2001.07 Uniwersalny generator, Projekty AVT
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
++
Projekty AVT
Uniwersalny
2495
Źródło przebiegów kanonicznych (sinus, trójkąt, prostokąt) o częstotliwości 2Hz...200kHz.
Częstotliwość i amplituda sterowana za pomocą napięcia − możliwość sterowania
zewnętrznego np. z komputera i przetwornika C/A.
Możliwość zewnętrznej modulacji AM, FM, DSB; praca w roli wobulatora o bardzo szero−
kim zakresie przestrajania.
Generatory są niewątpliwie jednymi z naj−
częściej używanych elektronicznych przyrzą−
dów pomiarowych. Często nie wystarczy
multimetr, nie wystarczy nawet sam oscylo−
skop – potrzebny jest generator. Bez genera−
tora niemożliwe jest uruchomienie i spraw−
dzenie wielu budowanych układów, zarówno
cyfrowych, jak i analogowych. Szczerze
mówiąc, w praktyce potrzebne są przebiegi
o tak różnych kształtach, amplitudach i czę−
stotliwościach, że trudno jest zbudować je−
den generator, który nadawałby się do wszy−
stkich zadań.
Najbardziej uniwersalne są tak zwane ge−
neratory funkcyjne. Generują one przebiegi
o różnych kształtach, w tym przebiegi sinu−
soidalne, prostokątne i trójkątne. Niektóre fa−
bryczne generatory skonstruowane przy za−
stosowaniu zaawansowanej techniki mogą
wytwarzać przebiegi o dowolnych kształ−
tach, projektowanych przez użytkownika.
Fabryczne generatory funkcyjne mają
wprawdzie szerokie możliwości i znakomite
parametry, niemniej są, jak na kieszeń hob−
bysty, niesamowicie kosztowne.
W ogromnej większości przypadków klu−
czowe pomiary można przeprowadzić przy
użyciu stosunkowo prostych generatorów.
Niniejszy artykuł opisuje nieskompliko−
wany i tani generator funkcyjny o rewelacyj−
nych możliwościach. Nadaje się on zarówno
po badań układów analogowych, jak i cyfro−
wych. Wytwarza przebiegi sinusoidalne, trój−
kątne i prostokątne o częstotliwościach w za−
kresie 2Hz...200kHz. Wyjątkowo dobrze
nadaje się do testowania wszelkich układów
audio. Przebieg sinusoidalny pozwala szybko
i wygodnie zbadać charakterystykę częstotli−
wościową. Przebieg trójkątny znakomicie
pomaga przy sprawdzaniu zakresu liniowej
pracy układu i zakresu użytecznych ampli−
tud. Przebieg prostokątny umożliwia ocenę
właściwości dynamicznych, w tym skłonno−
ści do samowzbudzania.
Przebieg prostokątny dostępny jest na od−
dzielnym wyjściu i ma poziomy takie, jak
układy logiczne zasilane napięciem 5V. Po−
zwoli to wykorzystać generator do badania
wielu układów cyfrowych TTL i CMOS.
Opisywany generator ma dodatkowe wej−
ścia do zewnętrznej modulacji AM i FM. Co
najważniejsze, może też pracować jako gene−
rator wobulowany – przestrajany zewnętrz−
nym napięciem. Specyficzna budowa umoż−
liwia płynne przestrajanie w bardzo szerokim
zakresie ponad trzech dekad, a charakterysty−
ka zmian częstotliwości jest logarytmiczna.
W praktyce oznacza to, że opisywany gene−
rator może łatwo posłużyć do wykonania wo−
bulatora obejmującego w jednym zakresie
cały zakres częstotliwości akustycznych
20Hz...20kHz.
Podstawą konstrukcji jest znany od wielu
lat układ scalony XR2206 opracowany w fir−
mie Exar. Układ ten ma na tyle ciekawą kon−
strukcję i tak szerokie możliwości (których
część nie została wykorzystana w opisywa−
nym generatorze), że warto go opisać dokła−
dniej. Na marginesie można nadmienić, że
podobne możliwości, parametry i cenę ma
równie wiekowa kostka ICL8038, opracowa−
na w firmie Intersil. Natomiast znacznie
nowsze opracowanie firmy Maxim, układ
MAX038 ma wprawdzie znacznie szersze
możliwości, ale też dużo wyższą cenę, która
okazała się dużą przeszkodą w upowszech−
nieniu tej ciekawej kostki.
Układ XR2206
Układ scalony XR2206 jest znany od ponad
dwudziestu lat. Okazuje się, iż wciąż jest wy−
korzystywany, a świadczy o tym choćby fakt,
że mimo upływu lat nadal jest dostępny
w handlu. Swą popularność zawdzięcza para−
metrom i możliwościom, a także precyzji.
Uproszczony schemat wewnętrzny układu
XR2206 pokazany jest na
rysunku 1
. Głów−
ną rolę pełni tu generator przestrajany elek−
tronicznie, oznaczony VCO. W rzeczywisto−
ści jest to generator przestrajany nie napię−
ciem, a prądem Ip, zaznaczonym na rysunku
1. Częstotliwość generowanego przebiegu
wyznaczona jest przez pojemność dołączoną
do nóżek 5, 6 oraz przez prąd programujący,
płynący w obwodzie nóżki 7 (albo nóżki 8,
zależnie od stanu wejścia 9). Co prawda we−
dług katalogu maksymalna częstotliwość
pracy wynosi typowo 1MHz, jednak ze wzglę−
du na wzrost zniekształceń w praktycznych
Elektronika dla Wszystkich
13
generator
Projekty AVT
układach najwyższa częstotliwość pracy wy−
nosi co najwyżej 100...300kHz.
Częstotliwość generowanego przebiegu jest
liniowo zależna od prądu programującego,
płynącego od nóżki 7 (bądź 8) do ujemnej szy−
ny zasilania. Zakres regulacji jest zadziwiająco
szeroki, bo prąd programujący częstotliwość
może mieć wartość w zakresie 1µA...3mA.
Oznacza to, że w jednym zakresie można płyn−
nie zmieniać częstotliwość ponad tysiąckrot−
nie, a więc kostka może pracować jako świet−
ny wobulator, pozwalający „za jednym zama−
chem” przemiatać całe pasmo akustyczne.
na nim napięcie 0..0,8V
w stosunku do ujem−
nej szyny zasilania
, wejściem programują−
cym jest nóżka 8. Gdy natomiast napięcie wy−
nosi 2,4...5V (względem minusa zasilania)
oraz gdy wejście to „wisi w powietrzu”, wej−
ściem programującym jest nóżka 7. Pozwala
to w niezmiernie prosty sposób zrealizować
modulację FSK (Frequency Shift Keying) −
sygnał cyfrowy, podany na nóżkę 9, powodu−
je generowanie jednej z dwóch częstotliwo−
ści, programowanych za pomocą rezystorów
dołączonych do nóżek 7, 8.
