Gerador de função universal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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A introdução de um gerador de função relativamente simples no microcircuito MAX038 das funções de varredura de frequência e um gerador de marcas possibilitará a realização de uma variedade de medições, ajustes e monitoramento de desempenho de vários equipamentos eletrônicos em uma ampla faixa de frequência. As interessantes possibilidades de aplicação que este gerador possui podem ser obtidas introduzindo nós semelhantes em outros geradores funcionais, cujas descrições foram publicadas em nossa revista nos últimos dois ou três anos.

Ao realizar uma série de medições, um gerador funcional, junto com um multímetro e um osciloscópio, é um dispositivo indispensável, que, talvez, esteja incluído no principal complexo necessário do laboratório doméstico de um radioamador.

O gerador de frequência oscilante também é indispensável no estudo, por exemplo, das características amplitude-frequência. Permite observar a mudança de características em função da variação dos parâmetros dos circuitos em estudo, sendo que em alguns casos o tempo de sintonia dos circuitos ressonantes pode ser dezenas ou mesmo centenas de vezes menor que no método clássico de estudo do resposta de frequência por pontos.

Normalmente, em geradores de função simples com uma pequena faixa de frequência, não há ajustes para o ciclo de trabalho de pulsos retangulares, bem como para os passos direto e reverso da tensão dente de serra, não há possibilidade de obter uma frequência ou largura de pulso sinal modulado. Quanto aos geradores de frequência de varredura, eles geralmente têm muitos circuitos ressonantes, são difíceis de sintonizar e sua fabricação geralmente está além do poder de rádios amadores com habilidades médias.

No GKCh simples [2], geralmente não há sinais de marcas de frequência e, portanto, sem um medidor de frequência, há muito pouco sentido de tais dispositivos.

O gerador oferecido à atenção de projetistas de radioamadores está livre das deficiências listadas. A maior parte do dispositivo é montada em microcircuitos digitais, o que facilita ao máximo estabelecê-lo. Mesmo um radioamador com pouca experiência consegue. A descrição contém recomendações para alterar algumas características "ao seu gosto".

Principais características técnicas do gerador

A faixa de frequência de operação é dividida em nove subfaixas:

1) 0,095 Hz... 1,1 Hz;

2) 0,95 Hz... 11 Hz;

4) 95 Hz... 1100 Hz;

5) 0,95 kHz...11 kHz;

6) 9,5 kHz...110 kHz;

7) 95 kHz...1100 kHz;

8) 0,95 MHz... 1 MHz;

9) 9 MHz...42 MHz*.

Formato do sinal de saída - retangular, senoidal, triangular, dente de serra. Oscilação da tensão de saída de pico a pico (na resistência de carga RH = 50 ohms) - 1 V.

O ciclo de trabalho de pulsos retangulares é 0,053 ... 19. O ajuste da frequência e do ciclo de trabalho do sinal de saída é independente entre si.

Os sinais de rótulo podem ser definidos em intervalos de 10 e 1 MHz, 100, 10 e 1 kHz e 100 Hz.

A frequência máxima de modulação nas entradas PWM e FM é de 2 MHz, o desvio de frequência Fo (FM) por um sinal de modulação externo é de até ±50%.

A base do gerador (seu diagrama é mostrado na Fig. 1) é o chip MAXIM MAX038, cuja descrição detalhada é dada em [1].

(clique para ampliar)

"Desvio" está na posição mais baixa de acordo com o esquema. A forma do sinal de saída do gerador é determinada pelos níveis lógicos nas entradas AO, A1 e depende da posição da chave SA6. Percebeu-se a influência da instabilidade dos sinais de controle das entradas AO e A1 na instabilidade geral da frequência de geração. Para minimizar este efeito, os capacitores C12, C13 são projetados para reduzir o nível de interferência e ondulação da fonte de alimentação.

A frequência do sinal gerado depende da capacitância CF conectada à saída COSC (capacitores C1 - C8) da tensão na entrada SADJ e da corrente que flui para a entrada IIN. A escolha da subfaixa é feita pela chave SA1. O ajuste de frequência suave dentro da subbanda ocorre na entrada IIN. O valor da corrente que entra na entrada é determinado pela resistência dos resistores R12, R13, o ganho do amplificador operacional DA1.1 e a posição do controle deslizante do resistor variável R 20. Para as subfaixas 2 - 8, é 21 .. 240 μA. Ao mudar para a 9ª subfaixa, a escala de ganho DA1.1 aumenta devido a uma diminuição no OOS (introdução de R19) e a corrente IIN aumenta para 160 ... 750 μA. Isso é necessário devido à limitação do valor de capacitância mínimo permitido CF a 20 pF. Ao mudar para a primeira subfaixa, R17 é introduzido, reduzindo a queda de tensão em R20, R21 em dez vezes e reduzindo IIN para 2,1 ... 24 μA, respectivamente.

