Генераторы импульсов

Генератор импульсов

Главная > Генераторы > Генератор импульсов

Назначение этих устройств понятно из названия. С их помощью создают импульсы, которые обладают определёнными параметрами. При необходимости можно приобрести аппарат, изготовленный с применением фабричных технологий. Но в данной статье будут рассмотрены принципиальные схемы и технологии сборки своими руками. Эти знания пригодятся для решения разных практических задач.

Как выглядит генератор импульсов Г5-54

Необходимость

При нажатии клавиши электромузыкального инструмента, электромагнитные колебания усиливаются и поступают на громкоговоритель. Слышен звук определённого тона. В этом случае используется генератор синусоидального сигнала.

Для слаженной работы памяти, процессоров, других составных частей компьютера необходима точная синхронизация. Образцовый сигнал с неизменной частотой создаётся тактовым генератором.

Чтобы проверить работу счётчиков, других электронных устройств, выявить неисправности, применяют единичные импульсы с необходимыми параметрами. Такие задачи решают с помощью специальных генераторов. Обычный ручной переключатель не подойдёт, так как с его содействием не получится обеспечить определённую форму сигнала.

Параметры выходных сигналов

Перед выбором той или иной схемы, необходимо точно сформулировать цель проекта. На следующем рисунке приведён в увеличенном виде типичный прямоугольный сигнал.

Схема прямоугольного импульса

Его форма не является идеальной:

  • Напряжение возрастает постепенно. Учитывают длительность фронта. Этот параметр определяется временем, за которое импульс вырастает от 10 до 90% амплитудной величины.
  • После максимального выброса и возврата к исходному значению возникают колебания.
  • Вершина – неплоская. Поэтому длительность импульсного сигнала замеряется на условной линии, которая проведена на 10% ниже максимального значения.

Также для определения параметров будущей схемы используют понятие скважности. Этот параметр вычисляется по следующей формуле:

S=T/t, где:

  • S – это скважность;
  • T – период повторения импульса;
  • t – длительность импульса.

При невысокой скважности кратковременный сигнал сложно фиксировать. Это провоцирует сбои в системах передачи информации. Если временное распределение максимумов и минимумов одинаковое, параметр будет равен двум. Такой сигнал называют меандром.

Меандр и основные параметры импульса

Для упрощения в дальнейшем будут рассмотрены только генераторы прямоугольных импульсов.

Принципиальные схемы

На следующих примерах можно понять принципы работы самых несложных устройств этого класса.

Схемы генераторов прямоугольных импульсов

Первая схема предназначена для формирования единичных прямоугольных импульсов. Она создана на двух логических элементах, которые соединены для выполнения функций триггера типа RS.

Если кнопка находится в указанном положении, на третьей ножке микросхемы будет высокое напряжения, а на шестой – низкое. При нажатии уровни поменяются, но не возникнет дребезг контактов и соответствующие искажения выходного сигнала.

Так как для работы требуется внешнее воздействие (в этом случае – ручное управление), это устройство не относится к группе автогенераторов.

Простой генератор, но выполняющий свои функции самостоятельно, изображён на второй половине рисунка. При подаче питания через резистор заряжается конденсатор. Реле срабатывает не сразу, так как после разрыва контакта, некоторое время течение тока через обмотку, обеспечивается зарядом конденсатора. После замыкания цепи этот процесс повторяется неоднократно, пока не будет отключено питание.

Изменяя номиналы сопротивления и конденсатора, можно наблюдать на осциллографе за соответствующими трансформациями частоты и других параметров сигнала. Такой генератор прямоугольных сигналов создать будет нетрудно своими руками.

Для того чтобы расширить диапазон частоты, пригодится следующая схема:

Генератор с изменяемыми параметрами импульсов

Чтобы реализовать план, двух логических элементов недостаточно. Но подобрать одну подходящую микросхему нетрудно (например, в серии К564).

Параметры сигнала, которые можно изменить регулировкой своими руками, другие важные параметры

Элемент принципиальной схемыПредназначение и особенности
VT1 Этот полевой транзистор использован для того, чтобы в цепи обратной связи можно было применить резисторы с высоким сопротивлением.
C1 Допустимая ёмкость конденсатора – от 1 до 2 мкФ.
R2 Величина сопротивления определяет длительность верхних частей импульсов.
R3 Этот резистор – устанавливает длительность нижних частей.

Чтобы обеспечить стабильность частоты прямоугольных сигналов, используют схемы на кварцевых элементах:

Схема на кварцевом элементе со стабилизацией частоты

Для подключения больших нагрузок мощности, автогенераторов на логических элементах недостаточно. Пригодятся выходные узлы на транзисторах.

Генератор с транзистором для подключения динамика, или другой нагрузки

В этой схеме вместо двух, использован один переменный резистор для регулировки скважности.

Видео. Высоковольтный генератор импульсов своими руками

https://www.youtube.com/watch?v=CIFFV7m0qiQ

Чтобы своими руками было проще собрать генератор импульсов определённой частоты, лучше использовать универсальную монтажную плату. Она пригодится для экспериментов с разными принципиальными электрическими схемами. После приобретения навыков и соответствующих знаний, будет нетрудно создать идеальное устройство для успешного решения конкретной задачи.

Источник: https://elquanta.ru/generatory/generator-impulsov.html

Генераторы импульсов на микросхемах КМОП

Генераторы на КМОП логике по принципу построения ничем не отличаются от генераторов на ТТЛ микросхемах, но ввиду малого энергопотребления КМОП микросхемами и гораздо меньших рабочих токов (в частности входных) отличия все же имеются.