Działanie przestrajanego generatora
(VCO) w sumie polega na ładowaniu i rozła−
dowaniu kondensatora prądem programują−
monicznych rzędu 0,5...1% można śmiało
uznać za przyzwoitą sinusoidę. Takie rozwią−
zanie powoduje, że przebieg sinusoidalny ma
amplitudę prawie o połowę mniejszą od trój−
kątnego, ale w praktyce nie jest to wadą.
Ukształtowany przebieg sinusoidalny albo
trójkątny podawany jest do następnego stopnia
– do modulatora. Ściśle biorąc, jest to tak zwa−
ny czteroćwiartkowy układ mnożący. Napięcie
podawane na nóżkę 1 decyduje o amplitudzie
sygnału wyjściowego. Gdy jest równe połowie
napięcia zasilania, przebieg wyjściowy ma
wartość zero. Zarówno podwyższanie, jak i ob−
niżanie napięcia powoduje zwiększanie ampli−
tudy, przy czym od polaryzacji tego napięcia
zależy faza przebiegu wyjściowego.
Sygnał prądowy z modulatora podawany
jest na bufor wyjściowy i dalej na wyjście,
czyli nóżkę 2. Buforem nie jest zwykły wtór−
nik. W zaskakująco prostym układzie wyko−
rzystano specyficzne rozwiązanie z dwoma
źródłami prądowymi. Obecność tych źródeł
prądowych oraz dodatkowa końcówka (nóż−
ka 3) dają dwie dalsze możliwości. Po pierw−
sze możliwa, jest regulacja amplitudy za po−
mocą rezystora szeregowego, dołączonego
do nóżki 3, po drugie, możliwa jest zmiana
składowej stałej na wyjściu.
Podany uproszczony opis nie tylko udo−
wadnia, że kostka XR2206 rzeczywiście pra−
cuje w niecodzienny sposób. Informacje te
znakomicie ułatwią analizę dalszych szcze−
gółów, podanych w karcie katalogowej. Ory−
ginalna angielskojęzyczna karta katalogowa
kostki XR2206 oraz jej polskojęzyczna we−
rsja wzięta z wydawanego kiedyś przez AVT
biuletynu USKA, dostępne są na stronie in−
ternetowej EdW
(www.edw.com.pl).
Informa−
cje z karty katalogowej pozwolą Czytelni−
kom wykorzystać tę wiekową, ale wciąż inte−
resującą kostkę także do wielu innych celów,
między innymi do budowy wobulatorów
m.cz., modulatorów AM, FM, FSK czy DSB.
Podstawowe parametry ukałdu XR2206
podane są poniżej.
Rys. 1
Rys. 2
cym, płynącym przez końcówki 7, 8. Uzyski−
wany przebieg ma więc kształt trójkąta. Prze−
bieg ten jest podany do następnego stopnia,
gdzie jest dodatkowo kształtowany. Poten−
cjometr dołączony do nóżek 15, 16 pozwala
uzyskać idealną symetrię przebiegu.
Zadziwiająco prosty jest sposób kształto−
wania sinusoidy. Gdy nóżki 13, 14 nie są po−
łączone, przebieg wyjściowy ma kształt trój−
kąta. Włączenie między te nóżki odpowie−
dnio dobranej rezystancji pozwala uzyskać
przebieg sinusoidalny. Włączenie tej rezy−
stancji powoduje spłaszczenie wierzchołków
trójkąta. Czym mniejsza rezystancja, tym
bardziej spłaszczone są wierzchołki. Przy
wartości około 500
Całkowite napięcie zasilana: . . .
10...26V (±5...±13V)
Pobór prądu . . . . . . . . . . . . . .
typ 14mA, max 20mA
Maksymalna częstotliwość pracy: . . . . . . .
typ. 1MHz
Stabilność cieplna: . . . . . . . . . . . . . .
typ. ±20ppm/K
Wpływ napięcia zasilającego: . . . . . . .
typ. 0,01%F/V
Zakres przemiatania (sweep): . . . . . . . . .
typ. 2000:1
Liniowość przemiatania (2000:1): . . . . . . . . . . . .
8%
Zniekształcenia modulacji FM: . . . . . . . . . . . . .
0,1%
Liniowość przebiegu trójkątnego: . . . . . . . . .
typ. 1%
Zniekształcenia przebiegu sinusoidalnego
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bez korekcji:
typ. 2,5%
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . z korekcją:
typ. 0,5%
Zakres modulacji amplitudy: . . . . . . . . . . . .
0...100%
Liniowość modulacji AM: . . . . . . . . . . . . . . .
typ. 2%
W najprostszym przypadku do zmiany
częstotliwości pracy można wykorzystać po−
tencjometr według
rysunku 2a
. Częstotli−
wość można zmieniać za pomocą zewnętrz−
nego napięcia w prostym układzie według
rysunku 2b
. Takie sposoby regulacji są wy−
starczające przy niewielkim zakresie zmian
częstotliwości. W innych przypadkach moż−
na zastosować sterowane źródło prądowe
według
rysunku 2c
. Mogą tu być wykorzy−
stane różne rozwiązania źródła prądowego,
zależne od konkretnych potrzeb i sposobu za−
silania układu scalonego.
Nóżka 9 pełni rolę wejścia cyfrowego
o poziomach TTL (mierzonych w stosunku
do ujemnej szyny zasilania). Gdy występuje
przebieg jest praktycz−
nie sinusoidalny. Nie jest to wprawdzie ideal−
na sinusoida, ale przebieg o zawartości har−
Opis
układu
Schemat ideowy kompletnego generatora
funkcji pokazany jest na
rysunku 3
.
14
Elektronika dla Wszystkich
Ω
Projekty AVT
);
w wersji podstawowej nie montować
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
R3 . . . .220k
Ω
(1...220k
Ω
Należy zwrócić uwagę, że układ w zasa−
dzie zasilany jest pojedynczym napięciem,
uzyskiwanym ze stabilizatora U2. Napięcie ze
stabilizatora, wyznaczone przez rezystory
R14, R15, wynosi około 15V. Napięcie to jest
dzielone na pół. Rezystory R12, R13 i wtórnik
U1D to obwód wytwarzania sztucznej masy.
Ostatecznie układ scalony generatora (U4)
oraz wzmacniacze operacyjne (U1) są więc
zasilane napięciem symetrycznym ±7,5V.
Dioda LED D5 jest kontrolką zasilania.
