Navrhovaný sinusový testovací zvukový generátor je založen na vídeňském můstku, vytváří velmi nízké sinusové zkreslení a pracuje od 15 Hz do 22 kHz ve dvou dílčích pásmech. Dvě úrovně výstupních napětí - od 0-250 mV a 0-2,5 V. Zapojení není nijak složité a je doporučeno k sestavení i nezkušeným radioamatérům.

Seznam dílů audio generátoru

• R1, R3, R4 = 330 Ohm
• R2 = 33 Ohm
• R5 = 50k duální potenciometr (lineární)
• R6 = 4,7 tis
• R7 = 47k
• R8 = potenciometr 5k (lineární)
• C1, C3 = 0,022 uF
• C2, C4 = 0,22 uF
• C5, C6 = 47uF elektrolytické kondenzátory (50V)
• IC1 = TL082 dvojitý operační zesilovač s paticí
• L1 = 28V/40mA lampa
• J1 = BNC konektor
• J2 = RCA Jack
• B1, B2 = 9 V korun

Sestava generátoru

LED dioda slouží jako indikátor zapnutí/vypnutí zařízení. Pokud jde o žárovku L1, během procesu montáže bylo testováno mnoho typů žárovek a všechny fungovaly dobře. Začněte řezáním DPS na požadovanou velikost, leptáním, vrtáním a montáží.

V radioamatérské praxi je často potřeba použít generátor sinusových oscilací. Můžete pro něj najít širokou škálu aplikací. Podívejme se, jak vytvořit generátor sinusového signálu na vídeňském můstku se stabilní amplitudou a frekvencí.

Článek popisuje vývoj obvodu generátoru sinusového signálu. Požadovanou frekvenci můžete vygenerovat také programově:

Nejpohodlnější, z hlediska montáže a nastavení, verze generátoru sinusového signálu je generátor postavený na vídeňském můstku, využívající moderní operační zesilovač (OP-Amp).

Most vína

Samotný Wien bridge je pásmový filtr sestávající ze dvou. Zvýrazňuje centrální frekvenci a potlačuje ostatní frekvence.

Most vynalezl Max Wien již v roce 1891. Na schematickém diagramu je samotný vídeňský most obvykle znázorněn následovně:

Obrázek vypůjčený z Wikipedie

Vídeňský můstek má poměr výstupního napětí ke vstupnímu napětí b = 1/3 . To je důležitý bod, protože tento koeficient určuje podmínky pro stabilní generování. Ale o tom později

Jak vypočítat frekvenci

Na vídeňském mostě se často staví autogenerátory a měřiče indukčnosti. Abyste si nekomplikovali život, většinou používají R1=R2=R A C1=C2=C . Díky tomu lze vzorec zjednodušit. Základní frekvence mostu se vypočítá z poměru:

f=1/2πRC

Téměř každý filtr lze považovat za frekvenčně závislý dělič napětí. Proto je při volbě hodnot odporu a kondenzátoru žádoucí, aby při rezonanční frekvenci byl komplexní odpor kondenzátoru (Z) roven nebo alespoň stejného řádu velikosti jako odpor odpor.

Zc=l/ωC=l/2πνC

Kde ω (omega) - cyklická frekvence, ν (nu) - lineární frekvence, ω=2πν

Vídeňský můstek a operační zesilovač

Vídeňský most sám o sobě není generátorem signálu. Aby došlo ke generování, musí být umístěn v obvodu kladné zpětné vazby operačního zesilovače. Takový samooscilátor lze sestavit i pomocí tranzistoru. Ale použití operačního zesilovače jednoznačně zjednoduší život a poskytne lepší výkon.

Zisk faktor tři

Vídeňský most má propustnost b = 1/3 . Podmínkou pro generování tedy je, že operační zesilovač musí poskytovat zisk tři. V tomto případě bude součin přenosových koeficientů Wienského můstku a zesílení operačního zesilovače 1. A dojde ke stabilnímu generování dané frekvence.

Pokud by byl svět ideální, pak nastavením požadovaného zesílení s odpory v obvodu záporné zpětné vazby bychom získali již hotový generátor.