Прежде всего, для генераторов КМОП логики характерны большие величины времязадающих резисторов (десятки и сотни кОм в отличие от сотен Ом для ТТЛ) и малые емкости конденсаторов.  К примеру, классическая схема генератора (рис.

1), собранная на 561 серии  при сопротивлении резистора менее 1 кОм вообще не запустится.

Ниже у МОП генераторов получится и максимальная частота генерации, которая ограничена верхней частотой переключения МОП элементов (обычно до 2 МГц). Причем эта частота падает при снижении напряжения питания.

Достоинством же генераторов на КМОП микросхемах можно считать широкий диапазон питающих напряжений (для 561 серии напряжение питания  может лежать в диапазоне от 2 до 12 В, тогда как ТТЛ логика достаточно жестко привязана к напряжению питания 5В, 10% погрешность).

Плюс малые величины, а значит и габариты времязадающих конденсаторов и, главное, очень малое энергопортебление (1 мА и менее).

Если требуется повысить стабильность частоты генерации, то имеет смысл применить схему на трех инверторах.

Ну и еще более стабильными получатся генераторы, в качестве частотозадающего элемента в которых используется индуктивность. В этом случае схема простейшего мультивибратора будет выглядеть так:

Из-за того, что переключение логического элемента не происходит ровно при половине питающего напряжения, длительность импульса простого КМОП генератора сильно отличается от длительности паузы. При необходимости получить четкий меандр со скважностью 2, придется использовать более сложную схему:

Здесь длительность паузы и длительность импульса можно изменять независимой подборкой сопротивлений R1 и R2.

Следующие две схемы позволяют оперативно регулировать либо длительности импульса и паузы раздельно (рисунок а), либо менять скважность (одновременное уменьшение одной характеристики с увеличением другой):

Вообще же для получения идеально четкой скважности 2 лучше использовать счетный триггер, подключенный к выходу мультивибратора, настроенного на частоту вдвое большую, чем необходимо получить.

Есть вариант получения скважности 2 или так называемого «меандра» и проще. Для этого придется собрать симметричный мультивибратор на микросхеме К561ТЛ1. При равенстве сопротивлений и емкостей в плечах, такой генератор будет выдавать четкий «прямоугольник» со скважностью 2.

Частоту генерации можно определить по следующей формуле:  F=1.05/R1*C1, где F – частота в килогерцах, R – сопротивление резистора R1 = R2 в килоомах, С – емкость конденсатора  C1=C2 в микрофарадах. Мультивибратор может быть собран и на микросхемах К561ЛЕ5 или К561ЛА7, однако фронт и спад импульсов в этом случае будет несколько завален.

А вот еще несколько схем симметричных мультивибраторов:

Ну и когда к стабильности частоты предъявляются совсем уже жесткие требования, то как и в случае с ТТЛ-генераторами, без кварцевого резонатора не обойтись:

Обратите внимание, что в частотозадающую цепь может быть подключен подстроечный конденсатор небольшой емкости, позволяющий слегка изменять частоту генерации. Стабильность же при этом будет все равно зависеть от стабильности кварцевого резонатора.

Источник: http://esxema.ru/?p=1455

Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах

На сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, поговорим о радиоаппаратах с самовозбуждением, а конкретно – об устройствах, охваченных цепью положительной обратной связи и позволяющих выдавать на выходе периодические сигналы определённой колебательной природы.

А начнём с самого простого – генераторов прямоугольных импульсов с использованием цифровых КМОП микросхем. Тема наболевшая: “Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП”.

О состоянии дел на участке генераторостроительного цеха и изыскании внутренних резервов “доложит нам начальник транспортного цеха”. Опишем несколько схемных решений генераторов прямоугольных импульсов, построенных на различных микросхемах серии К561, или каких-либо им подобным.

Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах 2И—НЕ (ЛА7), 2ИЛИ—НЕ (ЛЕ5), триггерах Шмитта (ТЛ1), или инверторах (ЛН2).

В качестве докладчика выступил и поделился своими знаниями в журнале Радио №1 (2000г) господин С.Елимов – достойный сын столицы славной, города-героя Шупашкар (по-нашему – Чебоксары).

Рис.1 Генератор, изображённый на Рис.1 сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 2В. При изменении значения Uпит от 5 до 15В уход частоты в сторону увеличения составляет примерно 10%. Скважность импульсов близка к двум при любом напряжении питания. В результате разогрева корпуса микросхемы частота несколько уменьшается (на 4% при 85°С).С погрешностью, не превышающей 10%, можно вычислить частоту генерации данной схемы -F = 0,48/(R1×C1).
Рис.2 Несколько лучшим параметром стабильности обладает генератор, выполненный на трех логических элементах и представленный на Рис.2.Формула для вычисления частоты генерации данной схемыF = 0,54/(R1×C1). Обе схемы обладают весомыми величинами потребления тока, увеличивающимся с повышениями напряжения питания и частоты генерации. Значения эти находятся в диапазоне – от единиц до десятков мА.
Рис.3 Подобные по структуре генераторы можно выполнить и на одном элементе – триггере Шмитта (Рис.3). При напряжении питания, близком к максимальному, они весьма стабильны по частоте. Кроме того, они исключительно экономичны – при напряжении питания менее 6 В ток потребления составляет всего несколько десятков микроампер. Частота генерации приведённой на Рис.3 схемыF = 0,59/(R1×C1).