Generator ma dwa wyjścia. Przebieg sinu−
soidalny bądź trójkątny z nóżki 2 generatora
U4 przechodzi przez wtórnik U1C, a następ−
nie przez rezystor R6 na punkt F i dalej na
gniazdo wyjściowe. Punkty H, H1, H2 umoż−
liwiają dołączenie trzypozycyjnego przełącz−
nika S1, który wraz z rezystorami R10, R11
zapewnia skokową zmianę poziomu sygnału
wyjściowego. W środkowym położeniu prze−
łącznika S1 sygnał przechodzi bez tłumienia
wprost na wyjście. Rezystancja wyjściowa
wynosi wtedy 220
ziom. Przebieg z nóżki 11 generatora U4,
gdzie pracuje tranzystor z otwartym kolekto−
rem, przechodzi przez dzielnik rezystorowy
R23, R27, R28. W punkcie G występuje
przebieg o wartości międzyszczytowej około
5V. Wartości rezystorów zostały celowo do−
brane tak, żeby dolne połówki przebiegu by−
ły na poziomie masy – patrz
rysunek 4
.
Dzięki temu sygnał można wykorzystać
wprost do współpracy z układami cyfrowy−
mi, zarówno nowszych rodzin TTL, jak
i CMOS, zasilanych napięciami do 8...9V.
Gdyby rezystancja wyjściowa wyjścia „pro−
stokąta” okazała się zbyt duża do jakiegoś
konkretnego zastosowania, można nieco
zmniejszyć (proporcjonalnie) wartości rezy−
storów R23, R27, R28. Gdyby trzeba było
radykalnie obniżyć rezystancję tego wyjścia,
należałoby dodać bufor, by nie obciążyć za−
nadto tranzystora pracującego na wyjściu 11.
Jak wspomniano wcześniej, potencjometr
dołączony do nóżek 15, 16 układu U4 służy
do symetryzacji przebiegu, czyli do minimali−
zowania zniekształceń. Potencjometr PR4
umożliwia dobranie takiego „spłaszczenia”
przebiegu trójkątnego, by uzyskać jak najczy−
stszą sinusoidę.
Nóżka 9 układu U4 „wisi w powietrzu”.
Oznacza to, że nóżka programująca nr 8 jest
nieczynna, a wykorzystywana jest nóżka 7.
W prezentowanym rozwiązaniu obwód
regulacji częstotliwości jest dość rozbudowa−
ny, ale dzięki temu możliwe było uzyskanie
; w wersji podstawowej nie montować
R4,R18,R20,R23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k
Ω
R5,R12,R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
Ω
R7,R8,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k
Ω
)
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Ω
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2
Ω
R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330
Ω
(10...47k
Ω
Ω
Ω
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .750
Ω
R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2k
Ω
R21,R24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k
Ω
Ω
R25,R26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470
Ω
R27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .820
Ω
R28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,3k
Ω
A potencjometr
PR1 . . . .10k
Ω
w wersji podstawowej nie montować
PR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
miniaturowy
PR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
(R6). Gdy sygnał jest
tłumiony dziesięciokrotnie, rezystancja wyj−
ściowa wynosi około 20Ω (R6||R10), a przy
tłumieniu stukrotnym około 2,2
Ω
miniaturowy
(R6||R11).
Zmiany rezystancji wyjściowej przy zmianie
zakresu w praktyce zupełnie nie przeszka−
dzają, a zmiana zakresu zrealizowana jest
w wyjątkowo prosty sposób, z wykorzysta−
niem jednoobwodowego przełącznika trzy−
pozycyjnego. Inaczej jest z wyjściem prze−
biegu prostokątnego. Sygnał ten ma stały po−
Ω
PR4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470
Ω
miniaturowy
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33nF MKT
C1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8nF MKT
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330nF MKT
C2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF MKT
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3nF MKT
C3A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .820pF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
F/25V
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
µ
F/25V
C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
µ
F/40V
C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1000
µ
µ
F/40V
F/16V
C9,C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
µ
F/16V
Półprzewodniki
D1−D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001...7
D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED ziel. 3mm
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC558
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL074
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM317
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .UL1111 lub ULA111
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XR2206
Pozostałe
G1−G4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BNC
S1,S2 . . . . .przełącznik 3−pozycyjny jednoobwodowy
S3 . . . . . . .przełącznik 2−pozycyjny jednoobwodowy
TR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TS2/56
obudowa Z1A
Naklejki samoprzylepne
Uwaga! Sznur sieciowy, gniazdo bezpiecznikowe,
wyłącznik, gniazda G1...G4 i pokrętła potencjometrów
nie wchodzą w skład kitu AVT−2495 inależy je zakupić
oddzielnie.
µ
Komplet podzespołów z płytką jest
dostępny w sieci handlowej AVT jako
kit szkolny AVT−2495
Elektronika dla Wszystkich
15
Wykaz elementów
Rezystory
R1, R29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,6k
R22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Ω
P1−P3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Projekty AVT
logarytmicznych
(właściwie wykła−
dniczych) zmian
częstotliwości w za−
kresie ponad trzech
dekad przy linio−
wych zmianach na−
pięcia z potencjome−
tru P3.
Tranzystory U3A...
U3C z popularnego
niegdyś układu sca−
lonego UL1111 two−
rzą najzwyczajniej−
sze lustro prądowe.
Zamiast układu sca−
lonego można tu wy−
korzystać dwa poje−
dyncze tranzystory,
jednak tranzystory
z jednej scalonej
struktury zapewniają
lepsze właściwości
termiczne. Kluczową
rolę w zamianie na−
pięcia z liniowego
potencjometru P3 na
wykładnicze zmiany
prądu odgrywa tran−
zystor T2. Wykorzy−
stuje się tu znaną
zależność – liniowe
zmiany napięcia ba−
za−emiter wywołują
wykładnicze zmiany
prądu emitera i ko−
lektora T2. Tranzy−
stor T1 kompensuje
cieplne zmiany na−
pięcia U
BE
tranzysto−
ra T2. Układ można
też rozpatrywać jako
parę różnicową T1,
T2, gdzie zmiany
prądu kolektorów
zależą od zmian na−
pięć na bazach. Po−
tencjometr PR2 i re−
zystory R20, R21
umożliwiają dobór
zakresu regulacji.