Jedná se o neinvertující zesilovač a jeho zesílení je určeno vztahem:K=l+R2/Rl

Ale bohužel, svět není ideální. ... V praxi se ukazuje, že pro zahájení generování je nutné, aby v samém počátečním okamžiku koeficient. zisk byl o něco více než 3 a poté pro stabilní generaci byl udržován na 3.

Pokud je zesílení menší než 3, generátor se zastaví, pokud je větší, signál se po dosažení napájecího napětí začne zkreslovat a dojde k saturaci.

Při nasycení bude výstup udržovat napětí blízké jednomu z napájecích napětí. A dojde k náhodnému chaotickému přepínání mezi napájecími napětími.

Proto se při stavbě generátoru na vídeňském můstku uchýlí k použití nelineárního prvku v obvodu záporné zpětné vazby, který reguluje zisk. V tomto případě se generátor vyrovná a bude udržovat výrobu na stejné úrovni.

Stabilizace amplitudy na žárovce

V nejklasičtější verzi generátoru na vídeňském můstku u operačního zesilovače se používá miniaturní nízkonapěťová žárovka, která je instalována místo odporu.

Když je takový generátor zapnutý, v prvním okamžiku je spirála lampy studená a její odpor je nízký. To pomáhá nastartovat generátor (K>3). Poté, jak se zahřeje, odpor spirály roste a zesílení klesá, dokud nedosáhne rovnováhy (K=3).

Obvod kladné zpětné vazby, ve kterém byl umístěn vídeňský můstek, zůstává nezměněn. Obecné schéma zapojení generátoru je následující:

Pozitivní zpětnovazební prvky operačního zesilovače určují generační frekvenci. A prvky negativní zpětné vazby jsou posílení.

Myšlenka použití žárovky jako ovládacího prvku je velmi zajímavá a používá se dodnes. Ale bohužel, žárovka má řadu nevýhod:

• je vyžadován výběr žárovky a odporu R* omezujícího proud.
• Při pravidelném používání generátoru je životnost žárovky obvykle omezena na několik měsíců
• Řídicí vlastnosti žárovky závisí na teplotě v místnosti.

Další zajímavou možností je použití přímo vyhřívaného termistoru. Myšlenka je v podstatě stejná, ale místo vlákna žárovky je použit termistor. Problém je v tom, že jej nejprve musíte najít a znovu vybrat a odpory omezující proud.

Stabilizace amplitudy na LED

Účinnou metodou pro stabilizaci amplitudy výstupního napětí generátoru sinusového signálu je použití LED operačního zesilovače v obvodu záporné zpětné vazby ( VD1 A VD2 ).

Hlavní zesílení je nastaveno odpory R3 A R4 . Zbývající prvky ( R5 , R6 a LED) upravují zesílení v malém rozsahu a udržují výstup stabilní. Rezistor R5 výstupní napětí můžete upravit v rozsahu přibližně 5-10 voltů.

V přídavném obvodu OS je vhodné použít nízkoodporové odpory ( R5 A R6 ). To umožní, aby přes LED procházel významný proud (až 5 mA) a byly v optimálním režimu. Budou i trochu svítit :-)

Ve výše uvedeném schématu jsou prvky Wienského můstku navrženy tak, aby generovaly frekvenci 400 Hz, lze je však snadno přepočítat pro jakoukoli jinou frekvenci pomocí vzorců uvedených na začátku článku.

Kvalita generování a použitých prvků

Je důležité, aby operační zesilovač mohl poskytovat proud potřebný pro generování a měl dostatečnou šířku frekvenčního pásma. Použití populárních TL062 a TL072 jako operačních zesilovačů poskytlo velmi smutné výsledky při generační frekvenci 100 kHz. Tvar signálu se stěží dal nazvat sinusovým, byl to spíše trojúhelníkový signál. Použití TDA 2320 přineslo ještě horší výsledky.

Ale NE5532 ukázal svou vynikající stránku, produkoval výstupní signál velmi podobný sinusovému signálu. LM833 se s úkolem také dokonale vyrovnal. Jsou to tedy NE5532 a LM833, které jsou doporučeny pro použití jako cenově dostupné a běžné vysoce kvalitní operační zesilovače. I když se snížením frekvence se zbytek operačních zesilovačů bude cítit mnohem lépe.

Přesnost generačního kmitočtu přímo závisí na přesnosti prvků kmitočtově závislého obvodu. A v tomto případě je důležité nejen to, aby hodnota prvku odpovídala nápisu na něm. Přesnější díly mají lepší stabilitu hodnot při změnách teploty.