Рис.4 Скважность импульсов приведённых генераторов близка к двум, однако из-за несимметричности входных защитных цепей некоторых типов микросхем возможно некоторое отклонение формы выходных сигналов от меандра. Если требуется иметь на выходе идеально симметричные импульсы, то после схемы генератора следует поставить триггер – делитель частоты на 2, либо использовать симметричный мультивибратор (Рис.4). Формула для вычисления частоты генерации данной схемыF = 0,50/(R1×C1).Как не прискорбно, но это факт – стабильность колебаний RC генераторов невысока.
Рис.5 На Рис.5 показана схема простейшего LC-генератора. LC-цепь сдвигает фазу выходного сигнала элемента на 180°, в результате чего происходит самовозбуждение генератора. Такие генераторы хорошо работают на повышенных значениях частоты, мягко возбуждаются и отличаются высокой температурной стабильностью. Для устойчивой работы генератора величина волнового сопротивления LC-контура не должна быть менее 2кОм.Частота генерации практически совпадает с резонансной частотой LC-контура и описывается стандартной формулойF= 1/2π√LС.

Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С. Нагрузочная способность генераторов такая же, как у элементов применяемых серий микросхем. Нижний предел сопротивления резистора R1 соответствует приблизительной величине – не менее 1кОм, верхний – десятки МОм. “Спасибо начальнику транспортного цеха! У нас есть вопросы к докладчику?” Вопросов к докладчику не имеем, можно переходить к таблице для расчёта номиналов элементов генератора, исходя из заданной частоты генерации.

Читайте также:  Atmel studio

Схему, приведённую на Рис.5, из калькулятора вычёркиваем по причине существования ранее разработанной таблицы  ссылка на страницу, позволяющей рассчитать элементы резонансного LC-контура для высоких и низких частот. Там же высчитывается и величина волнового (оно же – характеристическое) сопротивления получившегося LC-контура.

Для остальных схем, для получения на выходе предсказуемой формы сигнала со скважностью близкой к двум, рекомендую выбирать значение сопротивления резистора R1 от 10к и выше.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ.

Все представленные характеристики генераторов получены в результате экспериментов вышеуказанного уважаемого автора с конкретными образцами микросхем. С другими экземплярами микросхем характеристики могут быть несколько отличными. Скважность импульсов описанных генераторов близка к двум, ну а генераторы импульсов с раздельной установкой длительности импульсов и паузы между ними рассмотрим на следующей странице.

Источник: http://vpayaem.ru/inf_gen1.html

Генератор прямоугольных импульсов на логике HEF4011BP

В радиолюбительской практике часто возникает потребность в настройке различных преобразовательных узлов схем, особенно если дело касается изобретательской деятельности, когда схема зарождается в голове. В такие моменты будет как нельзя кстати источник управляющего сигнала.

Представляю Вашему вниманию генератор сигнала прямоугольной формы.

Характеристики

Питание: 10 ÷ 15 В постоянного тока.

Три режима генерации:

1 – симметричный (меандр), дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная регулировка частоты внутри диапазона;

2 – независимый, дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная раздельная регулировка длительности импульса и паузы между импульсами внутри диапазона;

3 – широтно-импульсная модуляция (ШИМ), дискретный выбор частоты переключателем диапазонов, плавная регулировка скважности импульсов.

Два раздельных канала – прямой и инверсный.

Раздельная регулировка уровня выходного сигнала каналов от 0 В до значения напряжения источника питания при подключении высокоомной нагрузки, и до половины напряжения источника питания при подключении нагрузки с входным сопротивлением 50 Ом.

Выходное сопротивление канала примерно 50 Ом.

Базовые схемы

Рисунок 1. Мультивибратор на логических инверторах.

Для построения генератора за основу взята схема автогенератора на двух логических инверторах (рисунок 1). Принцип её работы основан на периодической перезарядке конденсатора.

Момент переключения состояния схемы определяется степенью заряда конденсатора C1. Процесс перезаряда происходит через резистор R1. Чем больше ёмкость C1 и сопротивление R1, тем дольше происходит процесс заряда конденсатора, и тем больше длительность периодов переключения состояния схемы.

И наоборот.

Для построения схемы генераторов в качестве логических элементов была взята микросхема с четырьмя элементами 2И-НЕ – HEF4011BP.

Базовая схема, показанная выше, позволяет получать на выходе Q прямоугольный сигнал фиксированной частоты и скважности 50% (меандр).

Для расширения возможностей устройства было принято решение объединить в нём три различных схемы, реализуемых на тех же двух логических инверторах.

Схема генератора меандра

Схема генератора меандра изображена на рисунке 2-а. Времязадающая ёмкость схемы может изменяться от значения C1 до суммарного значения C1 и ёмкости, подключаемой перемычкой П. Это позволяет изменять диапазон частот генерируемого сигнала.

Рисунок 2. Принципиальные схемы генераторов на логических инверторах.

Резистор R1 позволяет плавно изменять ток заряда (перезаряда) ёмкости. Резистор R2 является токоограничивающим, для исключения перегрузки выходного канала логического элемента DD1.1 в случае, когда ползунок резистора R2 находится в крайнем верхнем положение и его сопротивление приближено к нулю.

Поскольку заряд и перезаряд конденсатора производится по одной цепочке с неизменными параметрами, длительности импульса и паузы между ними равны. Такой сигнал имеет симметричную прямоугольную форму и называется меандр.

Регулировкой R1 изменяется только частота генерируемого сигнала в определённом диапазоне, заданном времязадающей ёмкостью.

Схема генератора прямоугольных импульсов с раздельной регулировкой длительности импульса и паузы

На рисунке 2-б цепь заряда и цепь перезаряда разделены диодами VD1 и VD2. Если импульс формируется во время заряда времязадающей ёмкости, его длительность характеризуется сопротивлением цепочки VD1-R2-R1.

Длительность паузы между импульсами при обратном перезаряде ёмкости характеризуется сопротивлением цепи R1-R3-VD2.

Так, изменяя положение ползунков резисторов R2 и R3 можно плавно раздельно задавать длительность импульса и паузы между ними.