Uproszczony sche−
mat tej części układu
pokazany jest na
ry−
sunku 5
. Prąd Io
o wartości wyzna−
czonej przez R19
dzieli się na dwa prą−
dy: I1, I2. Prąd I2
przepływa przez lu−
stro prądowe, co
oznacza, że w obwo−
dzie nóżki 7 płynie
prąd w I2’, w przy−
bliżeniu równy prą−
Rys. 3 Schemat ideowy
16
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
dowi I2. Napięcie z suwaka potencjometru
P3 radykalnie zmniejszone przez dzielnik
R24, R18 decyduje o stosunku podziału prą−
du. Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskuje się
bardzo duże zmiany prądu I2 od ok. 1µAdo
ok. 3mA, szeroki zakres przestrajania, i co
bardzo ważne, odwrotnie logarytmiczną za−
leżność prądu programującego od napięcia
z suwaka P3. W związku z tym w przyrzą−
dzie w wersji podstawowej przewidziano tyl−
ko trzy zakresy: 2Hz...2kHz, 20Hz, 20kHz
oraz 200Hz...200kHz. Uzyskuje się je dołą−
czając do nóżek 5, 6 generatora kondensato−
ry C1...C3, C1A...C3A za pomocą zwykłego
jednoobwodowego, trzypozycyjnego prze−
łącznika S2. Takie proste rozwiązanie przyję−
to tylko w celu zmniejszenia kosztów. Oczy−
wiście nic nie stoi na przeszkodzie, by zasto−
sować wielopozycyjny przełącznik obroto−
wy, który będzie dołączał do generatora kon−
densatory wyznaczające inne częstotliwości
maksymalne. Należy tylko się zastanowić,
czy ma to sens w związku z wyjątkowo sze−
rokim zakresem regulacji częstotliwości,
uzyskiwanym za pomocą potencjometru P3.
Czy nie lepiej pozostać przy trzech zakre−
sach, a zastosować wieloobrotowy potencjo−
metr P3, który umożliwi precyzyjne ustawie−
nie potrzebnej częstotliwości?
Jeśli ktoś zdecyduje się zwiększyć liczbę
zakresów i zechce też zmniejszyć zakres
przestrajania w obrębie zakresu, powinien
zwiększyć wartość R24 lub zmniejszyć R18.
Potencjometr P1 i współpracujący z nim
wzmacniacz operacyjny U1A umożliwiają
regulację amplitudy przebiegu wyjściowego.
Jak wspomniano, kostka XR2206 pozwala
regulować amplitudę w różny sposób. W pre−
zentowanym układzie zmienia się ją za po−
mocą napięcia stałego, podawanego na nóżkę
1. Taki sposób ma istotną zaletę – pozwala
nie tylko zdalnie regulować amplitudę, ale
i realizować modulację AM.
Z suwaka potencjometru P1 na wzmac−
niacz odwracający z rezystorami R2, R5 po−
dawane jest napięcie dodatnie względem ma−
sy. Na wyjściu wzmacniacza U1A uzyskuje
się napięcia ujemne. Przy zerowym napięciu
na nóżce 1 (potencjał masy), amplitu−
da przebiegu wyjściowego jest równa
zeru. Czym większe jest ujemne na−
pięcie podawane na nóżkę 1, tym
większa amplituda przebiegu na wyj−
ściu 2. Potencjometr montażowy
PR1 umożliwia korekcję ewentual−
nych napięć niezrównoważenia
wzmacniacza operacyjnego
U1Ai kostki U4. W wersji podstawo−
wej PR1 i R3 nie będą montowane,
a R4 można śmiało zastąpić zworą.
Potencjometr P2 umożliwia doda−
nie składowej stałej do przebiegu
prostokątnego i trójkątnego, inaczej
mówiąc, zmianę spoczynkowego na−
pięcia stałego na wyjściu. Przy bada−
niu urządzeń audio funkcja taka nie jest po−
trzebna, bo na wejściach układów audio są
kondensatory, odcinające składową stałą. Je−
śli ktoś planuje wykorzystywać generator tyl−
ko do układów audio, może nie montować
elementów P2 i R17. Rezystory R7, R8 oraz
wtórnik U1B dadzą na nóżce 3, a tym samym
na wyjściu 2 napięcie spoczynkowe równe
napięciu masy. Należy pamiętać, że od war−
tości R9 zależy amplituda przebiegu wyjścio−
wego. Standardowo należy montować R9
o wartości 22kΩ. Jeśli potrzebna jest większa
amplituda, wartość R9 można śmiało zwięk−
szyć do 47k
Ω
składowej stałej na wyjściu okaże się bardzo
pożyteczna. Dlatego nawet w wersji podsta−
wowej warto wykorzystać potencjometr P2.
Na podkreślenie zasługuje fakt, że zarów−
no częstotliwość, jak i napięcie są zmieniane
za pomocą napięć stałych, podawanych na
punkty B, C modułu. Dodatkowo, za pomocą
przekaźników włączonych w miejsce prze−
łączników S1, S2 można łatwo zmieniać za−
kresy częstotliwości i amplitudy. Ogromnie
rozszerza to możliwości wykorzystania ukła−
du. Do sterowania można na przykład wyko−
rzystać mikroprocesor lub komputer z prze−
twornikiem C/A. Nawet gotowy generator
można sterować w ten sposób przez dodatko−
we gniazda G1, G3. W zależności od potrzeb
trzeba wtedy dobrać rezystory R1 i R29.
Rys. 4
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na jednostronnej
płytce drukowanej, pokazanej na
rysunku 6
.
Montaż nie jest skomplikowany i poradzą so−
bie z nim nawet mniej zaawansowani. Montaż
warto zacząć od elementów najmniejszych:
zwór, rezystorów i diod, a następnie monto−
wać elementy coraz większe. W wersji podsta−
wowej nie będą montowane elementy R1, R3,
PR1, R29 i gniazda G1, G3, na które przewi−
dziano miejsce na płycie tylnej. Jeszcze przed
uruchomieniem układu warto zaplanować je−
go miejsce w przyszłej obudowie. Przewody
do potencjometrów i przełączników powinny
być możliwie krótkie. W modelu płytkę umie−
szczono równolegle do płyty czołowej
w odległości wyznaczonej przez potencjo−
metry i przełączniki – patrz fotografie. Kto
chce, może część płytki z transformatorem
i prostownikiem odciąć i umocować od−
dzielnie. Szczególną uwagę należy zwrócić
na przewody łączące przełącznik S2. Prze−
wody te powinny być jak najkrótsze. Jeśli
będą długie, w przebiegu wyjściowym mo−
że pojawić się „szpilka”, wynikająca z za−
kłóceń związanych z przełączaniem.
Proponowany wygląd płyt czołowej
i tylnej pokazuje
rysunek 7
(skala 1:2).
Rys. 5
Rys. 6 Schemat montażowy
Elektronika dla Wszystkich
17
.
