Generatorul audio de testare a undelor sinusoidali propus se bazează pe un pod Wien, produce o distorsiune foarte scăzută a undei sinusoidale și operează de la 15 Hz la 22 kHz în două sub-benzi. Două niveluri de tensiuni de ieșire - de la 0-250 mV și 0-2,5 V. Circuitul nu este deloc complicat și este recomandat pentru asamblare chiar și de radioamatori fără experiență.

Lista de piese pentru generatorul audio

• R1, R3, R4 = 330 Ohm
• R2 = 33 Ohm
• R5 = potențiometru dublu de 50k (liniar)
• R6 = 4,7k
• R7 = 47k
• R8 = potențiometru 5k (liniar)
• C1, C3 = 0,022uF
• C2, C4 = 0,22uF
• C5, C6 = condensatoare electrolitice de 47uF (50v)
• IC1 = TL082 amplificator operațional dublu cu priză
• L1 = lampă 28V/40mA
• J1 = conector BNC
• J2 = mufă RCA
• B1, B2 = 9 V coroane

Ansamblu generator

LED-ul servește ca indicator pornit/oprit pentru dispozitiv. In ceea ce priveste becul incandescent L1, multe tipuri de becuri au fost testate in timpul procesului de asamblare si toate au functionat bine. Începeți prin tăierea PCB-ului la dimensiunea dorită, gravare, găurire și asamblare.

În practica radioamatorilor este adesea nevoie de a utiliza un generator de oscilații sinusoidale. Puteți găsi o mare varietate de aplicații pentru acesta. Să ne uităm la cum să creați un generator de semnal sinusoidal pe un pod Wien cu o amplitudine și o frecvență stabile.

Articolul descrie dezvoltarea unui circuit generator de semnal sinusoidal. De asemenea, puteți genera frecvența dorită în mod programatic:

Cea mai convenabilă, din punct de vedere al asamblarii și ajustării, versiunea unui generator de semnal sinusoidal este un generator construit pe un pod Wien, folosind un amplificator operațional modern (OP-Amp).

Podul Vinului

Podul Wien în sine este un filtru trece-bandă format din două. Subliniază frecvența centrală și suprimă alte frecvențe.

Podul a fost inventat de Max Wien în 1891. Pe o diagramă schematică, podul Wien însuși este de obicei descris după cum urmează:

Imagine împrumutată de pe Wikipedia

Podul Wien are un raport tensiune de ieșire și tensiune de intrare b=1/3 . Acesta este un punct important, deoarece acest coeficient determină condițiile pentru generarea stabilă. Dar mai multe despre asta mai târziu

Cum se calculează frecvența

Autogeneratoarele și contoarele de inductanță sunt adesea construite pe podul din Viena. Pentru a nu-ți complica viața, de obicei folosesc R1=R2=R Și C1=C2=C . Datorită acestui fapt, formula poate fi simplificată. Frecvența fundamentală a podului este calculată din raportul:

f=1/2πRC

Aproape orice filtru poate fi considerat ca un divizor de tensiune dependent de frecvență. Prin urmare, atunci când alegeți valorile rezistenței și condensatorului, este de dorit ca la frecvența de rezonanță rezistența complexă a condensatorului (Z) să fie egală cu sau cel puțin de același ordin de mărime cu rezistența rezistor.

Zc=1/ωC=1/2πνC

Unde ω (omega) - frecvență ciclică, ν (nu) - frecvență liniară, ω=2πν

Pod Wien și amplificator operațional

Podul Wien în sine nu este un generator de semnal. Pentru ca generarea să aibă loc, aceasta trebuie să fie plasată în circuitul de feedback pozitiv al amplificatorului operațional. Un astfel de auto-oscilator poate fi construit și folosind un tranzistor. Dar utilizarea unui amplificator operațional va simplifica în mod clar viața și va oferi performanțe mai bune.

Câștigă factor de trei

Podul din Viena are o transmisie b=1/3 . Prin urmare, condiția pentru generare este ca amplificatorul operațional să ofere un câștig de trei. În acest caz, produsul dintre coeficienții de transmisie ai podului Wien și câștigul amplificatorului operațional va da 1. Și va avea loc o generare stabilă a frecvenței date.

Dacă lumea ar fi ideală, atunci prin setarea câștigului necesar cu rezistențe în circuitul de feedback negativ, am obține un generator gata făcut.

Acesta este un amplificator neinversător și câștigul său este determinat de relația:K=1+R2/R1

Dar, din păcate, lumea nu este ideală. ... În practică, se dovedește că pentru a începe generarea este necesar ca chiar în momentul inițial coeficientul. câștigul a fost puțin mai mare de 3, iar apoi pentru o generație stabilă a fost menținut la 3.

