Генератор прямоугольного сигнала меандр

Содержание:

1 Зачем так сложно?
2 Микросхема таймера 555
3 Простота – залог успеха
4 Все частоты хороши – выбирай на вкус
5 Собираем – Проверяем
6 Прямоугольники
- 6.1 Прочитал – передай другу

Очень часто при настройке радиолюбительских конструкций нужно подать на нее сигнал заданной частоты.
Как правило для этого используют генераторы, но как быть если настроить конструкцию нужно, а генератора под рукой нет?
Вот тут и приходит на помощь знание того, что микроконтроллеры AVR имеют аппаратный ШИМ.
Для издевательств возьмем любимую мною Arduino Pro Mini

#define OUT 9
long frequency;
int time_p=0;
unsigned long time_s=0;
int stat=0;

void setup()
<
Serial.begin(9600);
pinMode(OUT, OUTPUT);
>

long Set_frequency(long freq)

<
TCCR1A = 0b01000000;
uint16_t ocr;
if(freq

Собственно все.
Извините за короткий текст, но особо тут и писать то нечего

Данный генератор работает на фиксированных частот и генерирует импульсы прямоугольной формы, с крутыми фронтами и скважностью равной 2 (меандр). Частота стабилизирована кварцевыми резонаторами. Это прибор позволяет измерить скорость нарастания и примерную полосу высокочастотных четырехполюсников, проводить проверку и градуировку осциллографов, частотомеров, генераторов и других приборов. Прибор обладает следующими характеристиками:

Количество диапазонов – 12
Частоты – 0,5-1-2-3-4-5-6-8-10-12-16-20 Мгц
Выходное напряжение на нагрузке в 1 Мом – 4 вольта
Выходное напряжение на нагрузке в 50 ом – 2,1 вольт
Скорость нарастания и спада сигнала 7 нсек

В основе прибора лежит набор генераторов на логических элементах с кварцевой стабилизацией частоты, подключаемых поочередно к выходному повторителю с помощью галетного переключателя выбора частот. Для большей стабильности частоты, экономии места и из-за отсутствия нужных кварцев были использованы 4 триггера в качестве делителей частоты на 2. В моем распоряжении были кварцевые резонаторы на 0,5; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20 МГц, частоты 1; 2; 3; 5 являются результатом деления имеющихся частот на 2. Дополнительно был введен разъем 1 МГц прямо с вывода триггера. Скорость нарастания сигнала у него меньше и примерно равна 35 нсек. Также он работает в противофазе относительно основного сигнала. Схема состоит из набора идентичных генераторов, делителей и выходного буфера:

Генераторы на частоты 0,5; 4 и 6 МГц построены на микросхеме 4049, делители на 4013. Для генераторов на 8; 10;12; 16 и 20, а также выходного повторителя используется микросхема 74HCU04. В качестве выходных транзисторов используется комплиментарная пара на 350 МГц.

Внешний вид собранного генератора меандра вы видите на фотографиях. Файл с платой скачайте по ссылке.

Музыкальный сигнал совсем не похож на меандр. Частотный диапазон, воспринимаемый средним взрослым человеком редко превышает 17КГц. Поэтому я считаю, что эмоциональные обсуждения того, как тот или иной усилитель справляется с "прямоугольником" 100КГц – не слишком убедительны. Но как инженер-электронщик могу подтвердить, что "просвистеть" усилитель меандром 100КГц может помочь обнаружить проблемы в конструкции, совсем неочевидные при тестировании сигналами в звуковом диапазоне частот. Например выбросы перерегулирования петлевой ООС, влияние (преимущественно входных и миллеровских) емкостных нагрузок и т.п.

Зачем так сложно?

Прежде, чем собрать данный генератор на КМОП 555 таймере, я опробовал К561ЛА7, К561ЛН2, 74HC04 и 74HCT04, а так же обычный 555 – в различных вариантах схем релаксационных генераторов. Они все звенят ужастно. Так что из моего опыта получилось лишь два приемлимых бюджетных варианта:

не пользоваться хорошим осциллографом чтобы не видеть ВЧ звона (шутка)
использовать КМОП 555 таймер.