W wielu przypadkach generator będzie
wykorzystywany do badania różnych niety−
powych układów i wtedy możliwość regulacji
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
++
Projekty AVT
Uniwersalny
2495
Źródło przebiegów kanonicznych (sinus, trójkąt, prostokąt) o częstotliwości 2Hz...200kHz.
Częstotliwość i amplituda sterowana za pomocą napięcia − możliwość sterowania
zewnętrznego np. z komputera i przetwornika C/A.
Możliwość zewnętrznej modulacji AM, FM, DSB; praca w roli wobulatora o bardzo szero−
kim zakresie przestrajania.
Generatory są niewątpliwie jednymi z naj−
częściej używanych elektronicznych przyrzą−
dów pomiarowych. Często nie wystarczy
multimetr, nie wystarczy nawet sam oscylo−
skop – potrzebny jest generator. Bez genera−
tora niemożliwe jest uruchomienie i spraw−
dzenie wielu budowanych układów, zarówno
cyfrowych, jak i analogowych. Szczerze
mówiąc, w praktyce potrzebne są przebiegi
o tak różnych kształtach, amplitudach i czę−
stotliwościach, że trudno jest zbudować je−
den generator, który nadawałby się do wszy−
stkich zadań.
Najbardziej uniwersalne są tak zwane ge−
neratory funkcyjne. Generują one przebiegi
o różnych kształtach, w tym przebiegi sinu−
soidalne, prostokątne i trójkątne. Niektóre fa−
bryczne generatory skonstruowane przy za−
stosowaniu zaawansowanej techniki mogą
wytwarzać przebiegi o dowolnych kształ−
tach, projektowanych przez użytkownika.
Fabryczne generatory funkcyjne mają
wprawdzie szerokie możliwości i znakomite
parametry, niemniej są, jak na kieszeń hob−
bysty, niesamowicie kosztowne.
W ogromnej większości przypadków klu−
czowe pomiary można przeprowadzić przy
użyciu stosunkowo prostych generatorów.
Niniejszy artykuł opisuje nieskompliko−
wany i tani generator funkcyjny o rewelacyj−
nych możliwościach. Nadaje się on zarówno
po badań układów analogowych, jak i cyfro−
wych. Wytwarza przebiegi sinusoidalne, trój−
kątne i prostokątne o częstotliwościach w za−
kresie 2Hz...200kHz. Wyjątkowo dobrze
nadaje się do testowania wszelkich układów
audio. Przebieg sinusoidalny pozwala szybko
i wygodnie zbadać charakterystykę częstotli−
wościową. Przebieg trójkątny znakomicie
pomaga przy sprawdzaniu zakresu liniowej
pracy układu i zakresu użytecznych ampli−
tud. Przebieg prostokątny umożliwia ocenę
właściwości dynamicznych, w tym skłonno−
ści do samowzbudzania.
Przebieg prostokątny dostępny jest na od−
dzielnym wyjściu i ma poziomy takie, jak
układy logiczne zasilane napięciem 5V. Po−
zwoli to wykorzystać generator do badania
wielu układów cyfrowych TTL i CMOS.
Opisywany generator ma dodatkowe wej−
ścia do zewnętrznej modulacji AM i FM. Co
najważniejsze, może też pracować jako gene−
rator wobulowany – przestrajany zewnętrz−
nym napięciem. Specyficzna budowa umoż−
liwia płynne przestrajanie w bardzo szerokim
zakresie ponad trzech dekad, a charakterysty−
ka zmian częstotliwości jest logarytmiczna.
W praktyce oznacza to, że opisywany gene−
rator może łatwo posłużyć do wykonania wo−
bulatora obejmującego w jednym zakresie
cały zakres częstotliwości akustycznych
20Hz...20kHz.
Podstawą konstrukcji jest znany od wielu
lat układ scalony XR2206 opracowany w fir−
mie Exar. Układ ten ma na tyle ciekawą kon−
strukcję i tak szerokie możliwości (których
część nie została wykorzystana w opisywa−
nym generatorze), że warto go opisać dokła−
dniej. Na marginesie można nadmienić, że
podobne możliwości, parametry i cenę ma
równie wiekowa kostka ICL8038, opracowa−
na w firmie Intersil. Natomiast znacznie
nowsze opracowanie firmy Maxim, układ
MAX038 ma wprawdzie znacznie szersze
możliwości, ale też dużo wyższą cenę, która
okazała się dużą przeszkodą w upowszech−
nieniu tej ciekawej kostki.
Układ XR2206
Układ scalony XR2206 jest znany od ponad
dwudziestu lat. Okazuje się, iż wciąż jest wy−
korzystywany, a świadczy o tym choćby fakt,
że mimo upływu lat nadal jest dostępny
w handlu. Swą popularność zawdzięcza para−
metrom i możliwościom, a także precyzji.
Uproszczony schemat wewnętrzny układu
XR2206 pokazany jest na
rysunku 1
. Głów−
ną rolę pełni tu generator przestrajany elek−
tronicznie, oznaczony VCO. W rzeczywisto−
ści jest to generator przestrajany nie napię−
ciem, a prądem Ip, zaznaczonym na rysunku
1. Częstotliwość generowanego przebiegu
wyznaczona jest przez pojemność dołączoną
do nóżek 5, 6 oraz przez prąd programujący,
płynący w obwodzie nóżki 7 (albo nóżki 8,
zależnie od stanu wejścia 9). Co prawda we−
dług katalogu maksymalna częstotliwość
pracy wynosi typowo 1MHz, jednak ze wzglę−
du na wzrost zniekształceń w praktycznych
Elektronika dla Wszystkich
13
generator
Projekty AVT
układach najwyższa częstotliwość pracy wy−
nosi co najwyżej 100...300kHz.
Częstotliwość generowanego przebiegu jest
liniowo zależna od prądu programującego,
płynącego od nóżki 7 (bądź 8) do ujemnej szy−
ny zasilania. Zakres regulacji jest zadziwiająco
szeroki, bo prąd programujący częstotliwość
może mieć wartość w zakresie 1µA...3mA.
Oznacza to, że w jednym zakresie można płyn−
nie zmieniać częstotliwość ponad tysiąckrot−
nie, a więc kostka może pracować jako świet−
ny wobulator, pozwalający „za jednym zama−
chem” przemiatać całe pasmo akustyczne.
na nim napięcie 0..0,8V
w stosunku do ujem−
nej szyny zasilania
, wejściem programują−
cym jest nóżka 8. Gdy natomiast napięcie wy−
nosi 2,4...5V (względem minusa zasilania)
oraz gdy wejście to „wisi w powietrzu”, wej−
ściem programującym jest nóżka 7. Pozwala
to w niezmiernie prosty sposób zrealizować
modulację FSK (Frequency Shift Keying) −
sygnał cyfrowy, podany na nóżkę 9, powodu−
je generowanie jednej z dwóch częstotliwo−
ści, programowanych za pomocą rezystorów
dołączonych do nóżek 7, 8.
