Широкодіапазонний функціональний генератор

Задумавши побудувати для домашньої лабораторії вимірювальний генератор, радіоаматори останнім часом все частіше зупиняють свій вибір на замкнутої релаксационной системі, що складається з інтегратора і компаратора. Пояснюється це тим, що такі генератори, як правило, простіше у виготовленні, ніж генератори синусоїдального сигналу, а їх можливості набагато ширше. Однак при використанні ОУ широко поширених серій (К140, К153, К553 і т. П.) Отримати більшу швидкість наростання вихідної напруги інтегратора і малий час "відгуку" компаратора не вдається, тому верхня гранична частота більшості описаних в радіоаматорського літературі генераторів не перевищує 10. 20 кГц.
У пропонованому увазі радіоаматорів приладі в якості інтегратора застосований ОУ К574УД1Б (швидкість наростання вихідної напруги - 50 В / мкс, частота одиничного посилення - 10 МГц), а компаратор виконаний на елементах мікросхеми К155ЛА3 (час затримки - не більше 30. 40 нс). Це дозволило розширити діапазон частот, що генеруються до 1 МГц. Генератор виробляє напруги прямокутної, трикутної і синусоїдальної форм, а також прямокутні імпульси з рівнями ТТЛ і регульованою тривалістю від 0,5 мкс до 1200 мс. Вихідна напруга можна змінювати в межах 0. 1 В. Коефіцієнт гармонік синусоїдального сигналу - не більше 1,5%. Вихідний опір генератора - близько 100 Ом.
Крім уже названих інтегратора (ОУ DA1) і компаратора (DD1), генератор включає в себе емітерний повторювач (VT1), формувач синусоїдальної напруги (VT2), масштабний підсилювач (ОУ DA2, VT7), буферний каскад (VT4, DD2.1). RS-тригер (DD2.2, DD2.3). два одновібратора (DD3.1, DD3.2) і три транзисторних стабілізатора напруги (VT3, VT5, VT6). Харчується прилад від двополярного стабілізованого джерела напруги ± 12 В. Струм, споживаний від джерела позитивної напруги, - не більше 180 мА, негативного - 80 мА.

Мал. 1 Принципова схема

Прямокутні імпульси з виходу компаратора (висновок 6 елемента DD1.2) надходять на інвертується вхід інтегратора на ОУ DA1. На виході останнього формується напруга трикутної форми, яке через емітерний повторювач на транзисторі VT1 управляє компаратором. Перемикачем SA1 частоту коливань змінюють грубо, змінним резистором R1 - плавно. Підлаштування резистор R16 служить для установки амплітуди, a R17 - постійної складової трикутного напруги. Необхідний режим роботи компаратора забезпечується подачею на висновок 7 (загальний) мікросхеми DD1 напруги -2 В з виходу стабілізатора на транзисторі VT3, а на висновок 14 - напруги +3,2 В з виходу стабілізатора на транзисторі VT5.
Коливання трикутної форми з емітера транзистора VT1 надходять в каскад, виконаний на польовому транзисторі VT2, де з них формується синусоїдальна напруга. З витоку транзистора синусоїдальний сигнал підводиться до секції перемикача SA2.2. Сюди ж - через резистори R18 і R22 - подаються напруги трикутної і прямокутної форм, знімаються відповідно з емітера транзистора VT1 і виходу елемента DD1.2 компаратора. Сигнал, обраний перемикачем SA2 (його амплітуду регулюють змінним резистором R27), посилюється масштабним підсилювачем, виконаним на ОУ DA2 і транзисторі VT7, і надходить на ступінчастий аттенюатор - дільник напруги R24-R26, а з нього - через секцію перемикача SA3.2 і резистор R32 - на вихідне гніздо XS1.
Прямокутні імпульси з рівнем ТТЛ надходять на секцію перемикача SA3.2 з виходу буферного каскаду, зібраного на транзисторі VT4 і елементі DD2.1. Вони ж запускають одновібратор DD3.1, що підключається до виходу приладу в другому і третьому (зверху) положеннях перемикача. Тривалість імпульсів регулюють комутацією конденсаторів С9 - С12 і зміною опору змінного резистора R3 времязадающей ланцюга.
Другий одновибратор мікросхеми DD3 використаний в формирователе одиночних імпульсів (з'єднується з виходом приладу в четвертому і п'ятому положеннях перемикача SA3). При натисканні на кнопку SB1 RS-тригер на елементах DD2.2, DD2.3 змінює свій стан і позитивним перепадом вихідної напруги запускає одновібратор DD3.2. Як і в попередньому випадку, необхідну тривалість імпульсу встановлюють перемикачем SA2.1 і резистором R3.
У приладі передбачена можливість використання в якості вихідного сигналу перепадів напруги на виходах RS-тригера при натисканні на кнопку SB1 (шосте і сьоме положення перемикача SA3).
Налагодження генератора починають з балансування масштабного підсилювача (DA2, VT7). Для цього перемикачі SA1-SA3 встановлюють відповідно до положень "0,1. 1 кГц", "30. 1200 мс" і "1: 1", включають харчування і підлаштування резистором R31 добиваються нульового напруги на вихідному гнізді XS1. Потім підлаштування резистором R19 встановлюють на виводі 7 мікросхеми DD1 напруга -2 В. а підлаштування резистором R33 - напруга +3,2 В на її виведення 14. Після цього до виходу приладу підключають осцилограф, переводять перемикач SA2 в верхнє (за схемою) становище і тими ж підлаштування резисторами R19, R33 добиваються того, щоб прямокутні імпульси на екрані осцилографа стали симетричними (щодо рівня 0).
Далі перемикач SA2 встановлюють в друге (зверху) становище і, перемістивши движок резистора R1 в нижнє (за схемою) положення, підлаштування резистором R6 симетрувальним сигнал трикутної форми. Симетрія останнього не повинна порушуватися при перекладі движка резистора R1 в інше крайнє положення. Відсутність постійної складової цього сигналу домагаються підлаштування резистором R17.
Нелінійні спотворення синусоїдальної напруги зводять до мінімуму підлаштування резистором R16, встановивши перемикач SA2 в третє положення.
Після цього движок змінного резистора R27 переводять у верхнє (за схемою) положення і підбирають резистор R29 до отримання на виході приладу напруги 1В. Таких же напруг прямокутної і трикутної форм домагаються підбором резисторів R22 і R18.
На закінчення підбирають конденсатор С8 до отримання верхньої граничної частоти генерованих коливань, що дорівнює 1 МГц.
Слід зазначити, що при бажанні максимальну частоту генератора можна підвищити до 2. 2,5 МГц. Для цього конденсатор С8 слід виключити, а опір резистора R16 збільшити до 6,8. 10 кОм. Правда, при цьому виникнуть труднощі з отриманням синусоїдального сигналу, так як зі збільшенням опору зазначеного резистора зменшиться амплітуда трикутного напруги. Вихід зі становища - введення підсилювача з лінійної (в смузі частот 0. 3 МГц) АЧХ між інтегратором і формувачем синусоїдальної напруги.