Dacă câștigul este mai mic de 3, generatorul se va bloca; dacă este mai mare, atunci semnalul, la atingerea tensiunii de alimentare, va începe să se distorsioneze și va apărea saturația.

Când este saturată, ieșirea va menține o tensiune apropiată de una dintre tensiunile de alimentare. Și va avea loc o comutare haotică aleatorie între tensiunile de alimentare.

Prin urmare, atunci când construiesc un generator pe un pod Wien, ei recurg la utilizarea unui element neliniar în circuitul de feedback negativ care reglează câștigul. În acest caz, generatorul se va echilibra și va menține generația la același nivel.

Stabilizarea amplitudinii la o lampă cu incandescență

În cea mai clasică versiune a generatorului de pe podul Wien la amplificatorul operațional, se folosește o lampă incandescentă de joasă tensiune în miniatură, care este instalată în locul unui rezistor.

Când un astfel de generator este pornit, în primul moment, spirala lămpii este rece și rezistența acesteia este scăzută. Acest lucru ajută la pornirea generatorului (K>3). Apoi, pe măsură ce se încălzește, rezistența spiralei crește și câștigul scade până ajunge la echilibru (K=3).

Circuitul de feedback pozitiv în care a fost plasat podul Wien rămâne neschimbat. Schema generală a circuitului generator este următoarea:

Elementele de feedback pozitiv ale amplificatorului operațional determină frecvența de generare. Iar elementele feedback-ului negativ sunt întărirea.

Ideea de a folosi un bec ca element de control este foarte interesantă și este folosită și astăzi. Dar, din păcate, becul are o serie de dezavantaje:

• este necesară selectarea unui bec și a unui rezistor limitator de curent R*.
• Cu utilizarea regulată a generatorului, durata de viață a becului este de obicei limitată la câteva luni
• Proprietățile de control ale becului depind de temperatura din cameră.

O altă opțiune interesantă este utilizarea unui termistor încălzit direct. În esență, ideea este aceeași, dar în loc de filament de bec se folosește un termistor. Problema este că mai întâi trebuie să-l găsiți și să îl selectați din nou și rezistențele de limitare a curentului.

Stabilizarea amplitudinii pe LED-uri

O metodă eficientă pentru stabilizarea amplitudinii tensiunii de ieșire a unui generator de semnal sinusoidal este utilizarea LED-urilor op-amp în circuitul de feedback negativ ( VD1 Și VD2 ).

Câștigul principal este stabilit de rezistențe R3 Și R4 . Elementele rămase ( R5 , R6 și LED-uri) ajustează câștigul într-un interval mic, menținând ieșirea stabilă. Rezistor R5 puteți regla tensiunea de ieșire în intervalul de aproximativ 5-10 volți.

În circuitul suplimentar al sistemului de operare este recomandabil să folosiți rezistențe de rezistență scăzută ( R5 Și R6 ). Acest lucru va permite curentului semnificativ (până la 5mA) să treacă prin LED-uri și acestea vor fi în modul optim. Chiar vor străluci puțin :-)

În diagrama prezentată mai sus, elementele podului Wien sunt proiectate să genereze la o frecvență de 400 Hz, totuși pot fi recalculate cu ușurință pentru orice altă frecvență folosind formulele prezentate la începutul articolului.

Calitatea generației și elementele utilizate

Este important ca amplificatorul operațional să poată furniza curentul necesar pentru generare și să aibă o lățime de bandă de frecvență suficientă. Folosirea popularelor TL062 și TL072 ca amplificatoare operaționale a dat rezultate foarte triste la o frecvență de generare de 100 kHz. Forma semnalului cu greu putea fi numită sinusoidală; era mai mult ca un semnal triunghiular. Utilizarea TDA 2320 a dat rezultate și mai proaste.

Dar NE5532 și-a arătat latura excelentă, producând un semnal de ieșire foarte asemănător cu unul sinusoidal. De asemenea, LM833 a făcut față perfect sarcinii. Deci, NE5532 și LM833 sunt recomandate pentru utilizare ca amplificatoare operaționale de înaltă calitate accesibile și obișnuite. Deși, cu o scădere a frecvenței, restul amplificatoarelor operaționale se vor simți mult mai bine.

Precizia frecvenței de generare depinde direct de precizia elementelor circuitului dependent de frecvență. Și în acest caz, este important nu numai ca valoarea elementului să corespundă inscripției de pe acesta. Piesele mai precise au o stabilitate mai bună a valorilor la schimbările de temperatură.

