подстройкой R23 до получения устойчивой генерации синусоидального сигнала.
Настройка блока питания заключается в выставлении соответствующих выходных напряжений с помощью резисторов R1, R4, R6.
Для исследования АЧХ собирают установку по схеме на рис. 5. Переключатель SA6 переводят в положение генерации синусоидального сигнала. Предполагаемое расположение АЧХ выставляют переключателем SA1 и резистором R20, резистором R6 устанавливают необходимую полосу качания (обзора). С помощью переключателя SA7 выбирают необходимые частотные метки.
Переключателем SA3 добиваются получения на экране осциллографа четких устойчивых меток. Изменяя параметры исследуемого устройства, отслеживают изменение характерных точек АЧХ: по частоте — относительно меток, по амплитуде — относительно положений аттенюатора.
Радио №5, 1998 г., с. 34-36,81.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ковалев В. Многофункциональный генератор МАХ038. Радио: 1996, № 10. с. 53.
2. Нечаев И. функциональный генератор с диапазоном частот 0,1 Гц… 10 МГц. Радио, 1997, № 1: с 34, 35.
3. Скрыпник В. А. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры. — М.: Патриот. 1990. с. 5.
4. Алексеев С. Применение микросхем серии К561. Радио, 1987, №1, с. 43.
| Содержание | © Каталог радиолюбительских схемВсе права защищены. Радиолюбительская страница.Перепечатка разрешается только с указанием ссылки на данный сайт. Пишите нам. E-mail: [email protected] или [email protected]. | Я радиолюбитель |
ТПС61060 | Купить TI Parts
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
| Кол-во | Цена |
|---|---|
| — | |
| — | |
| — | |
| + |
*Только для справки
- ECCN США: EAR99
| Пакет | Пины ВСОН (ДРБ) | 8 |
| Диапазон рабочих температур (°C) от -40 до 85 |
| Количество в упаковке | Перевозчик 3000 | БОЛЬШОЙ T&R | водитель СИД
- с интегрированным перенапряжением
и защита от короткого замыкания - Диапазон входного напряжения от 2,7 до 6 В
- Напряжение обратной связи 500 мВ/250 мВ
- TPS61060 Питание до 3 светодиодов
- TPS61061 Питание до 4 светодиодов
- TPS61062 Питание до 5 светодиодов
- Управление яркостью ШИМ включено
- Цифровая регулировка яркости на ILED
- Фиксированная частота переключения 1 МГц
- Внутренний силовой МОП-транзистор, 400 мА
- Светодиоды отключены во время завершения работы
- работает с маломощными конденсаторами
До 220 нФ - Эффективность до 80 %
- 8-контактный корпус NanoFree ® (чип, CSP)
- Пакет QFN размером 3 × 3 мм
TPS6106x — высокочастотный синхронный повышающий преобразователь с постоянным током
выход для управления до 5 белых светодиодов.
Для максимальной безопасности устройство имеет встроенную защиту от перенапряжения.
и улучшенная защита от короткого замыкания, когда выход замыкается на землю. Устройство работает
с фиксированной частотой переключения 1 МГц, что позволяет использовать небольшие внешние компоненты и
упростить возможные проблемы с электромагнитными помехами. Устройство поставляется с тремя различными защитами от перенапряжения.
пороги (14 В/18 В/23 В), позволяющие использовать недорогие и маломощные конденсаторы с более низким напряжением
рейтинги. Ток светодиода изначально задается внешним чувствительным резистором Rs, а обратная связь
напряжение регулируется до 500 мВ или 250 мВ, в зависимости от конфигурации контактов ILED. Цифровой
управление яркостью реализовано путем подачи простого цифрового сигнала на вывод ILED.
В качестве альтернативы, сигнал PWM до 1 кГц может быть подан на контакт включения для управления светодиодом.
яркость. Во время отключения выход отключается от входа, чтобы избежать утечки тока.
через светодиоды.
| Кол-во | Цена |
|---|---|
| — | |
| — | |
| — | |
| + |
Опции держателя
Вы можете выбрать различные варианты держателей в зависимости от количества деталей, включая полную катушку, индивидуальную катушку, обрезанную ленту, трубку или лоток.
Индивидуальная катушка представляет собой непрерывный отрезок ленты из одной катушки для обеспечения прослеживаемости по коду партии и даты, созданный для точного запрошенного количества. В соответствии с отраслевыми стандартами латунная прокладка соединяет 18-дюймовую ведущую и концевую части по обеим сторонам отрезанной ленты для прямой подачи в автоматизированные сборочные машины. TI включает плату за намотку для индивидуальных заказов на катушки.
Отрезанная лента представляет собой отрезок ленты, отрезанный от катушки. TI может выполнять заказы, используя несколько полос разрезанных лент или коробок, чтобы удовлетворить запрошенное количество.
TI часто поставляет устройства в трубке или в лотке в коробке, в тубе или лотке, в зависимости от наличия на складе. Мы упаковываем все ленты, трубки или коробки для образцов в соответствии с требованиями защиты от внутреннего электростатического разряда и уровня чувствительности к влаге.
Узнать больше
Может быть доступен выбор кода партии и даты
Добавьте количество в корзину и начните процесс оформления заказа, чтобы просмотреть варианты, доступные для выбора кодов партий или дат из существующих запасов.
Узнать больше
Конструкция VCO минимальной мощности с варактором IMOS для портативных радиочастотных цепей
[1] Thabet H, Meillère S, Masmoudi M, Seguin JL, Barthelemy H, Aguir K. КМОП дифференциально-кольцевой ГУН с низким энергопотреблением для беспроводного датчика. Аналоговый Integr Circ Sig Process. 2012;73(3):731-40.