V autorské verzi byl použit rezistor typu C2-13 ±0,5 % a slídové kondenzátory s přesností ±2 %. Použití rezistorů tohoto typu je způsobeno nízkou závislostí jejich odporu na teplotě. Slídové kondenzátory mají také malou závislost na teplotě a mají nízkou TKE.

Nevýhody LED

Vyplatí se zaměřit na LED samostatně. Jejich použití v obvodu sinusového generátoru je způsobeno velikostí úbytku napětí, který obvykle leží v rozmezí 1,2-1,5 voltu. To vám umožní získat poměrně vysoké výstupní napětí.

Po implementaci obvodu na prkénku se ukázalo, že v důsledku kolísání parametrů LED nejsou čela sinusovky na výstupu generátoru symetrická. Je to trochu patrné i na výše uvedené fotce. Navíc docházelo k mírným zkreslením tvaru generovaného sinusu, způsobeným nedostatečnou pracovní rychlostí LED pro generační frekvenci 100 kHz.

4148 diod místo LED

LED diody byly nahrazeny oblíbenými diodami 4148. Jedná se o cenově dostupné vysokorychlostní signální diody s rychlostí spínání pod 4 ns. Okruh přitom zůstal plně funkční, po výše popsaných problémech nezůstala ani stopa a sinusoida získala ideální vzhled.

V následujícím schématu jsou prvky vinného můstku navrženy pro generační frekvenci 100 kHz. Také proměnný odpor R5 byl nahrazen konstantními, ale o tom později.

Na rozdíl od LED je úbytek napětí na p-n přechodu klasických diod 0,6÷0,7 V, takže výstupní napětí generátoru bylo asi 2,5 V. Pro zvýšení výstupního napětí je možné zapojit více diod do série, místo jedné , například takto:

Zvýšení počtu nelineárních prvků však způsobí, že generátor bude více závislý na vnější teplotě. Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto opustit tento přístup a používat jednu diodu po druhé.

Výměna proměnného rezistoru za konstantní

Nyní o ladícím rezistoru. Zpočátku byl jako rezistor R5 použit víceotáčkový trimrový rezistor 470 Ohm. Umožňoval přesně regulovat výstupní napětí.

Při stavbě jakéhokoli generátoru je velmi žádoucí mít osciloskop. Proměnný rezistor R5 přímo ovlivňuje generování - jak amplitudu, tak stabilitu.

Pro prezentovaný obvod je generování stabilní pouze v malém rozsahu odporu tohoto rezistoru. Pokud je poměr odporu větší, než je požadováno, začíná ořezávání, tzn. sinusová vlna bude oříznuta shora a zdola. Pokud je méně, tvar sinusoidy se začne deformovat a s dalším poklesem se generace zadrhne.

Záleží také na použitém napájecím napětí. Popsaný obvod byl původně sestaven pomocí operačního zesilovače LM833 s napájením ±9V. Poté, bez změny obvodu, byly operační zesilovače nahrazeny AD8616 a napájecí napětí bylo změněno na ±2,5 V (maximum pro tyto operační zesilovače). V důsledku této výměny došlo k odříznutí sinusoidy na výstupu. Výběr rezistorů dal hodnoty 210 a 165 ohmů místo 150 a 330, v tomto pořadí.

Jak vybrat odpory „podle oka“

V zásadě můžete nechat ladicí odpor. Vše závisí na požadované přesnosti a generované frekvenci sinusového signálu.

Chcete-li provést svůj vlastní výběr, měli byste nejprve nainstalovat ladicí odpor s nominální hodnotou 200-500 Ohmů. Přivedením výstupního signálu generátoru do osciloskopu a otáčením trimovacího rezistoru dosáhněte okamžiku, kdy začíná omezení.

Poté snížením amplitudy najděte polohu, ve které bude tvar sinusoidy nejlepší. Nyní můžete trimr vyjmout, změřit výsledné hodnoty odporu a hodnoty připájet co nejblíže.