Assim, para as subfaixas 1 - 8, o fator de sobreposição é 11 e, ao alternar de uma subfaixa para outra, a frequência de saída muda 10 vezes, o que permite usar uma escala graduada de mudança de frequência suave. Para a nona faixa, é necessária uma escala separada, é mais esticada, o coeficiente de sobreposição é de cerca de 4,7. Para cada instância específica de DA2, é melhor selecionar experimentalmente a largura da nona faixa de acordo com o valor da frequência de corte da geração do microcircuito. Em qualquer caso, para expandir, estreitar ou mudar as faixas de frequência, você pode usar as fórmulas:

Fmin-UminR9/[CFR' (R12+R13)];

Fmax UmaxR9/[CFR' (R12+R13)],

onde Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 - para subfaixas 1 - 8, R'= R19 - para subfaixas 9; CF= C1 ...C8 (para a subfaixa correspondente).

Os parâmetros apresentados nas fórmulas são medidos respectivamente: F - em quilohertz, U - em volts, R - em ohms, C - em picofarads.

Deve-se notar que para a primeira subfaixa, devido à introdução do resistor R17, os valores de Umin e Umax, substituídos nas fórmulas de cálculo da frequência, devem ser reduzidos dez vezes em relação ao obtido. Os capacitores C10, C11 são projetados para melhorar a estabilidade da tensão de controle constante fornecida à entrada 5 0U DA1.1.

A dessintonização da frequência relativa (±50% de F0) é realizada pelo resistor R4 (SA3 na posição "F0"). Para obter oscilações moduladas em frequência, um sinal modulante externo é aplicado à entrada FM e o SA3 é transferido para a posição superior de acordo com o esquema (posição FM).

Para modulação por largura de pulso, uma entrada PWM apropriada é usada; ciclo de trabalho é ajustado pelo resistor R2. O conceito de “ciclo de trabalho” é usado aqui de forma um tanto condicional, mais precisamente, é uma mudança na proporção da meia onda positiva em relação à duração do período em porcentagem: para oscilações retangulares, esse é realmente o ciclo de trabalho, mas para oscilações triangulares, esta é a proporção dos tempos de curso para frente e para trás (o sinal muda da serra “reta” para “reversa”), para um sinal senoidal - uma mudança (distorção) da forma de onda. O último pode ser útil para minimizar a distorção harmônica do gerador ajustando a forma da senóide.

A amplitude dos sinais de modulação para as entradas FM e PWM não deve ser superior a ±2,3 V.

Os interruptores SA4, SA5 são projetados para desabilitar o ciclo de trabalho e o controle de frequência nas entradas DADJ e FADJ do chip DA2, enquanto o ciclo de trabalho é definido como 2 (50%) e a frequência corresponde exatamente à definida pelo resistor R20.

O sinal de saída vem da saída OUT DA2 através do resistor R44 para o soquete "Saída do gerador 1". As entradas COSC, DADJ, FADJ do microcircuito são muito sensíveis a interferências externas, é aconselhável conectá-las aos interruptores com um cabo blindado ou colocar a unidade geradora em um compartimento blindado.

Para controlar o nível do sinal de saída, é conveniente utilizar um atenuador externo conectado entre a saída do gerador e a entrada do dispositivo em estudo. O atenuador fornecido em [2] pode ser recomendado; ele fornece uma faixa de atenuação de 0 a 64 dB em etapas de 1 dB e é bem compatível em termos de impedância de entrada e saída.

No modo de varredura, a entrada "√" do gerador é conectada à saída correspondente do osciloscópio. O controle de frequência do GKCh em sincronia com a varredura do osciloscópio é realizado na entrada NN do microcircuito DA2. O sinal da entrada vai para o capacitor C9, onde o componente constante é cortado. Além disso, do motor do resistor variável R6, que regula a amplitude do sinal de controle e, consequentemente, a largura da banda de oscilação do gerador, vai para o amplificador-somador inversor DA1.1. Somado a um componente constante que determina a frequência central do swing e é regulado pelo resistor R20, o sinal é alimentado na entrada UN DA2. O diodo Zener VD1 limita a corrente máxima permitida para entrada IIN a 750 uA.