Działanie przestrajanego generatora
(VCO) w sumie polega na ładowaniu i rozła−
dowaniu kondensatora prądem programują−
monicznych rzędu 0,5...1% można śmiało
uznać za przyzwoitą sinusoidę. Takie rozwią−
zanie powoduje, że przebieg sinusoidalny ma
amplitudę prawie o połowę mniejszą od trój−
kątnego, ale w praktyce nie jest to wadą.
Ukształtowany przebieg sinusoidalny albo
trójkątny podawany jest do następnego stopnia
– do modulatora. Ściśle biorąc, jest to tak zwa−
ny czteroćwiartkowy układ mnożący. Napięcie
podawane na nóżkę 1 decyduje o amplitudzie
sygnału wyjściowego. Gdy jest równe połowie
napięcia zasilania, przebieg wyjściowy ma
wartość zero. Zarówno podwyższanie, jak i ob−
niżanie napięcia powoduje zwiększanie ampli−
tudy, przy czym od polaryzacji tego napięcia
zależy faza przebiegu wyjściowego.
Sygnał prądowy z modulatora podawany
jest na bufor wyjściowy i dalej na wyjście,
czyli nóżkę 2. Buforem nie jest zwykły wtór−
nik. W zaskakująco prostym układzie wyko−
rzystano specyficzne rozwiązanie z dwoma
źródłami prądowymi. Obecność tych źródeł
prądowych oraz dodatkowa końcówka (nóż−
ka 3) dają dwie dalsze możliwości. Po pierw−
sze możliwa, jest regulacja amplitudy za po−
mocą rezystora szeregowego, dołączonego
do nóżki 3, po drugie, możliwa jest zmiana
składowej stałej na wyjściu.
Podany uproszczony opis nie tylko udo−
wadnia, że kostka XR2206 rzeczywiście pra−
cuje w niecodzienny sposób. Informacje te
znakomicie ułatwią analizę dalszych szcze−
gółów, podanych w karcie katalogowej. Ory−
ginalna angielskojęzyczna karta katalogowa
kostki XR2206 oraz jej polskojęzyczna we−
rsja wzięta z wydawanego kiedyś przez AVT
biuletynu USKA, dostępne są na stronie in−
ternetowej EdW
(www.edw.com.pl).
Informa−
cje z karty katalogowej pozwolą Czytelni−
kom wykorzystać tę wiekową, ale wciąż inte−
resującą kostkę także do wielu innych celów,
między innymi do budowy wobulatorów
m.cz., modulatorów AM, FM, FSK czy DSB.
Podstawowe parametry ukałdu XR2206
podane są poniżej.
Rys. 1
Rys. 2
cym, płynącym przez końcówki 7, 8. Uzyski−
wany przebieg ma więc kształt trójkąta. Prze−
bieg ten jest podany do następnego stopnia,
gdzie jest dodatkowo kształtowany. Poten−
cjometr dołączony do nóżek 15, 16 pozwala
uzyskać idealną symetrię przebiegu.
Zadziwiająco prosty jest sposób kształto−
wania sinusoidy. Gdy nóżki 13, 14 nie są po−
łączone, przebieg wyjściowy ma kształt trój−
kąta. Włączenie między te nóżki odpowie−
dnio dobranej rezystancji pozwala uzyskać
przebieg sinusoidalny. Włączenie tej rezy−
stancji powoduje spłaszczenie wierzchołków
trójkąta. Czym mniejsza rezystancja, tym
bardziej spłaszczone są wierzchołki. Przy
wartości około 500
Całkowite napięcie zasilana: . . .
10...26V (±5...±13V)
Pobór prądu . . . . . . . . . . . . . .
typ 14mA, max 20mA
Maksymalna częstotliwość pracy: . . . . . . .
typ. 1MHz
Stabilność cieplna: . . . . . . . . . . . . . .
typ. ±20ppm/K
Wpływ napięcia zasilającego: . . . . . . .
typ. 0,01%F/V
Zakres przemiatania (sweep): . . . . . . . . .
typ. 2000:1
Liniowość przemiatania (2000:1): . . . . . . . . . . . .
8%
Zniekształcenia modulacji FM: . . . . . . . . . . . . .
0,1%
Liniowość przebiegu trójkątnego: . . . . . . . . .
typ. 1%
Zniekształcenia przebiegu sinusoidalnego
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bez korekcji:
typ. 2,5%
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . z korekcją:
typ. 0,5%
Zakres modulacji amplitudy: . . . . . . . . . . . .
0...100%
Liniowość modulacji AM: . . . . . . . . . . . . . . .
typ. 2%
W najprostszym przypadku do zmiany
częstotliwości pracy można wykorzystać po−
tencjometr według
rysunku 2a
. Częstotli−
wość można zmieniać za pomocą zewnętrz−
nego napięcia w prostym układzie według
rysunku 2b
. Takie sposoby regulacji są wy−
starczające przy niewielkim zakresie zmian
częstotliwości. W innych przypadkach moż−
na zastosować sterowane źródło prądowe
według
rysunku 2c
. Mogą tu być wykorzy−
stane różne rozwiązania źródła prądowego,
zależne od konkretnych potrzeb i sposobu za−
silania układu scalonego.
Nóżka 9 pełni rolę wejścia cyfrowego
o poziomach TTL (mierzonych w stosunku
do ujemnej szyny zasilania). Gdy występuje
przebieg jest praktycz−
nie sinusoidalny. Nie jest to wprawdzie ideal−
na sinusoida, ale przebieg o zawartości har−
Opis
układu
Schemat ideowy kompletnego generatora
funkcji pokazany jest na
rysunku 3
.
14
Elektronika dla Wszystkich
Ω
Projekty AVT
);
w wersji podstawowej nie montować
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
R3 . . . .220k
Ω
(1...220k
Ω
Należy zwrócić uwagę, że układ w zasa−
dzie zasilany jest pojedynczym napięciem,
uzyskiwanym ze stabilizatora U2. Napięcie ze
stabilizatora, wyznaczone przez rezystory
R14, R15, wynosi około 15V. Napięcie to jest
dzielone na pół. Rezystory R12, R13 i wtórnik
U1D to obwód wytwarzania sztucznej masy.
Ostatecznie układ scalony generatora (U4)
oraz wzmacniacze operacyjne (U1) są więc
zasilane napięciem symetrycznym ±7,5V.
Dioda LED D5 jest kontrolką zasilania.