Pokud potřebujete generátor sinusového zvukového signálu, obejdete se bez osciloskopu. K tomu je opět lepší dosáhnout okamžiku, kdy signál podle ucha začne být zkreslený kvůli ořezávání, a poté snížit amplitudu. Měli byste to ztlumit, dokud zkreslení nezmizí, a pak ještě trochu víc. To je nutné, protože Ne vždy je možné sluchem detekovat zkreslení i 10 %.

Dodatečné zesílení

Sinusový generátor byl namontován na duálním operačním zesilovači a polovina mikroobvodu zůstala viset ve vzduchu. Proto je logické použití pod nastavitelným zesilovačem napětí. To umožnilo přesunout proměnný odpor z přídavného zpětnovazebního obvodu generátoru do stupně napěťového zesilovače pro regulaci výstupního napětí.

Použití přídavného zesilovacího stupně zaručuje lepší přizpůsobení výkonu generátoru zátěži. Byl postaven podle klasického neinvertujícího zesilovacího obvodu.

Uvedená hodnocení umožňují změnit zesílení od 2 do 5. V případě potřeby lze hodnocení přepočítat pro požadovaný úkol. Kaskádový zisk je dán vztahem:

K=l+R2/Rl

Rezistor R1 je součet proměnných a konstantních rezistorů zapojených do série. Konstantní rezistor je potřeba, aby při minimální poloze knoflíku proměnného rezistoru nešel zisk do nekonečna.

Jak posílit výstup

Generátor byl zamýšlen pro provoz při nízkoodporové zátěži několika ohmů. Samozřejmě, že ani jeden nízkopříkonový operační zesilovač nemůže produkovat požadovaný proud.

Pro zvýšení výkonu byl na výstup generátoru umístěn opakovač TDA2030. Všechny výhody tohoto použití tohoto mikroobvodu jsou popsány v článku.

A takto vypadá obvod celého sinusového generátoru se zesilovačem napětí a opakovačem na výstupu:

Sinusový generátor na vídeňském můstku lze také sestavit na samotný TDA2030 jako operační zesilovač. Vše závisí na požadované přesnosti a zvolené frekvenci generování.

Pokud nejsou žádné speciální požadavky na kvalitu generování a požadovaný kmitočet nepřesahuje 80-100 kHz, ale má pracovat s nízkoimpedanční zátěží, pak je tato možnost pro vás ideální.

Závěr

Generátor vídeňského můstku není jediným způsobem, jak generovat sinusovou vlnu. Pokud potřebujete vysoce přesnou stabilizaci frekvence, je lepší poohlédnout se po generátorech s křemenným rezonátorem.

Popsané zapojení je však vhodné pro drtivou většinu případů, kdy je požadováno získání stabilního sinusového signálu, a to jak frekvenčně, tak amplitudově.

Generování je dobré, ale jak přesně změřit velikost vysokofrekvenčního střídavého napětí? K tomu je ideální schéma s názvem .

Materiál byl připraven výhradně pro staveniště

Existují zařízení a přístroje, které jsou nejen napájeny z elektrické sítě, ale také ve kterých elektrická síť slouží jako zdroj takových impulsů nezbytných pro činnost obvodu přístroje. Když jsou taková zařízení napájena z napájecího zdroje s jinou frekvencí nebo z autonomního zdroje, vzniká problém, odkud vzít hodinovou frekvenci.

Hodinová frekvence v takových zařízeních je obvykle buď rovna síťové frekvenci (60 nebo 50 Hz) nebo rovna dvojnásobku síťové frekvence, když zdrojem hodinových pulsů v obvodu zařízení je obvod na bázi můstkového usměrňovače bez vyhlazovacího kondenzátoru. .

Níže jsou uvedeny čtyři obvody pulzních generátorů s frekvencemi 50 Hz, 60 Hz, 100 Hz a 120 Hz, postavené na bázi mikroobvodu CD4060B a 32768 Hz quartz clock rezonátoru.

obvod generátoru 50 Hz

Rýže. 1. Schematické schéma generátoru signálu o frekvenci 50 Hz.

Obrázek 1 ukazuje obvod generátoru frekvence 50 Hz. Kmitočet je stabilizován quartzovým rezonátorem Q1 na 32768 Hz, z jeho výstupu uvnitř čipu D1 jsou pulsy posílány do binárního čítače. Koeficient dělení frekvence je nastaven diodami VD1-VD3 a rezistorem R1, které resetují čítač pokaždé, když jeho stav dosáhne 656. V tomto případě 32768 / 656 = 49,9512195.