Микросхема таймера 555

Важно : в данной конструкции необходимо использовать только качественный КМОП вариант 555 таймера. Обычные биполярные 555, к которым относится и КР1006ВИ1, работают плохо. Пример хорошего КМОП таймера: TLC555 datasheet от TI .

На мой взгляд, одна из наиболее наглядных отрисовок блок-схемы микросхемы 555:

Блок-схема КМОП таймера 555

GND – Ground = "Земля", отрицательный вывод питания
TRIG – Trigger = Триггер
OUT – Output = Выход
RESET = Сброс
CONT – Control voltage = Управляющее напряжение
THRES – Threshold = Порог
DISCH – Discharge = Разряд
V DD – Positive supply voltage = Положительное напряжение питания

Апологеты микроконтроллеров могут смеяться. Впрочем, я и сам подумывал, отчего бы не замутить универсальный генератор на ATmega-8, который к тому же всегда под рукой. Потом стало лень программить, да и намучался я уже с присвистами ото всех этих цифровых штуковин. Для проверки качественного аудио аппарата хотелось иметь и качественный же тестовый сигнал 😉

Простота – залог успеха

Надеюсь, что описывая конструкцию по схеме практически из datasheet’ов, всё же помогу кому-нибудь из моих читателей сэкономить немного времени и собрать сразу удобный генератор тестовых сигналов, при этом избежав нескольких ненужных проб и ошибок.

Генератор прямоугольного сигнала (меандра)

C1 = 1 нФ
R1 = 6.2 кОм
R2 = 1 кОм
R3 = 300 Ом
R4 = 5 кОм
C2 = 1 мкФ
C3 = 10 мкФ 25 В
C4, C5 = 0.1 мкФ

Для тестирования аудио-конструкций удобно иметь источник сигнала центрированный относительно земли. Но и "смещённый" (с ощутимой постоянной состовляющей) сигнал бывает полезен, к примеру чтобы проверить работу серво-цепи, обеспечивающей нулевое смещение по выходу. Так что предлагаю предусмотреть возможность закорачивать проходной конденсатор на выходе генератора.

Все частоты хороши – выбирай на вкус

Раз уж греть паяльник – почему бы не обеспечить возможность выбора частоты генерируемого сигнала? Рядок DIP-переключателей, несколько дополнительных емкостей и резисторов, небольшой потенциометр – и генератор на все случаи жизни готов 🙂

В теории частоту на выходе генератора можно прикинуть как:

На практике частота получается чуть ниже рассчётной, особенно на высоких частотах.

Я ограничился следующим набором емкостей и резисторов:

C1: 1 нФ, 10 нФ, 0.1 мкФ, 1 мкФ
R1: 2.2 кОм, 6.2 кОм, 150 кОм, подстроечник 220 кОм

Удобные комбинации R1 и C1:

250 кГц – 1 нФ 2.2 кОм
100 кГц – 1 нФ 6.2 кОм
30 кГц – 10 нФ 2,2 кОм
10 кГц – 10 нФ 6,2 кОм
3.1 кГц – 0.1 мкФ 2.2 кОм
1.1 кГц – 0.1 мкФ 6.2 кОм
465 Гц – 10 нФ 150 кОм
46 Гц – 0.1 мкФ 150 кОм
4.5 Гц – 1 мкФ 150 кОм

Конечно, частоты даны очень приблизительно, всё зависит от применённых компонентов.

Собираем – Проверяем

Данную конструкцию удобно запитывать от батареек или маленького сетевого блока с обычным трансформатором и выпрямителем прямо в коробочке-вилке. Во избежание выжигания столь любимых мною КМОП 555 таймеров защита от переполюсовки тут весьма уместна.

Генератор меандра с защитой от переполюсовки питания

Монтаж паутинкой "Kynar wire" – быстро и недорого

Прямоугольники

Вот что получилось на выходе

Прочитал – передай другу

Тривиальная схемка, несложная конструкция, но очень полезна в быту электронщика. Подумай, вдруг такой простой генератор меандра поможет одному из твоих друзей вконтакте или фейсбуке? Поделись с друзьями прямо здесь и сейчас!