Диапазон частот генерируемого сигнала, как и в первом случае, переключается перемычкой П.

Схема генератора с ШИМ

Схема на рисунке 2-в имеет аналогичное разделение цепей прямого и обратного заряда времязадающей ёмкости с той разницей, что переменные сопротивления являются плечами переменного резистора R2, которые имеют обратную зависимость параметров по отношению друг к другу. Т.е.

, при увеличении одного плеча резистора прямопропорционально уменьшается второе, а общая сума их сопротивлений постоянна. Таким образом, регулируя соотношение плеч резистора R2 можно плавно изменять соотношение длительности импульсов к длительности пауз между ими, а время периода следования импульсов будет оставаться неизменным.

Этот способ регулировки позволяет реализовать функцию широтно- импульсной модуляции (ШИМ)

Частота генерируемого сигнала в данной схеме выбирается дискретно переключением перемычки П. При необходимости можно использовать несколько перемычек П для суммирования больших и малых значений ёмкостей, добиваясь более точной требуемой частоты генерации сигнала внутри всего диапазона.

Окончательная схема генератора

На рисунке 3 представлена схема генератора, в которой реализованы все три схемы, рассмотренные на рисунке 2. В основе генератора два логических инвертора на элементах DD1.1 и DD1.2. Выбор диапазона частот (частоты в режиме ШИМ) осуществляется переключением перемычки П.

Рисунок 3. Схема генератора прямоугольных импульсов.

Для сборки нужного варианта схемы генератора введены штыревые разъёмы, коммутируемые параллельными сборками перемычек, изображенных цветными линиями. Каждый цвет перемычек соответствует своей схеме соединений.

Перемычки реализованы путём соединения пар контактов проволочками от шлейфа разъёма типа FC-10P A. Сами штыревые разъёмы расположены тремя группами по пять пар для удобства коммутации.

Разъём-перемычки позволяет переключать режим генерации.

Элементы DD1.3 и DD1.4 выполняют роль инвертирующих повторителей и служат для развязки времязадающих и выходных цепей генератора для исключения их взаимовлияния. С выхода DD1.3 берётся инвертированный сигнал, с выхода DD1.4 – основной.

Резисторы R5 и R6 служат для регулировки уровня напряжения импульсов соответствующих каналов. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме эмиттерного повторителя для усиления сигналов, снимаемых с ползунков резисторов  R5 и R6 соответственно.

Транзисторы VT3 и VT4 шунтируют выходные цепи своих каналов, подтягивая к минусу питания. Их роль важна при подаче сигнала генератора на нагрузку с наличием ёмкости, когда в бестоковую паузу необходим разряд этой ёмкости, как например при управлении полевыми транзисторами.

Диоды VD5 и VD6 отделяют базовые цепи шунтирующих транзисторов от выхода генератора, исключая влияние ёмкостной нагрузки на работу этих транзисторов.

Резисторы R9 и R10 необходимы для согласования выходов генератора с сопротивлением нагрузки 50 Ом, а также для ограничения максимального тока транзисторов выходных каскадов каналов.

Диод VD3 защищает схему от подключения питающего напряжения обратной полярности. Светодиод VD4 выполняет роль индикатора питания. Конденсатор C21 частично сглаживает пульсации при питании от нестабилизированного источника.

Особенности схемы

С целью уменьшения габаритов устройства для времязадающей ёмкости применены SMD конденсаторы C1-C20. При наименьшей ёмкости конденсатора C1=68 пФ генератор формирует сигнал частотой до 17÷500 кГц. При промежуточных значениях ёмкостей 3,3 нФ и 100 нФ генератор формирует сигналы в диапазонах частот 360÷20000 Гц и 6,25÷500 Гц соответственно.

При наименьшей ёмкости С2=5,1 мкФ получается частота в диапазоне 0,2-10 Гц. Таким образом, при использовании всего четырёх конденсаторов можно перекрыть диапазонами частот интервал от 0,2 Гц до 500 кГц. Но при этом в режиме ШИМ будет доступна генерация сигнала всего четырёх значений частоты при использовании одной перемычки П.

Поэтому, для улучшения характеристики генератора было принято решение ввести в схему 20 конденсаторов различной ёмкости с равномерным распределением значений по интервалам.

Дополнительную точность установки частоты в режиме ШИМ можно получить, применяя несколько перемычек идентичных П, которые позволят корректировать частоту подключением емкостей меньших значений в сравнении с основной добавочной.

Питание схемы имеет некоторые ограничения. Не смотря на достаточно широкий диапазон напряжения питания микросхемы 3÷15 В, как показал опыт, при напряжении питания схемы ниже 9 В не происходит запуск генератора. При напряжении 9 В запуск не стабилен. Поэтому рекомендуется использовать источник питания 12÷15 В.

При напряжении питания 15 В, нагрузке сопротивлением 50 Ом подключенной к одному каналу генератора и максимальном выходном уровне сигнала, устройство потребляет не более 2,5 Вт мощности. При этом основная доля мощности рассеивается на нагрузке и согласующем выходном резисторе R9 (R10).

Не рекомендуется включать генератор на короткозамкнутую нагрузку, поскольку выходной транзистор при этом работает в предельном режиме.

Это касается и тестирования схем с биполярными ключами, не имеющими в цепи базы ограничивающего резистора.

В таких случаях рекомендуется уровень выходного сигнала снижать как минимум за половину оборота ручки резистора, а потом по мере необходимости добавлять.