O gerador de rótulos de frequência consiste em um oscilador mestre para DD1.1 - DD1.3, divisores para DD3 e DD4, um gatilho DD5.1 ​​​​e um comparador para DA1.4. O oscilador mestre de quartzo gera um sinal com frequência de 10 MHz, que é alimentado na entrada do divisor DD3 (taxa de divisão 10). Além disso, da saída de DD3, um sinal de 1 MHz é alimentado na entrada de um divisor com uma taxa de divisão variável DD4. Dependendo da posição da chave SA7.1, na entrada C do gatilho DD5.1, haverá um sinal com frequência de 10 MHz, 1 MHz ou um sinal cuja frequência é determinada pelo fator de divisão DD4. As entradas do flip-flop JK recebem um sinal da saída SYNC DA2, cuja frequência é igual à frequência do sinal de saída do gerador e a fase é deslocada em 90 graus. Um filtro passa-baixo é conectado à saída do acionador nos elementos R40, C22-C27 (a frequência de corte é determinada pela posição de SA8).

Assim, na entrada do comparador DA1.4 obtemos batimentos de baixa frequência da frequência de saída do gerador e frequências que são múltiplos da frequência na entrada do relógio de DD5.1. A amplitude da batida é tanto maior quanto mais próximos os componentes acima estiverem localizados ao longo do eixo de frequência. Portanto, com uma mudança suave na frequência de saída do sinal do gerador, rajadas do sinal de batida estarão presentes na entrada de DA1.4, indicando que a frequência do sinal de saída do gerador é um múltiplo da frequência do marca sinal. A largura do burst (no tempo) depende da largura de banda do filtro passa-baixa e é determinada pela posição do SA8, isso é feito para obter marcas claras em diferentes spans e em diferentes faixas do gerador. O resistor R36 determina o limite do comparador, cortando o ruído de batida abaixo de uma determinada amplitude. A amplitude das marcas é regulada pelo resistor R46 e é adicionada ao sinal principal em R45. O fator de divisão DD4 é selecionado pela chave SA7.2 e permite obter um sinal na saída do divisor com frequências de 100, 10, 1 kHz, 100 Hz. Quando SA7 está nas duas posições extremas (superiores de acordo com o esquema), DD4 realiza uma única contagem e para - não há sinal em sua saída Q.

Para expandir os recursos do gerador, você pode complementar a grade de frequência do sinal de tag com o conjunto de frequências necessário, por exemplo, 465 kHz, para sintonizar o IF dos receptores de rádio. Nesse caso, o fator de divisão é escolhido com base na fórmula:

N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX,

onde N é o fator de divisão; M - módulo, determinado pelo código para Ka, Kb, Ks; P1 - multiplicador de mil, determinado pelo código em J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4 - multiplicadores de centenas, dezenas, unidades, são determinados pelo código em J13-J16, J9-J12, J5-J8; P5 - o restante, que é determinado pelo código J1-J4.

Uma descrição detalhada da operação do chip K564IE15 é fornecida em [3]. O gerador possui uma saída "Mark" separada, que pode ser útil em várias medições em que é necessário ter uma frequência de quartzo exemplar.

O gerador de frequência de áudio auxiliar no DA1.2 é montado de acordo com um esquema típico, pode ser usado para modular o gerador principal em modulação de frequência ou largura de pulso, ou como um gerador separado.

O detector (Fig. 2) é montado de acordo com o esquema de duplicação de tensão e permite operar na faixa de 10 kHz ... 50 MHz ao usar uma frequência de varredura do osciloscópio não superior a 100 Hz.

Para estudar circuitos de baixa frequência, a frequência de varredura deve ser muito baixa, o uso de um osciloscópio convencional não permite ver a resposta de frequência. Com um osciloscópio de armazenamento, é possível observar as características de frequência a partir de uma frequência de 0,1 Hz. Neste caso, é necessário aplicar outro circuito de sincronização de entrada, por exemplo, mostrado na Fig. 3.

Além disso, para esse fim, é melhor fazer uma cabeça de detector separada aumentando as capacitâncias dos capacitores C1 e C2 (consulte a Fig. 2). Aumentar sua capacitância expande a faixa de frequência de baixo, ao mesmo tempo em que reduz a frequência de varredura permitida do osciloscópio. Para obter rótulos em baixas frequências, você deve selecionar o fator de divisão apropriado DD4 e usar um filtro de alto Q em vez de um filtro em R40, C22-C27; No entanto, há uma limitação - é difícil isolar batidas em baixas frequências.

A fonte de alimentação (Fig. 4) é montada de acordo com o esquema usual e gera tensões de alimentação de ±5 V e +12 V. O consumo de corrente nos barramentos correspondentes não excede os limites especificados: +5 V - 300 mA; -5V-100mA;+12V-50mA; -12V-50mA.

