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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Generador de funciones universales. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición La introducción de las funciones de barrido de frecuencia y generador de marcas en el generador funcional relativamente simple del microcircuito MAX038 permite realizar una variedad de mediciones, ajustes y monitoreo del rendimiento de diversos equipos electrónicos en una amplia gama de frecuencias. Las interesantes posibilidades de aplicación que tiene este generador se pueden obtener introduciendo componentes similares en otros generadores funcionales, cuyas descripciones se han publicado en nuestra revista en los últimos dos o tres años. Al realizar una serie de mediciones, un generador de funciones, junto con un multímetro y un osciloscopio, es un dispositivo obligatorio, tal vez incluido en el complejo principal necesario del laboratorio doméstico de un radioaficionado. Un generador de frecuencia de barrido también puede resultar indispensable al estudiar, por ejemplo, las características de amplitud-frecuencia. Permite observar cambios en las características dependiendo de las variaciones en los parámetros de los circuitos en estudio y, en algunos casos, el tiempo para configurar circuitos resonantes puede ser decenas o incluso cientos de veces menor que en el método clásico de estudiar la respuesta de frecuencia. por puntos. Normalmente, en generadores funcionales simples con un rango de frecuencia pequeño, no hay ajustes para el ciclo de trabajo de los pulsos rectangulares, así como para el tiempo de avance y retroceso del voltaje en diente de sierra, y no hay posibilidad de obtener una frecuencia o pulso. -Señal modulada en ancho. En cuanto a los generadores de frecuencia de barrido, generalmente tienen muchos circuitos resonantes, son difíciles de configurar y su fabricación a menudo está más allá de las capacidades incluso de los radioaficionados con calificaciones promedio. En las unidades de control de frecuencia simples [2], normalmente no hay señales de etiquetas de frecuencia y, por lo tanto, sin un medidor de frecuencia, estos dispositivos son de muy poca utilidad. El generador ofrecido a los diseñadores de radioaficionados no presenta las desventajas enumeradas. La mayor parte del dispositivo está ensamblado en chips digitales, lo que simplifica al máximo su configuración. Incluso un radioaficionado con poca experiencia puede hacerlo. La descripción proporciona recomendaciones para cambiar algunas características "según su gusto". Principales características técnicas del generador El rango de frecuencia de operación se divide en nueve sub-rangos: 1) 0,095 Hz...1,1 Hz; 2) 0,95 Hz... 11 Hz; 4) 95 Hz...1100 Hz; 5) 0,95kHz...11kHz; 6) 9,5kHz...110kHz; 7) 95kHz...1100kHz; 8) 0,95 MHz... 1 MHz; 9) 9 MHz...42 MHz*. Forma de la señal de salida: rectangular, sinusoidal, triangular, en diente de sierra. La oscilación del voltaje de salida de pico a pico (con una resistencia de carga RH = 50 ohmios) es de 1 V. El ciclo de trabajo de los pulsos rectangulares es 0,053... 19. El ajuste de la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de salida son mutuamente independientes. Las señales de etiquetas de frecuencia se pueden configurar en intervalos de 10 y 1 MHz, 100, 10 y 1 kHz y 100 Hz. La frecuencia de modulación máxima en las entradas PWM y FM es de 2 MHz, la desviación de frecuencia Fo (FM) por una señal de modulación externa es de hasta ±50%. La base del generador (su diagrama se muestra en la Fig. 1) es el microcircuito MAX038 de MAXIM, cuya descripción detallada se da en [1].