В моём случае для варьирования частотных диапазонов генерации я использовал следующий ряд номиналов конденсаторов:
С1 – 68 пФ; С2 – 100 пФ; С3 – 220 пФ; С4 – 330 пФ; С5 – 680 пФ; С6 – 1 нФ; С7 – 2,2 нФ;

С8 – 3,3 нФ;

С9 – 9,1 нФ; С10 – 22 нФ; С11 – 33 нФ; С12 – 47 нФ; С13 – 82 нФ;

С14 – 100 нФ;

С15 – 220 нФ; С16 – 330 нФ; С17 – 510 нФ; С18 – 1 мкФ; С19 – 2,4 мкФ;

С20 – 5,1 мкФ.

Источник: https://volt-info.ru/generator-pryamougolnyh-impulsov-na-logike-hef4011bp

Генераторы сигнала: схема, принцип действия, устройство и отзывы :

Применяются генераторы сигналов при проектировании электронных устройств. Они используются для тестирования радиопередатчиков, приемников, усилителей звуковой частоты.

Генератор позволяет создать сигнал с необходимой амплитудой, частотой и периодом. Тем самым происходит имитация сигналов, которые будут поступать на устройство во время работы.

Прибор является незаменимым, так как он позволяет протестировать работу любого устройства во всех режимах.

Как выглядят генераторы?

Стандартные генераторы синусоидального сигнала представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки.

В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами.

На экране указывается вся информация, необходимая при работе.

Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель.

Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию.

Читайте также:  Светодиодное устройство, которое используется для дневного и ночного освещения высотных сооружений

Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.

Самодельные приборы

Можно сделать генератор сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов.

В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148.

Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.

В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты.

Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой.

Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.

Генераторы синусоидального сигнала

Синус – это наиболее распространенная форма сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы.

Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы.

От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.

Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д.

Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.

Низкочастотные генераторы

Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры.

Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала.

Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202. Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.

Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудиоаппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет).

Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.

Как работают генераторы звуковой частоты

Но если речь идет о стандартных конструкциях, выполненных на микросхемах, то в них напряжение подается на селектор. Происходит генерация сигнала одной или несколькими микросхемами.

Обычно схема состоит из одной микросхемы, которая задает частоту:

  1. К одному входу подключается кварцевый резонатор, настроенный на определенную частоту.
  2. К другому входу микросхемы подключается переменный резистор (номинал подбирается эмпирическим путем). С его помощью можно производить корректировку колебаний.
  3. Микросхема позволяет увеличить или уменьшить частоту, вырабатываемую кварцем, на любое значение.
  4. Производится прошивка микросхемы (при необходимости), чтобы при вращении ручки регулятора изменялась частота.

Максимальная частота, которую может сгенерировать прибор, зависит от используемой микросхемы и кварца. Значение в 3 ГГц является наибольшим для большинства конструкций. Для уменьшения погрешности устанавливаются ограничители.

Генераторы смешанного сигнала

В стандартной конструкции имеется многоканальный селектор. На передней панели генератора, вырабатывающего сигнал с минимальной частотой 70 Гц, расположено не меньше пяти выходов. Номиналы используемых в конструкции сопротивлений – 4 Ом, конденсаторов – 20 пФ. Генератор выходит на рабочий режим в течение 2,5 секунды.

Обратная частота прибора может регулироваться в более широком диапазоне – до 2000 кГц. При этом частота регулируется с помощью модуляционного устройства. Погрешность прибора (абсолютная) составляет не больше 2 дБ. Для стандартных генераторов сигналов используются преобразователи серии РР201.

Генератор импульсов произвольной формы

У этих приборов имеется одна особенность – у них очень маленькая погрешность. Также конструкция предусматривает тонкую регулировку выходного сигнала – для этого используется шестиканальный селектор.

Минимальная частота, вырабатываемая генератором, составляет 70 Гц. Такими генераторами воспринимаются положительные импульсы. В схеме применяются конденсаторы, емкость не меньше 20 пФ.

Сопротивление выхода устройства составляет не больше 5 Ом.

Все генераторы сигналов произвольной формы отличаются по параметрам синхронизации. Происходит это из-за типа установленного коннектора. По причине этого нарастание сигнала может происходить за время 15-40 нс.

В зависимости от модели генератора в нем может быть два вида режимов – логарифмический и линейный. При помощи соответствующих переключателей их можно менять, что повлечет за собой коррекцию амплитуды.

Суммарная погрешность частоты составляет не больше 3 %.

Генераторы сложных сигналов

DDS-генератор сигналов можно назвать конструкцией, которая позволяет получить импульсы сложной формы. В таких конструкциях применяются исключительно многоканальные типы селекторов. Вырабатываемый сигнал обязательно усиливается, а для смены режима работы применяются регуляторы.

Суммарное время нарастания сигнала составляет не больше 40 нс. Чтобы уменьшить время, используются конденсаторы емкостью не больше 15 пФ. Сопротивление выхода устройства составляет около 50 Ом (стандартное значение). При работе с частотой 40 кГц искажение не превышает 1 %. Широко используются такие конструкции генераторов для тестирования радиоприемников.

Встроенные редакторы

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

Микроконтроллеры монтируются на основной плате, в некоторых конструкциях они съемные – буквально одним движением можно установить новый элемент.

В конструкциях со встроенным редактором не устанавливаются ограничители. После селекторов по схеме расположены преобразователи. Иногда в схемах можно встретить синтезаторы.

Максимальная частота генерируемого сигнала может составлять 2000 кГц, суммарная погрешность не более 2 %.

Генераторы цифрового сигнала

Вы рассмотрели, как работает генератор звуковых сигналов для тестирования усилителей НЧ.

Но в наше время широкая популярность у цифровой техники – различные контроллеры, измерители, которые нуждаются в более тонкой настройке. Коннекторы, используемые в таких генераторах – КР300.