Není to úplně 50 Hz, ale je to velmi blízko. Navíc výběrem kapacit kondenzátorů C1 a C2 můžete mírně změnit frekvenci křemenného oscilátoru a získat výsledek blíže k 50 Hz.

obvod generátoru 60 Hz

Obrázek 2 ukazuje obvod generátoru frekvence 60 Hz. Kmitočet je stabilizován quartzovým rezonátorem Q1 na 32768 Hz, z jeho výstupu uvnitř čipu D1 jsou pulsy posílány do binárního čítače.

Rýže. 2. Schematické schéma generátoru signálu o frekvenci 60 Hz.

Koeficient dělení frekvence je nastaven diodami VD1-VD2 a rezistorem R1, které resetují čítač pokaždé, když jeho stav dosáhne 544. V tomto případě 32768 / 544 = 60,2352941. Není to úplně 60 Hz, ale blízko.

Navíc výběrem kapacit kondenzátorů C1 a C2 můžete mírně změnit frekvenci křemenného oscilátoru a získat výsledek blíže k 60 Hz.

obvod generátoru 100 Hz

Obrázek 3 ukazuje obvod generátoru frekvence 100 Hz. Kmitočet je stabilizován quartzovým rezonátorem Q1 na 32768 Hz, z jeho výstupu uvnitř čipu D1 jsou pulsy posílány do binárního čítače. Koeficient dělení frekvence je nastaven diodami VD1-VD3 a rezistorem R1, které resetují čítač pokaždé, když jeho stav dosáhne 328. V tomto případě 32768 / 328 = 99,902439.

Rýže. 3. Schematické schéma generátoru signálu o frekvenci 100 Hz.

Není to úplně 100 Hz, ale blízko. Navíc výběrem kapacit kondenzátorů C1 a C2 můžete mírně změnit frekvenci křemenného oscilátoru a získat výsledek blíže k 100 Hz.

120Hz generátor

Obrázek 4 ukazuje obvod generátoru frekvence 120 Hz. Kmitočet je stabilizován quartzovým rezonátorem Q1 na 32768 Hz, z jeho výstupu uvnitř čipu D1 jsou pulsy posílány do binárního čítače. Koeficient dělení frekvence je nastaven diodami VD1-VD2 a rezistorem R1, které resetují čítač pokaždé, když jeho stav dosáhne 272. V tomto případě 32768 / 272 = 120,470588.

Není to úplně 120 Hz, ale blízko. Navíc výběrem kapacit kondenzátorů C1 a C2 můžete mírně změnit frekvenci křemenného oscilátoru a získat výsledek blíže k 120 Hz.

Rýže. 4. Schematické schéma generátoru signálu o frekvenci 120 Hz.

Napájecí napětí může být od 3 do 15V v závislosti na napájecím napětí obvodu, respektive na požadované hodnotě logické úrovně. Výstupní impulsy ve všech obvodech jsou asymetrické, s tím je třeba počítat při jejich specifické aplikaci.

Pulzní formovač s periodou jedné minuty

Obrázek 5 ukazuje obvod tvarovače pulsů s periodou jedné minuty, například pro elektronické digitální hodinky. Vstup přijímá signál 50 Hz ze sítě přes transformátor, dělič napětí nebo optočlen nebo z jiného zdroje 50 Hz.

Rezistory R1 a R2 spolu s invertory čipu D1, určenými pro obvod generátoru hodin, tvoří Schmittovu spoušť, takže si nemusíte dělat starosti s tvarem vstupního signálu, může to být i sinusovka.

Obr.5. Obvod tvarovače pulsů s periodou jedné minuty.

Diodami VD1-VD7 je koeficient dělení čítače omezen na hodnotu 2048+512+256+128+32+16+8=3000, která při vstupní frekvenci 50 Hz na pinu 1 mikroobvodu dává impulsy s periodou jedné minuty.

Kromě toho lze z kolíku 4 odstranit impulsy s frekvencí 0,781 Hz, například pro nastavení hodin a minut na aktuální čas. Napájecí napětí může být od 3 do 15V v závislosti na napájecím napětí obvodu elektronických hodin, respektive na požadované hodnotě logické úrovně.

Sněgirev I. RK-11-16.