În versiunea autorului, s-a folosit un rezistor de tip C2-13 ±0,5% și condensatoare de mică cu o precizie de ±2%. Utilizarea rezistențelor de acest tip se datorează dependenței reduse a rezistenței lor de temperatură. Condensatorii de mica au, de asemenea, o dependenta mica de temperatura si au un TKE scazut.

Contra LED-urilor

Merită să vă concentrați pe LED-uri separat. Utilizarea lor într-un circuit generator sinusoid este cauzată de mărimea căderii de tensiune, care se află de obicei în intervalul 1,2-1,5 volți. Acest lucru vă permite să obțineți o tensiune de ieșire destul de mare.

După implementarea circuitului pe o placă, s-a dovedit că, din cauza variației parametrilor LED, fronturile undei sinusoidale la ieșirea generatorului nu sunt simetrice. Se observă puțin chiar și în fotografia de mai sus. În plus, au existat ușoare distorsiuni în forma sinusului generat, cauzate de viteza insuficientă de funcționare a LED-urilor pentru o frecvență de generare de 100 kHz.

4148 diode în loc de LED-uri

LED-urile au fost înlocuite cu îndrăgitele diode 4148. Acestea sunt diode de semnal de mare viteză, la prețuri accesibile, cu viteze de comutare mai mici de 4 ns. În același timp, circuitul a rămas pe deplin funcțional, nu a rămas nici o urmă din problemele descrise mai sus, iar sinusoidul a căpătat un aspect ideal.

În diagrama următoare, elementele podului vinului sunt proiectate pentru o frecvență de generare de 100 kHz. De asemenea, rezistența variabilă R5 a fost înlocuită cu altele constante, dar mai multe despre asta mai târziu.

Spre deosebire de LED-uri, căderea de tensiune pe joncțiunea p-n a diodelor convenționale este de 0,6÷0,7 V, deci tensiunea de ieșire a generatorului a fost de aproximativ 2,5 V. Pentru a crește tensiunea de ieșire, este posibil să conectați mai multe diode în serie, în loc de una. , de exemplu astfel:

Cu toate acestea, creșterea numărului de elemente neliniare va face generatorul mai dependent de temperatura externă. Din acest motiv, s-a decis să se abandoneze această abordare și să se utilizeze câte o diodă.

Înlocuirea unui rezistor variabil cu unul constant

Acum despre rezistența de reglare. Inițial, ca rezistență R5 a fost folosit un rezistor trimmer multi-turn de 470 Ohm. A făcut posibilă reglarea precisă a tensiunii de ieșire.

Când construiți orice generator, este foarte de dorit să aveți un osciloscop. Rezistorul variabil R5 afectează direct generarea - atât amplitudinea, cât și stabilitatea.

Pentru circuitul prezentat, generarea este stabilă doar într-un interval mic de rezistență al acestui rezistor. Dacă raportul de rezistență este mai mare decât este necesar, începe tăierea, adică unda sinusoidală va fi tăiată de sus și de jos. Dacă este mai mică, forma sinusoidei începe să se distorsioneze, iar odată cu o scădere suplimentară, generația se blochează.

Depinde si de tensiunea de alimentare folosita. Circuitul descris a fost asamblat inițial folosind un amplificator operațional LM833 cu o sursă de alimentare de ± 9V. Apoi, fără a schimba circuitul, amplificatoarele operaționale au fost înlocuite cu AD8616, iar tensiunea de alimentare a fost schimbată la ±2,5V (maximul pentru aceste amplificatoare operaționale). Ca urmare a acestei înlocuiri, sinusoida de la ieșire a fost întreruptă. Selectarea rezistențelor a dat valori de 210 și 165 ohmi, în loc de 150 și, respectiv, 330.

Cum să alegeți rezistențele „după ochi”

În principiu, puteți lăsa rezistența de reglare. Totul depinde de precizia necesară și de frecvența generată a semnalului sinusoidal.

Pentru a face propria selecție, ar trebui mai întâi să instalați un rezistor de reglare cu o valoare nominală de 200-500 ohmi. Prin alimentarea semnalului de ieșire a generatorului către osciloscop și rotind rezistorul de reglare, ajungeți la momentul în care începe limitarea.

Apoi, prin scăderea amplitudinii, găsiți poziția în care forma sinusoidei va fi cea mai bună. Acum puteți scoate trimmerul, măsurați valorile rezistenței rezultate și lipiți valorile cât mai aproape posibil.