В конструкции резисторы имеют сопротивление не меньше 4 Ом. Благодаря этому удается поддерживать большое внутреннее сопротивление всей конструкции.

В генераторах цифровых сигналов применяются трех- и четырехканальные типы селекторов, построенные на микросхеме КА345.

В конструкциях происходит импульсная модуляция, так как коэффициент прохождения очень высокий. Широкополосный шум крайне низкое значение имеет – не больше 10 дБ.

Данные конструкции позволяют генерировать сигналы прямоугольной формы. Они необходимы для тонкой настройки работы цифровых схем.

Высокочастотные конструкции

Внутреннее сопротивление высокочастотного генератора сигналов около 50 Ом. При этом устройство способно отдавать большую мощность. У высокочастотных конструкций полоса пропускания составляет около 2 ГГц. В схеме применяются постоянные конденсаторы емкостью свыше 7 пФ. Это позволяет поддерживать максимальный ток в цепи до 3 А. Искажения на уровне 1 %.

В высокочастотных генераторах применяются только операционные усилители. В начале и конце цепи монтируются ограничители сигналов. Для работы используются микроконтроллеры из серии РРК211 и шестиканальный селектор. При помощи регуляторов можно установить частоту выходного сигнала – минимальное значение 90 Гц.

Логические сигналы

В конструкции применяются постоянные резисторы, номинал которых не превышает 4 Ом. Благодаря этому выдерживается очень высокое внутреннее сопротивление. Чтобы уменьшить скорость, с которой передается сигнал, используется операционный усилитель. На передней панели в стандартных конструкциях присутствует три выхода, которые соединены с ограничителем полосы пропускания перемычками.

В схеме генератора сигналов применяются переключатели. Чаще используется поворотный тип, позволяющий выбрать один из двух режимов. Такие типы генераторов могут применяться для фазовой модуляции.

Максимальный уровень шумов у большинства конструкций не превышает 5 дБ. Девиация (уход) частоты не более чем на 16 кГц.

Среди недостатков конструкций такого типа можно выделить большое время нарастания сигнала, так как пропускная способность микроконтроллера очень низкая.

Отзывы о генераторах

Отзывы о простых конструкциях, которые продаются в магазинах, разнообразные. Одни покупатели отмечают, что в генераторах слишком заметны ступеньки (хотя кривая должна быть плавной). Из-за этого нет возможности нормально настроить звуковую технику. Другие покупатели отмечают, что генераторы не работают в одном или нескольких диапазонах.

Если необходимо качество и надежность, то приобретите многофункциональный генератор. Он позволит производить настройку любой аппаратуры – от усилителей звуковой частоты до радиопередатчиков сотовых телефонов. Дешевые конструкторы, которых в магазинах достаточно, позволяют производить только грубую настройку техники.

Такой генератор сигнала частоту поддерживает хорошо, но вот форма кривой оставляет желать лучшего.

Источник: https://www.syl.ru/article/368140/generatoryi-signala-shema-printsip-deystviya-ustroystvo-i-otzyivyi

Схемы генераторов импульсов

   Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств. Простейший генератор импульсов (мультивибратор) может быть получен из двух-каскадного УНЧ (рис. 6.1). Для этого достаточно соединить вход усилителя с его выходом.

Рабочая частота такого генератора определяется значениями R1C1, R3C2 и напряжением питания. На рис. 6.2, 6.3 показаны схемы мультивибраторов, полученные простой перестановкой элементов (деталей) схемы, изображенной на рис. 6.1.

Отсюда следует, что одну и ту же простейшую схему можно изобразить различными способами.

   Рис. 6.1

   Рис. 6.2

   Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 6.4, 6.5.

   На рис. 6.4 показана схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов, включенных в качестве нагрузки в цепи коллекторов. Вращением ручки потенциометра R3 можно управлять соотношением длительностей свечения светодиодов левой и правой ветвей.

Если увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, частота генерации понизится, светодиоды начнут мигать. При уменьшении емкости этих конденсаторов частота генерации возрастает, мелькание светодиодов сольется в сплошное свечение, яркость которого будет зависеть от положения ручки потенциометра R3.

На основе подобного схемного решения могут быть собраны разнообразные полезные конструкции, например, регулятор яркости светодиодного фонарика; игрушка с мигающими глазами; устройство плавного изменения спектрального состава источника излучения (разноцветные светодиоды или миниатюрные лампочки и светосуммирую-щий экран).

   Рис. 6.3

   Рис. 6.4

   Генератор переменной частоты (рис. 6.5) конструкции В. Цибульского позволяет получать плавно изменяющееся со временем по частоте звучание [Р 5/85-54]. При включении генератора его частота возрастает с 300 до 3000 Гц за 6 сек (при емкости конденсатора СЗ 500 мкФ).

Изменение емкости этого конденсатора в ту или иную сторону ускоряет или, напротив, замедляет скорость изменения частоты. Плавно изменять эту скорость можно и переменным сопротивлением R6.

Для того чтобы этот генератор мог выполнять роль сирены, или быть использованным в качестве генератора качающейся частоты, можно предусмотреть схему принудительного периодического разряда конденсатора СЗ. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.

   Рис. 6.5

   Рис. 6.6

   Управляемый генератор прямоугольных импульсов показан на рис. 6.6 [Р 10/76-60]. Генератор также представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для упрощения схемы генератора достаточно соединить эмиттеры транзисторов конденсатором.

Читайте также:  Интернет вещей с remotexy

Емкость этого конденсатора определяет рабочую частоту генерации. В данной схеме для управления частотой генерации в качестве управляемой напряжением емкости использован варикап. Увеличение запирающего напряжения на варикапе приводит к уменьшению его емкости. Соответственно, как показано на рис. 6.