La “Desviación” está en la posición más baja del diagrama. La forma de la señal de salida del generador está determinada por los niveles lógicos en las entradas AO, A1 y depende de la posición del interruptor SA6. Se observó la influencia de la inestabilidad de las señales de control de las entradas AO y A1 sobre la inestabilidad general de la frecuencia de generación. Para minimizar este efecto, los condensadores C12, C13 están diseñados para reducir el nivel de interferencia y ondulación de la fuente de alimentación. La frecuencia de la señal generada depende de la capacitancia CF conectada al pin COSC (condensadores C1 - C8), el voltaje en la entrada SADJ y la corriente entrante en la entrada IIN. La subbanda se selecciona mediante el interruptor SA1. El ajuste suave de la frecuencia dentro de la subbanda se produce en la entrada IIN. La cantidad de corriente suministrada a la entrada está determinada por la resistencia de las resistencias R12, R13, la ganancia del amplificador operacional DA1.1 y la posición del control deslizante de la resistencia variable R 20. Para los subrangos 2 - 8 es 21. .240 µA. Al pasar a la novena subbanda, la escala de ganancia de DA9 aumenta debido a una disminución en la retroalimentación (introducción de R1.1) y el valor actual IIN aumenta a 19...160 μA. Esto es necesario debido al límite de capacitancia CF de 750 pF. Al cambiar a la primera subbanda, se introduce R20, lo que reduce diez veces la caída de voltaje en R17, R20 y, en consecuencia, reduce IIN a 21...2,1 µA. Por lo tanto, para los subrangos 1 - 8, el coeficiente de superposición es 11 y al cambiar de un subrango a otro, la frecuencia de salida cambia 10 veces, lo que permite el uso de una escala graduada para cambios de frecuencia suaves. El noveno rango requiere una escala separada; es más amplio, el coeficiente de superposición es de aproximadamente 4,7. Para cada instancia específica de DA2, es mejor seleccionar experimentalmente el ancho del noveno rango de acuerdo con el valor de la frecuencia de corte del microcircuito. En cualquier caso, para ampliar, estrechar o desplazar rangos de frecuencia, puede utilizar las siguientes fórmulas: Fmin-UminR9/[CFR' (R12+R13)]; Fmáx UmáxR9/[CFR' (R12+R13)], donde Umin= 5R21/(R20+R21), Umax= 5, R' = R18 - para subrangos 1 - 8, R'= R19 - para subrangos 9; CF= C1 ...C8 (para el subrango correspondiente). Los parámetros presentados en las fórmulas se miden en consecuencia: F - en kilohercios, U - en voltios, R - en ohmios, C - en picofaradios. Cabe señalar que para la primera subbanda, debido a la introducción de la resistencia R17, los valores de Umin y Umax, sustituidos en las fórmulas para calcular la frecuencia, deben reducirse diez veces con respecto al obtenido. Los condensadores C10, C11 están diseñados para mejorar la estabilidad del voltaje de control directo suministrado a la entrada 5 0U DA1.1. La desafinación de frecuencia relativa (±50% de F0) se realiza mediante la resistencia R4 (SA3 en la posición "F0"). Para obtener oscilaciones moduladas en frecuencia, se suministra una señal moduladora externa a la entrada de FM y SA3 se mueve a la posición superior del circuito (posición FM). Para la modulación de ancho de pulso, utilice la entrada PWM correspondiente; El ciclo de trabajo se ajusta mediante la resistencia R2. El concepto de "factor de trabajo" se utiliza aquí de manera un tanto condicional, más precisamente, es el cambio en la relación de la media onda positiva con respecto a la duración del período en porcentaje: para las oscilaciones rectangulares este es realmente el ciclo de trabajo, pero para oscilaciones triangulares, es la relación entre el tiempo de avance y retroceso (la señal cambia de la sierra "recta" a "reversa"), para una señal sinusoidal, un cambio (distorsión) de la forma de la señal. Este último puede resultar útil para minimizar la distorsión armónica del generador ajustando la forma de la onda sinusoidal. La amplitud de las señales de modulación para las entradas de FM y PWM no debe ser superior a ±2,3 V. Los interruptores SA4, SA5 están diseñados para desactivar el control del ciclo de trabajo y la frecuencia en las entradas DADJ y FADJ del chip DA2, mientras que el ciclo de trabajo se establece en 2 (50%), y la frecuencia corresponde exactamente a la establecida por la resistencia R20. . La señal de salida proviene de la salida OUT DA2 a través de la resistencia R44 al conector “Salida del generador 1”. Las entradas de los microcircuitos COSC, DADJ, FADJ son muy sensibles al ruido externo, es recomendable conectarlas a los interruptores con un cable blindado o colocar el conjunto generador