Dacă aveți nevoie de un generator de semnal audio sinusoidal, puteți face fără un osciloscop. Pentru a face acest lucru, din nou, este mai bine să ajungeți la momentul în care semnalul, după ureche, începe să fie distorsionat din cauza tăierii și apoi să reduceți amplitudinea. Ar trebui să o reduceți până când distorsiunea dispare și apoi puțin mai mult. Acest lucru este necesar deoarece Nu este întotdeauna posibil să se detecteze distorsiuni de 10% la ureche.

Întărire suplimentară

Generatorul sinusoidal a fost asamblat pe un amplificator operațional dublu, iar jumătate din microcircuit a rămas suspendat în aer. Prin urmare, este logic să-l folosiți sub un amplificator de tensiune reglabil. Acest lucru a făcut posibilă mutarea unui rezistor variabil de la circuitul de feedback suplimentar al generatorului la stadiul amplificatorului de tensiune pentru a regla tensiunea de ieșire.

Utilizarea unui etaj suplimentar de amplificator garantează o mai bună potrivire a ieșirii generatorului cu sarcina. A fost construit după circuitul clasic de amplificator neinversător.

Evaluările indicate vă permit să modificați câștigul de la 2 la 5. Dacă este necesar, evaluările pot fi recalculate pentru sarcina necesară. Câștigul în cascadă este dat de relația:

K=1+R2/R1

Rezistor R1 este suma rezistențelor variabile și constante conectate în serie. Este necesar un rezistor constant, astfel încât la poziția minimă a butonului de rezistență variabilă câștigul să nu ajungă la infinit.

Cum să întăriți rezultatul

Generatorul a fost destinat să funcționeze la o sarcină cu rezistență scăzută de câțiva ohmi. Desigur, nici un singur amplificator operațional de putere redusă nu poate produce curentul necesar.

Pentru a crește puterea, la ieșirea generatorului a fost plasat un repetor TDA2030. Toate bunătățile acestei utilizări a acestui microcircuit sunt descrise în articol.

Și așa arată circuitul întregului generator sinusoidal cu un amplificator de tensiune și un repetor la ieșire:

Generatorul sinusoidal de pe podul Wien poate fi asamblat și pe TDA2030 ca amplificator operațional. Totul depinde de precizia necesară și de frecvența de generare selectată.

Dacă nu există cerințe speciale pentru calitatea generării și frecvența necesară nu depășește 80-100 kHz, dar se presupune că funcționează cu o sarcină de impedanță scăzută, atunci această opțiune este ideală pentru dvs.

Concluzie

Un generator de pod Wien nu este singura modalitate de a genera o undă sinusoidală. Dacă aveți nevoie de stabilizare a frecvenței de înaltă precizie, este mai bine să priviți spre generatoare cu rezonator cu cuarț.

Cu toate acestea, circuitul descris este potrivit pentru marea majoritate a cazurilor când este necesar să se obțină un semnal sinusoidal stabil, atât ca frecvență, cât și ca amplitudine.

Generarea este bună, dar cum se măsoară cu precizie mărimea tensiunii alternative de înaltă frecvență? O schemă numită . este perfectă pentru asta.

Materialul a fost pregătit exclusiv pentru șantier

Există echipamente și dispozitive care nu sunt alimentate doar de la rețeaua electrică, ci și în care rețeaua electrică servește ca sursă de astfel de impulsuri necesare funcționării circuitului dispozitivului. Atunci când astfel de dispozitive sunt alimentate de la o sursă de alimentare cu o frecvență diferită sau de la o sursă autonomă, apare problema de unde să obțineți frecvența ceasului.

Frecvența ceasului în astfel de dispozitive este de obicei fie egală cu frecvența rețelei (60 sau 50 Hz) fie egală cu dublul frecvenței rețelei, atunci când sursa de impulsuri de ceas din circuitul dispozitivului este un circuit bazat pe un redresor în punte fără un condensator de netezire. .

Mai jos sunt patru circuite de generatoare de impulsuri cu frecvențe de 50 Hz, 60 Hz, 100 Hz și 120 Hz, construite pe baza microcircuitului CD4060B și a unui rezonator cu ceas de cuarț de 32768 Hz.

Circuit generator 50 Hz

Orez. 1. Schema schematică a unui generator de semnal cu o frecvență de 50 Hz.

Figura 1 prezintă circuitul unui generator de frecvență de 50 Hz. Frecvența este stabilizată de rezonatorul de cuarț Q1 la 32768 Hz; de la ieșirea sa în interiorul cipului D1, impulsurile sunt trimise către un contor binar. Coeficientul de divizare a frecvenței este stabilit de diodele VD1-VD3 și rezistența R1, care resetează contorul de fiecare dată când starea acestuia ajunge la 656. În acest caz, 32768 / 656 = 49,9512195.