7, возрастает рабочая частота генерации.

   Рис. 6.7

   Варикап, в порядке эксперимента и изучения принципа работы этого полупроводникового прибора, можно заменить простым диодом.

При этом следует учитывать, что германиевые точечные диоды (например, Д9) имеют очень малую начальную емкость (порядка нескольких пФ), и, соответственно, обеспечивают небольшое изменение этой емкости от величины приложенного напряжения.

Кремниевые диоды, особенно силовые, рассчитанные на большой ток, а также стабилитроны, имеют начальную емкость 100… 1000 пФ, поэтому зачастую могут быть использованы вместо варикапов. В качестве варикапов можно применить и р-n переходы транзисторов, см. также главу 2.

   Для контроля работы сигнал с генератора (рис. 6.6) можно подать на вход частотометра и проверить границы перестройки генератора при изменении величины управляющего напряжения, а также при смене варикапа или его аналога.

Рекомендуется полученные результаты (значения управляющего напряжения и частоту генерации) при использовании разного вида варикапов занести в таблицу и отобразить на графике (см., например, рис. 6.7).

Отметим, что стабильность генераторов на RC-элементах невысока.

   Рис. 6.8

   Рис. 6.9

   На рис. 6.8, 6.9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений.

Первый из них вырабатывает короткие вспышки света частотой единицы Гц, второй — импульсы звуковой частоты.

Соответственно, первый генератор может быть использован в качестве маячка, светового метронома, второй — в качестве звукового генератора, частота колебаний которого зависит от положения ручки потенциометра R1. Эти генераторы можно объединить в единое целое.

Для этого достаточно один из генераторов включить в качестве нагрузки другого, либо параллельно ей. Например, вместо цепочки из светодиода HL1, R2 или параллельно ей (рис. 6.8) можно включить генератор по схеме на рис. 6.9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.

   Генератор импульсов (рис. 6.10), выполненный на составном транзисторе (п-р-п и р-п-р), не содержит конденсаторов (в качестве частотозадающего конденсатора использован пьезокерамиче-ский излучатель BF1).

Генератор работает при напряжении от 1 до 10 Б и потребляет ток от 0,4 до 5 мА. Для повышения громкости звучания пьезокерамического излучателя его настраивают на резонансную частоту подбором резистора R1.

   Рис. 6.10

   Рис. 6.11

   На рис. 6.11 показан достаточно оригинальный генератор релаксационных колебаний, выполненный на биполярном лавинном транзисторе.

   Генератор содержит в качестве активного элемента транзистор микросхемы К101КТ1А с инверсным включением в режиме с «оборванной» базой. Лавинный транзистор может быть заменен его аналогом (см. рис. 2.1).

   Устройства (рис. 6.11) часто используют для преобразования измеряемого параметра (интенсивности светового потока, температуры, давления, влажности и т.д.) в частоту при помощи резистивных или емкостных датчиков.

   При работе генератора конденсатор, подключенный параллельно активному элементу, заряжается от источника питания через резистор. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя активного элемента (лавинного транзистора, динистора или т.п.

элемента), происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, после чего процесс повторяется с частотой, определяемой постоянной RC-цепи. Резистор R1 ограничивает максимальный ток через транзистор, препятствуя его тепловому пробою.

Времязадающая цепь генератора (R1C1) определяет рабочую область частот генерации. В качестве индикатора звуковых колебаний при качественном контроле работы генератора используют головные телефоны.

Для количественной оценки частоты к выходу генератора может быть подключен частотомер или счетчик импульсов.

   Устройство работоспособно в широком интервале изменения параметров: R1 от 10 до 100 кОм (и даже до 10 МОм), С1 — от 100 пФ до 1000 мкФ, напряжения питания от 8 до 300 В. Потребляемый устройством ток обычно не превышает одного мА.

Возможна работа генератора в ждущем режиме: при замыкании базы транзистора на землю (общую шину) генерация срывается. Преобразователь-генератор (рис. 6.

11) может быть использован и в режиме сенсорного ключа, простейшего Rx-и Сх-метра, перестраиваемого широкодиапазонного генератора импульсов и т.д.

   Генераторы импульсов (рис. 6.12, 6.13) также выполнены на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1 типа п-р-п или К162КТ1 типа р-п-р, динисторах, или их аналогах (см. рис. 2.1). Генераторы работают при напряжении питания выше 9 Б и вырабатывают напряжение треугольной формы.

Выходной сигнал снимается с одного из выводов конденсатора. Входное сопротивление следующего за генератором каскада (сопротивление нагрузки) должно в десятки раз превышать величину сопротивления R1 (или R2).

Низкоомную нагрузку (до 1 кОм) можно включать в коллекторную цепь одного из транзисторов генератора.

   Рис. 6.12

   Рис. 6.13

   Рис. 6.14

   Довольно простые и часто встречающиеся на практике генераторы импульсов (блокинг-генераторы) с использованием индуктивной обратной связи показаны на рис. 6.14 [А. с. СССР 728214], 6.15 и 6.16.

Такие генераторы обычно работоспособны в широком диапазоне изменения напряжения питания.

При сборке блокинг-генераторов необходимо соблюдать фазировку выводов: при неправильном подключении «полярности» обмотки генератор не заработает.

   Рис. 6.15

   Рис. 6.16

   Подобные генераторы можно использовать при проверке трансформаторов на наличие межвитковых замыканий (см. главу 32): никаким иным методом такие дефекты не могут быть выявлены.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Источник: http://nauchebe.net/2012/08/sxemy-generatorov-impulsov/

Определение генератора импульсов, основные виды генераторов

Импульсом называется кратковременное отклонение сигнала то начального уровня. Импульс может быть представлен аналитической, графической и спектральной формами. Для получения импульсов используются генераторы импульсов.