Generator ma dwa wyjścia. Przebieg sinu−
soidalny bądź trójkątny z nóżki 2 generatora
U4 przechodzi przez wtórnik U1C, a następ−
nie przez rezystor R6 na punkt F i dalej na
gniazdo wyjściowe. Punkty H, H1, H2 umoż−
liwiają dołączenie trzypozycyjnego przełącz−
nika S1, który wraz z rezystorami R10, R11
zapewnia skokową zmianę poziomu sygnału
wyjściowego. W środkowym położeniu prze−
łącznika S1 sygnał przechodzi bez tłumienia
wprost na wyjście. Rezystancja wyjściowa
wynosi wtedy 220
ziom. Przebieg z nóżki 11 generatora U4,
gdzie pracuje tranzystor z otwartym kolekto−
rem, przechodzi przez dzielnik rezystorowy
R23, R27, R28. W punkcie G występuje
przebieg o wartości międzyszczytowej około
5V. Wartości rezystorów zostały celowo do−
brane tak, żeby dolne połówki przebiegu by−
ły na poziomie masy – patrz
rysunek 4
.
Dzięki temu sygnał można wykorzystać
wprost do współpracy z układami cyfrowy−
mi, zarówno nowszych rodzin TTL, jak
i CMOS, zasilanych napięciami do 8...9V.
Gdyby rezystancja wyjściowa wyjścia „pro−
stokąta” okazała się zbyt duża do jakiegoś
konkretnego zastosowania, można nieco
zmniejszyć (proporcjonalnie) wartości rezy−
storów R23, R27, R28. Gdyby trzeba było
radykalnie obniżyć rezystancję tego wyjścia,
należałoby dodać bufor, by nie obciążyć za−
nadto tranzystora pracującego na wyjściu 11.
Jak wspomniano wcześniej, potencjometr
dołączony do nóżek 15, 16 układu U4 służy
do symetryzacji przebiegu, czyli do minimali−
zowania zniekształceń. Potencjometr PR4
umożliwia dobranie takiego „spłaszczenia”
przebiegu trójkątnego, by uzyskać jak najczy−
stszą sinusoidę.
Nóżka 9 układu U4 „wisi w powietrzu”.
Oznacza to, że nóżka programująca nr 8 jest
nieczynna, a wykorzystywana jest nóżka 7.
W prezentowanym rozwiązaniu obwód
regulacji częstotliwości jest dość rozbudowa−
ny, ale dzięki temu możliwe było uzyskanie
; w wersji podstawowej nie montować
R4,R18,R20,R23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k
Ω
R5,R12,R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
Ω
R7,R8,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k
Ω
)
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Ω
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2
Ω
R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330
Ω
(10...47k
Ω
Ω
Ω
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .750
Ω
R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2k
Ω
R21,R24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k
Ω
Ω
R25,R26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470
Ω
R27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .820
Ω
R28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,3k
Ω
A potencjometr
PR1 . . . .10k
Ω
w wersji podstawowej nie montować
PR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
miniaturowy
PR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
(R6). Gdy sygnał jest
tłumiony dziesięciokrotnie, rezystancja wyj−
ściowa wynosi około 20Ω (R6||R10), a przy
tłumieniu stukrotnym około 2,2
Ω
miniaturowy
(R6||R11).
Zmiany rezystancji wyjściowej przy zmianie
zakresu w praktyce zupełnie nie przeszka−
dzają, a zmiana zakresu zrealizowana jest
w wyjątkowo prosty sposób, z wykorzysta−
niem jednoobwodowego przełącznika trzy−
pozycyjnego. Inaczej jest z wyjściem prze−
biegu prostokątnego. Sygnał ten ma stały po−
Ω
PR4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470
Ω
miniaturowy
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33nF MKT
C1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8nF MKT
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330nF MKT
C2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF MKT
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3nF MKT
C3A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .820pF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
F/25V
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
µ
F/25V
C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
µ
F/40V
C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1000
µ
µ
F/40V
F/16V
C9,C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
µ
F/16V
Półprzewodniki
D1−D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001...7
D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED ziel. 3mm
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC558
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL074
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM317
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .UL1111 lub ULA111
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XR2206
Pozostałe
G1−G4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BNC
S1,S2 . . . . .przełącznik 3−pozycyjny jednoobwodowy
S3 . . . . . . .przełącznik 2−pozycyjny jednoobwodowy
TR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TS2/56
obudowa Z1A
Naklejki samoprzylepne
Uwaga! Sznur sieciowy, gniazdo bezpiecznikowe,
wyłącznik, gniazda G1...G4 i pokrętła potencjometrów
nie wchodzą w skład kitu AVT−2495 inależy je zakupić
oddzielnie.
µ
Komplet podzespołów z płytką jest
dostępny w sieci handlowej AVT jako
kit szkolny AVT−2495
Elektronika dla Wszystkich
15
Wykaz elementów
Rezystory
R1, R29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
Ω
R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,6k
R22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Ω
P1−P3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Projekty AVT
logarytmicznych
(właściwie wykła−
dniczych) zmian
częstotliwości w za−
kresie ponad trzech
dekad przy linio−
wych zmianach na−
pięcia z potencjome−
tru P3.
Tranzystory U3A...
U3C z popularnego
niegdyś układu sca−
lonego UL1111 two−
rzą najzwyczajniej−
sze lustro prądowe.
Zamiast układu sca−
lonego można tu wy−
korzystać dwa poje−
dyncze tranzystory,
jednak tranzystory
z jednej scalonej
struktury zapewniają
lepsze właściwości
termiczne. Kluczową
rolę w zamianie na−
pięcia z liniowego
potencjometru P3 na
wykładnicze zmiany
prądu odgrywa tran−
zystor T2. Wykorzy−
stuje się tu znaną
zależność – liniowe
zmiany napięcia ba−
za−emiter wywołują
wykładnicze zmiany
prądu emitera i ko−
lektora T2. Tranzy−
stor T1 kompensuje
cieplne zmiany na−
pięcia U
BE
tranzysto−
ra T2. Układ można
też rozpatrywać jako
parę różnicową T1,
T2, gdzie zmiany
prądu kolektorów
zależą od zmian na−
pięć na bazach. Po−
tencjometr PR2 i re−
zystory R20, R21
umożliwiają dobór
zakresu regulacji.