O dispositivo usa resistores MLT 0,125, é permitido usar SP, SP0, SP4 como variáveis. Os capacitores de ajuste de frequência devem ter um TKE pequeno - as séries KLS, KM-5 (C5-C8), K73-9, K73-16, K73-17 (C2-C4) são aplicáveis. Capacitor polar C1 - K52-1 com baixa corrente de fuga; o resto dos capacitores - qualquer. Interruptores SA1, SA6-SA8 - PG. Os chips DD1 - DD3, DD5 são intercambiáveis ​​com séries semelhantes K155, K555, K533, basta levar em consideração a alteração correspondente no consumo de corrente. A série de chips 564 ou K564 (DD4) substituirá completamente o K561IE15.

A placa de circuito impresso do gerador não foi desenvolvida. Ao colocar elementos e conexões na placa, é necessário separar o máximo possível todos os circuitos associados às entradas (pinos 3-10) de DA2 do restante dos circuitos.

A configuração do gerador começa com a seleção dos capacitores C1-C6, de modo que, ao alternar as faixas, a frequência mude exatamente dez vezes. É melhor selecionar os capacitores C7, C8 após a montagem final da estrutura, pois a capacitância total CF para subfaixas 8,9 é afetada pela capacitância do cabo de conexão, montagem e outras capacitâncias parasitas.

Depois disso, duas escalas para o resistor R20 são graduadas (para subfaixas 1-8 e 9). Em seguida, a forma do sinal de saída é verificada dependendo da posição do SA6 e dos limites de controle e dessintonização do ciclo de trabalho. A faixa de seu ajuste pode ser alterada recalculando o divisor R1-R4, levando em consideração que as tensões nas entradas FADJ e DADJ devem estar dentro de ± 2,3 V. Em seguida, um sinal do osciloscópio é aplicado à entrada "√" , a entrada Y do osciloscópio é conectada à saída 7 DA1.1, o controle deslizante do resistor R20 é colocado no meio de uma das subfaixas, R6 é colocado na posição superior de acordo com o esquema e selecionando R5 eles garantem que o sinal no pino 7 DA1.1 esteja entre 0,2 ... 7,5 V. Isso corresponde à banda de oscilação máxima. Dentro da banda, a frequência pode mudar por um fator de 300; para reduzir esse valor, a resistência R5 é aumentada para o valor necessário.

A configuração do gerador de marcas de frequência começa com a configuração da frequência do oscilador mestre. O frequencímetro é conectado ao pino 6 de DD1.3 e ajustando o capacitor C18 a frequência é ajustada para 10 MHz. A seguir, verifique a correspondência das frequências na saída das frequências dos tags com as posições da chave SA7. Depois disso, a presença de um sinal de batimento no pino 13 de DA1.4 é verificada e o limite do comparador é definido com o resistor R36 até que marcas claras e estreitas sejam obtidas na saída de DA1.4. Nesta configuração do gerador pode ser considerado completo.

O gerador auxiliar de frequência de áudio em DA1.2 (ver Fig. 1) é sintonizado pelo ajuste R23 até que seja obtida uma geração estável de um sinal senoidal.

A configuração da fonte de alimentação consiste em definir as tensões de saída apropriadas usando os resistores R1, R4, R6.

Para estudar a resposta em frequência, a instalação é montada de acordo com o esquema da Fig. 5.

A chave SA6 é movida para a posição de gerar um sinal senoidal. A localização proposta da resposta de frequência é definida pelo interruptor SA1 e o resistor R20, a banda de oscilação necessária (revisão) é definida pelo resistor R6. Usando a chave SA7, as marcas de frequência necessárias são selecionadas. A chave SA8 é usada para obter marcas claras e estáveis ​​na tela do osciloscópio. Ao alterar os parâmetros do dispositivo em estudo, a mudança nos pontos característicos da resposta de frequência é monitorada: em frequência - em relação às marcas, em amplitude - em relação às posições do atenuador.

*A frequência superior da nona subbanda é determinada por uma instância específica do chip MAX038: seu valor típico é de cerca de 40 MHz, o mínimo é de 20 MHz.

Literatura

1. Kovalev V. Gerador multifuncional MAX038. - Rádio, 1996, nº 10, p. 53.
2. Nechaev I. Gerador de função com uma faixa de frequência de 0,1 Hz ... 10 MHz. - Rádio, 1997, n.º 1, p. 34,35.
3. Skrypnik V. A. Instrumentos para monitorar e ajustar equipamentos de rádio amador. - M.: Patriota, 1990, p. 5.
4. Alekseev S. O uso de microcircuitos da série K561. - Rádio, 1987, nº 1, p. 43.

Autor: A.Matykin, Moscou

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