Nu este chiar 50Hz, dar este foarte aproape. În plus, prin selectarea capacităților condensatoarelor C1 și C2, puteți modifica ușor frecvența oscilatorului de cuarț și puteți obține un rezultat mai aproape de 50 Hz.

Circuit generator 60 Hz

Figura 2 prezintă circuitul unui generator de frecvență de 60 Hz. Frecvența este stabilizată de rezonatorul de cuarț Q1 la 32768 Hz; de la ieșirea sa în interiorul cipului D1, impulsurile sunt trimise către un contor binar.

Orez. 2. Schema schematică a unui generator de semnal cu o frecvență de 60 Hz.

Coeficientul de divizare a frecvenței este stabilit de diodele VD1-VD2 și rezistența R1, care resetează contorul de fiecare dată când starea acestuia ajunge la 544. În acest caz, 32768 / 544 = 60,2352941. Nu este chiar 60Hz, dar aproape.

În plus, prin selectarea capacităților condensatoarelor C1 și C2, puteți modifica ușor frecvența oscilatorului cu cuarț și puteți obține un rezultat mai aproape de 60 Hz.

Circuit generator de 100 Hz

Figura 3 prezintă circuitul unui generator de frecvență de 100 Hz. Frecvența este stabilizată de rezonatorul de cuarț Q1 la 32768 Hz; de la ieșirea sa în interiorul cipului D1, impulsurile sunt trimise către un contor binar. Coeficientul de divizare a frecvenței este stabilit de diodele VD1-VD3 și rezistența R1, care resetează contorul de fiecare dată când starea acestuia ajunge la 328. În acest caz, 32768 / 328 = 99,902439.

Orez. 3. Schema schematică a unui generator de semnal cu o frecvență de 100 Hz.

Nu este chiar 100 Hz, dar aproape. În plus, prin selectarea capacităților condensatoarelor C1 și C2, puteți modifica ușor frecvența oscilatorului cu cuarț și puteți obține un rezultat mai aproape de 100 Hz.

generator de 120 Hz

Figura 4 prezintă circuitul unui generator de frecvență de 120 Hz. Frecvența este stabilizată de rezonatorul de cuarț Q1 la 32768 Hz; de la ieșirea sa în interiorul cipului D1, impulsurile sunt trimise către un contor binar. Coeficientul de divizare a frecvenței este stabilit de diodele VD1-VD2 și rezistența R1, care resetează contorul de fiecare dată când starea acestuia ajunge la 272. În acest caz, 32768 / 272 = 120,470588.

Nu este chiar 120Hz, dar aproape. În plus, prin selectarea capacităților condensatoarelor C1 și C2, puteți modifica ușor frecvența oscilatorului de cuarț și puteți obține un rezultat mai aproape de 120 Hz.

Orez. 4. Schema schematică a unui generator de semnal cu o frecvență de 120 Hz.

Tensiunea de alimentare poate fi de la 3 la 15V, în funcție de tensiunea de alimentare a circuitului, sau mai degrabă, de valoarea necesară a nivelului logic. Impulsurile de ieșire din toate circuitele sunt asimetrice; acest lucru trebuie luat în considerare pentru aplicația lor specifică.

Formatorul de puls cu o perioadă de un minut

Figura 5 prezintă un circuit al unui model de puls cu o perioadă de un minut, de exemplu, pentru un ceas digital electronic. Intrarea primește un semnal de 50 Hz de la rețea printr-un transformator, divizor de tensiune sau optocupler sau de la o altă sursă de 50 Hz.

Rezistoarele R1 și R2, împreună cu invertoarele cipului D1, destinate circuitului generator de ceas, formează un declanșator Schmitt, astfel încât nu trebuie să vă faceți griji cu privire la forma semnalului de intrare; poate fi și o undă sinusoidală.

Fig.5. Circuitul unui model de puls cu o perioadă de un minut.

Prin diodele VD1-VD7, coeficientul de diviziune a contorului este limitat la valoarea 2048+512+256+128+32+16+8=3000, care la o frecvență de intrare de 50 Hz la pinul 1 al microcircuitului dă impulsuri cu o perioadă. de un minut.

În plus, impulsurile cu o frecvență de 0,781 Hz pot fi îndepărtate de la pinul 4, de exemplu, pentru a seta contoarele de oră și minute la ora curentă. Tensiunea de alimentare poate fi de la 3 la 15V, în funcție de tensiunea de alimentare a circuitului de ceas electronic, sau mai degrabă, de valoarea necesară a nivelului logic.

Snegirev I. RK-11-16.