[2] Boerstler DW. Тактовый генератор PLL с малым джиттером для микропроцессоров с диапазоном синхронизации 340-612 МГц. IEEE J Solid State Circ. 1999;34(4):513-9.
[3] Сонг С.С., Шин Х. ВЧ-модель МОП-варактора в режиме накопления, действующая как в области накопления, так и в области истощения.
IEEE Trans Electron Dev. 2003;50(9):1997-9.
[4] Джин Дж. Генератор малой мощности, управляемый напряжением, в режиме тока для беспроводных приложений на частоте 2,4 ГГц. Компьютер Электр Инж. 2014;40(1):92-9.
[5] Цао С, Оо КК. Генераторы миллиметрового диапазона, управляемые напряжением, на 0,13-мм КМОП-технологии. IEEE J Solid State Circ. 2006;41(6):1297-304.
[6] Катли Б, Хелла ММ. 0,5-В 3,6/5,2 ГГц CMOS многодиапазонный LC VCO для сверхнизковольтных беспроводных приложений. Международный симпозиум IEEE по схемам и системам 2008 г.; 2008 г. 18-21 мая; Сиэтл, США. США: IEEE; 2008. с. 996-9.
[7] Паниграхи Дж.К., Ачарья Д.П. Анализ производительности и проектирование широкополосного кольцевого генератора на КМОП-структуре, управляемого напряжением. 2010 г. 5-я Международная конференция по промышленным и информационным системам; 2010 29 июля — 1 августа; Мангалор, Индия. США: IEEE; 2010. с. 234-8.
[8] Чен З.З., Ли Т.К. Проектирование и анализ кольцевых генераторов с двойной задержкой.
IEEE Trans Circ Syst Fund Theor Appl. 2011;58(3):470-8.
[9] Мира Дж., Дивел Т., Рамет С., Бегерет Дж. Б., Девал Ю. А. Распределенное смещение варактора MOS для выравнивания усиления VCO в технологии CMOS 0,13 / spl mu / m. 2004 IEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Systems; 2004 г., 6-8 июня; Форт-Уэрт, США. США: IEEE; 2004. с. 131-4.
[10] Luo Y, Ma C, Gan Y, Qian M, Ye T. Двухдиапазонный CMOS LC-VCO с высоколинейными характеристиками перестройки частоты. Микроэлектрон Дж. 2015;46(12):1420-5.
[11] Азадмусави Т., Агдам Э.Н. Маломощный LC-VCO с повторным использованием тока и адаптивной техникой смещения тела. AEU-Int J Electron Comm. 2018;89:56-61.
[12] Као Дж.Т., Чандракасан АП. Методы двухпорогового напряжения для маломощных цифровых схем. IEEE J Solid State Circ. 2000;35(7):1009-18.
[13] Chang HY, Chiu YT. Дифференциальные и квадратурные КМОП-генераторы диапазона $ K $, управляемые напряжением, для приложений с низким фазовым шумом и малой мощностью.
IEEE Trans Microw Theory Tech. 2011;60(1):46-59.
[14] Падован Ф., Тибаут М., Мертенс К.Л., Бевилакуа А., Невиани А. Проектирование малошумящих биполярных ГУН SiGe K-диапазона: теория и реализация. IEEE Trans Circ Syst Fund Theor Appl. 2014;62(2):607-15.
[15] Кумар М. Проектирование линейного маломощного генератора, управляемого напряжением, с варактором I-MOS и настройкой обратного затвора. Сигнальный процесс Circ Syst. 2018;37(9):3685-701.
[16] Ullah F, Liu Y, Wang X, Sarfraz MM, Zhang H. Дифференциальный ГУН с расширенной полосой пропускания и квадратурный ГУН с варакторной связью для миллиметровых волн. AEU-Int J Electron Comm. 2018;95:59-68.
[17] Свелто Ф., Эрратико П., Манзини С., Кастелло Р. Варактор металл-оксид-полупроводник. IEEE Electron Device Lett. 1999;20(4):164-6.
[18] Магет Дж., Тибаут М., Краус Р. Влияние легирования затвора варакторного МОП на характеристики LC-VCO 2,7–4 ГГц в стандартной цифровой КМОП-технологии 0,12 мкм. Материалы 28-й Европейской конференции по твердотельным схемам; 24–26 сентября 2002 г .
; Флоренция, Италия. США: IEEE; 2002. с. 491-4.
[19] Дин М.Дж., Каземейни М.Х., Насех С. Рабочие характеристики сверхмаломощного ГУН. Материалы Международного симпозиума по схемам и системам 2003 г .; 2003 г. 25-28 мая; Бангкок, Тайланд. США: IEEE; 2003. с. 697-700.
[20] Андреани П., Маттиссон С. Об использовании варакторов МОП в ВЧ ГУН. IEEE J Solid State Circ. 2000;35(6):905-10.
[21] Экен Ю.А., Уемура Дж.П. Управляемый напряжением кольцевой генератор с частотой 5,9 ГГц в КМОП 0,18 мкм. IEEE J Solid State Circ. 2004;39(1):230-3.
[22] Karimi A, Ebrahimi E. Новый модифицированный варактор I-MOS для увеличения линейного диапазона. Микроэлектрон Дж. 2019;90:181-6.
[23] Йошида Т., Исида Н., Сасаки М., Ивата А. Низковольтный осциллятор с низким фазовым шумом, управляемый напряжением, с использованием методов 1/f-шумоподавления. Японский J Appl Phys. 2007;46(4S):2257-60.
[24] Джангра В., Кумар М. Конструкция ГУН с широким диапазоном настройки, использующая многопроходный контур дополнительного управления током с варактором IMOS для маломощных приложений.