Импульсный генератор – устройство, преобразующее энергию источников постоянного напряжения в энергию импульсов.

В зависимости от формы сигнала бывают: 1. Генератор прямоугольных импульсов. 2. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения – ГЛИН. 3. Генератор импульсов специальной формы.

Генератор прямоугольных импульсов формирует сигнал, близкий к прямоугольным – релаксационные генераторы. Имеют участки с разной скоростью изменения сигнала. Участок с низкой скоростью изменения сигнала называется равновесным состоянием. 1 – высокая скорость,0 – низкая скорость

Равновесные состояния могут быть: – длительно устойчивыми – квазиустойчивыми

1. В длительно устойчивом состоянии устройство может быть бесконечно долгое количество времени, вывести его из этого состояния может только внешний запускающий импульс.

2. Квазиустойчивое – в нем устройство может находиться некоторое время, определяемое внутренними параметрами системы.

В зависимости от характера устойчивости генераторы делятся: бистабильные генераторы – каждое из состояний устойчиво, моностабильное– одно состояние устойчиво, другое квазиустойчивое, астабильное – оба состояния квазиустойчивы.

5. Функции цифровых устройств, основные понятия, КЛУ, сумматоры, триггеры, регистры и счетчики, АЦП, ЦАП, ОЗУ, ПЗУ.

ЦЭУ – квантуют исходный сигнал по уровню и времени. Здесь нарушена непрерывность сигнала и по времени и по величине. Но чем больше величина дискретизации, тем меньше погрешность, но т.к. число делений – величина конечная, то с математической точки зрения возникает погрешность между исходным сигналом и выходной образующей, но ошибка в 40 знаке после запятой, это погрешность невеликая.

Процесс замены дискретных уровней сигнала последовательностью чисел называется кодированием. Совокупность чисел – код. Т.е. процесс преобразования и передачи сигнала заменяется процессом преобразования и передачи кодов.

Основными системами счисления, используемыми в цифровых приборах, являются двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная.

Сумматоры

Сумматоры различаются по количеству входов и выполняемым операциям.

1. Полусумматор – имеет 2 входа и 2 выхода, предназначен для сложения двух одноразрядных кодов.

2. Полный сумматор – 3 входа, 2 выхода. Формирует сигнал переноса из предыдущего разряда и сигнал переноса в последующий разряд, используется для промежуточного суммирования одноразрядных кодов.

3. Многоразрядный сумматор – предназначен для сложения многоразрядных кодов, формирует код суммы и сигнал переноса в старший разряд, если код результата сложения больше разрядности сумматора.

Многоразрядные сумматоры могут быть двух видов: последовательные и параллельные, в параллельных сигнал суммы и сигнал переноса формируется одновременно во всех разрядах, в последовательных сложение происходит последовательно, начиная с младшего разряда.

Цифро-Аналоговые Преобразователи (ЦАП).

Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый (например, для вывода информации из компьютера на графопостороитель, динамик или другой аналоговый прибор) служит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Простейший ЦАП можно построить на основе суммирующего усилителя, если сопротивления на его входах будут отличаться друг от друга в 2N раз.

Аналогово-цифровые преобразователи подразделяются на параллельные и последовательные.

Параллельные АЦП имеют более высокое быстродействие, но их трудно сделать многоразрядными. Для примера на рисунке представлен 3-битный АЦП и его передаточная функция.

Опорное напряжение делится на цепочке резисторов. Сравнение полученных напряжений с входным происходит на компараторах. Цифратор (кодер) преобразует полученный код в обычный двоичный код.

Как видно на передаточной характеристике (на рисунке, справа), точность преобразования (“оцифровки”) зависит от разрядности АПЦ.

В данном случае при опорном напряжении 7 В точность преобразования составляет – 1 вольт.

АЦП последовательного типа называют еще счетными. Для преобразование необходимо время для подсчета импульсов, как показано на рисунке ниже, поэтому они более медленные чем параллельные АЦП.

ОЗУ, ПЗУ.

Цифровые запоминающими называют устройства (ЗУ), предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Каждый код хранится в отдельном элементе, называемом ячейкой памяти. К основным параметром запоминающих устройств (ЗУ) относятся информационная ёмкость, потребляемая мощность, время хранения кодов, быстродействие.

Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), в которую информация заносится один раз на этапе изготовления микросхемы. Информация в памяти не пропадает при выключении её питания, поэтому её ещё называются энергонезависимой памятью.

ПЗУ можно разделить на следующие группы: программируемые при изготовлении (обозначают как ПЗУ или ROM); С однократным программированием, позволяющим пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путём по заданной программе (обозначают как ППЗУ или PROM); Перепрограммируемые (репрограммируемые), с возможностью многократного электрического перепрограммирования, с ультрафиолетовым (обозначают как РПЗУУФ или EPROM) или электрическим (обозначают как РПЗУЭС или EEPROM, или ) стиранием информации.

Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающие устройство), запись информацию в которую наиболее проста и может производится пользователем сколько угодно раз на протяжении срока службы микросхемы. Информация в памяти пропадает при выключении её питания. ОЗУ (RAM) подразделяются на статически и динамические.

Каждая ячейка оперативной (статической) памяти представляет собой, по сути, регистр из триггерных ячеек, в который может быть записана информация и из которой можно информацию читать. Выбор того или иного регистра (той или иной ячейки памяти) производится с помощью кода адреса памяти. Поэтому при выключении питания вся информация из оперативной памяти пропадает (стирается).



Источник: https://infopedia.su/15x889d.html

Ссылка на основную публикацию