Uproszczony sche−
mat tej części układu
pokazany jest na
ry−
sunku 5
. Prąd Io
o wartości wyzna−
czonej przez R19
dzieli się na dwa prą−
dy: I1, I2. Prąd I2
przepływa przez lu−
stro prądowe, co
oznacza, że w obwo−
dzie nóżki 7 płynie
prąd w I2’, w przy−
bliżeniu równy prą−
Rys. 3 Schemat ideowy
16
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
dowi I2. Napięcie z suwaka potencjometru
P3 radykalnie zmniejszone przez dzielnik
R24, R18 decyduje o stosunku podziału prą−
du. Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskuje się
bardzo duże zmiany prądu I2 od ok. 1µAdo
ok. 3mA, szeroki zakres przestrajania, i co
bardzo ważne, odwrotnie logarytmiczną za−
leżność prądu programującego od napięcia
z suwaka P3. W związku z tym w przyrzą−
dzie w wersji podstawowej przewidziano tyl−
ko trzy zakresy: 2Hz...2kHz, 20Hz, 20kHz
oraz 200Hz...200kHz. Uzyskuje się je dołą−
czając do nóżek 5, 6 generatora kondensato−
ry C1...C3, C1A...C3A za pomocą zwykłego
jednoobwodowego, trzypozycyjnego prze−
łącznika S2. Takie proste rozwiązanie przyję−
to tylko w celu zmniejszenia kosztów. Oczy−
wiście nic nie stoi na przeszkodzie, by zasto−
sować wielopozycyjny przełącznik obroto−
wy, który będzie dołączał do generatora kon−
densatory wyznaczające inne częstotliwości
maksymalne. Należy tylko się zastanowić,
czy ma to sens w związku z wyjątkowo sze−
rokim zakresem regulacji częstotliwości,
uzyskiwanym za pomocą potencjometru P3.
Czy nie lepiej pozostać przy trzech zakre−
sach, a zastosować wieloobrotowy potencjo−
metr P3, który umożliwi precyzyjne ustawie−
nie potrzebnej częstotliwości?
Jeśli ktoś zdecyduje się zwiększyć liczbę
zakresów i zechce też zmniejszyć zakres
przestrajania w obrębie zakresu, powinien
zwiększyć wartość R24 lub zmniejszyć R18.
Potencjometr P1 i współpracujący z nim
wzmacniacz operacyjny U1A umożliwiają
regulację amplitudy przebiegu wyjściowego.
Jak wspomniano, kostka XR2206 pozwala
regulować amplitudę w różny sposób. W pre−
zentowanym układzie zmienia się ją za po−
mocą napięcia stałego, podawanego na nóżkę
1. Taki sposób ma istotną zaletę – pozwala
nie tylko zdalnie regulować amplitudę, ale
i realizować modulację AM.
Z suwaka potencjometru P1 na wzmac−
niacz odwracający z rezystorami R2, R5 po−
dawane jest napięcie dodatnie względem ma−
sy. Na wyjściu wzmacniacza U1A uzyskuje
się napięcia ujemne. Przy zerowym napięciu
na nóżce 1 (potencjał masy), amplitu−
da przebiegu wyjściowego jest równa
zeru. Czym większe jest ujemne na−
pięcie podawane na nóżkę 1, tym
większa amplituda przebiegu na wyj−
ściu 2. Potencjometr montażowy
PR1 umożliwia korekcję ewentual−
nych napięć niezrównoważenia
wzmacniacza operacyjnego
U1Ai kostki U4. W wersji podstawo−
wej PR1 i R3 nie będą montowane,
a R4 można śmiało zastąpić zworą.
Potencjometr P2 umożliwia doda−
nie składowej stałej do przebiegu
prostokątnego i trójkątnego, inaczej
mówiąc, zmianę spoczynkowego na−
pięcia stałego na wyjściu. Przy bada−
niu urządzeń audio funkcja taka nie jest po−
trzebna, bo na wejściach układów audio są
kondensatory, odcinające składową stałą. Je−
śli ktoś planuje wykorzystywać generator tyl−
ko do układów audio, może nie montować
elementów P2 i R17. Rezystory R7, R8 oraz
wtórnik U1B dadzą na nóżce 3, a tym samym
na wyjściu 2 napięcie spoczynkowe równe
napięciu masy. Należy pamiętać, że od war−
tości R9 zależy amplituda przebiegu wyjścio−
wego. Standardowo należy montować R9
o wartości 22kΩ. Jeśli potrzebna jest większa
amplituda, wartość R9 można śmiało zwięk−
szyć do 47k
Ω
składowej stałej na wyjściu okaże się bardzo
pożyteczna. Dlatego nawet w wersji podsta−
wowej warto wykorzystać potencjometr P2.
Na podkreślenie zasługuje fakt, że zarów−
no częstotliwość, jak i napięcie są zmieniane
za pomocą napięć stałych, podawanych na
punkty B, C modułu. Dodatkowo, za pomocą
przekaźników włączonych w miejsce prze−
łączników S1, S2 można łatwo zmieniać za−
kresy częstotliwości i amplitudy. Ogromnie
rozszerza to możliwości wykorzystania ukła−
du. Do sterowania można na przykład wyko−
rzystać mikroprocesor lub komputer z prze−
twornikiem C/A. Nawet gotowy generator
można sterować w ten sposób przez dodatko−
we gniazda G1, G3. W zależności od potrzeb
trzeba wtedy dobrać rezystory R1 i R29.
Rys. 4
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na jednostronnej
płytce drukowanej, pokazanej na
rysunku 6
.
Montaż nie jest skomplikowany i poradzą so−
bie z nim nawet mniej zaawansowani. Montaż
warto zacząć od elementów najmniejszych:
zwór, rezystorów i diod, a następnie monto−
wać elementy coraz większe. W wersji podsta−
wowej nie będą montowane elementy R1, R3,
PR1, R29 i gniazda G1, G3, na które przewi−
dziano miejsce na płycie tylnej. Jeszcze przed
uruchomieniem układu warto zaplanować je−
go miejsce w przyszłej obudowie. Przewody
do potencjometrów i przełączników powinny
być możliwie krótkie. W modelu płytkę umie−
szczono równolegle do płyty czołowej
w odległości wyznaczonej przez potencjo−
metry i przełączniki – patrz fotografie. Kto
chce, może część płytki z transformatorem
i prostownikiem odciąć i umocować od−
dzielnie. Szczególną uwagę należy zwrócić
na przewody łączące przełącznik S2. Prze−
wody te powinny być jak najkrótsze. Jeśli
będą długie, w przebiegu wyjściowym mo−
że pojawić się „szpilka”, wynikająca z za−
kłóceń związanych z przełączaniem.
Proponowany wygląd płyt czołowej
i tylnej pokazuje
rysunek 7
(skala 1:2).
Rys. 5
Rys. 6 Schemat montażowy
Elektronika dla Wszystkich
17
.
W wielu przypadkach generator będzie
wykorzystywany do badania różnych niety−
powych układów i wtedy możliwość regulacji
[ Pobierz całość w formacie PDF ]