en un compartimento blindado. Para regular el nivel de la señal de salida es conveniente utilizar un atenuador externo conectado entre la salida del generador y la entrada del dispositivo en estudio. Podemos recomendar el atenuador indicado en [2], proporciona un rango de atenuación de 0 a 64 dB en pasos de 1 dB y está bien adaptado en impedancia de entrada y salida. En el modo de oscilación de frecuencia, la entrada “√” del generador está conectada a la salida correspondiente del osciloscopio. El control de frecuencia del control de frecuencia sincrónicamente con el barrido del osciloscopio se realiza utilizando la entrada NN del chip DA2. La señal de la entrada va al condensador C9, donde se corta el componente constante. A continuación, desde la resistencia variable R6, que regula el rango de la señal de control y, en consecuencia, el ancho de la banda de oscilación del generador, se pasa al amplificador-sumador inversor DA1.1. Sumada a un componente constante, que determina la frecuencia de oscilación central y está regulado por la resistencia R20, la señal se envía a la entrada UN DA2. El diodo Zener VD1 limita la corriente máxima permitida para la entrada IIN a 750 μA. El generador de etiquetas de frecuencia consta de un oscilador maestro en DD1.1 - DD1.3, divisores en DD3 y DD4, un disparador DD5.1 y un comparador en DA1.4. El oscilador maestro de cuarzo produce una señal con una frecuencia de 10 MHz, que se envía a la entrada del divisor DD3 (factor de división 10). A continuación, desde la salida de DD3, se suministra una señal de 1 MHz a la entrada del divisor con una relación de división variable DD4. Dependiendo de la posición del interruptor SA7.1, en la entrada C del disparador DD5.1 estará presente una señal con una frecuencia de 10 MHz, 1 MHz o una señal cuya frecuencia está determinada por el coeficiente de división de DD4. . Las entradas del disparador JK reciben una señal de la salida SYNC DA2, cuya frecuencia es igual a la frecuencia de la señal de salida del generador, y la fase se desplaza 90 grados. Un filtro de paso bajo en los elementos R40, C22-C27 está conectado a la salida del disparador (la frecuencia de corte está determinada por la posición de SA8). Así, en la entrada del comparador DA1.4 obtenemos latidos de baja frecuencia de la frecuencia de salida del generador y frecuencias que son múltiplos de la frecuencia en la entrada del reloj DD5.1. Cuanto más cerca estén ubicados los componentes anteriores a lo largo del eje de frecuencia, mayor será la amplitud del latido. En consecuencia, con un cambio suave en la frecuencia de salida de la señal del generador, habrá ráfagas de señal de batido en la entrada de DA1.4, lo que indica que la frecuencia de la señal de salida del generador es un múltiplo de la frecuencia del señal de etiqueta. El ancho de las ráfagas (en el tiempo) depende del ancho de banda del filtro de paso bajo y está determinado por la posición de SA8; esto se hace para obtener marcas claras en diferentes tramos y en diferentes rangos del generador. La resistencia R36 determina el umbral de respuesta del comparador, cortando el ruido del batido por debajo de una amplitud determinada. La amplitud de las marcas está regulada por la resistencia R46 y se suma a la señal principal en R45. El coeficiente de división DD4 se selecciona mediante el interruptor SA7.2 y le permite obtener una señal con frecuencias de 100, 10, 1 kHz, 100 Hz en la salida del divisor. Cuando SA7 está en las dos posiciones extremas (superiores en el diagrama), DD4 cuenta una vez y se detiene; no hay señal en su salida Q. Para ampliar las capacidades del generador, puede complementar la cuadrícula de frecuencias de la señal de la etiqueta con el conjunto de frecuencias necesario, por ejemplo 465 kHz, para sintonizar la FI de los receptores de radio. En este caso, el coeficiente de división se elige según la fórmula: N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX, donde N es el factor de división; M - módulo determinado por el código para Ka, Kb, Ks; P1 - multiplicador de mil, determinado por el código en J2, J3, J4; Р2, РЗ, Р4: factores de centenas, decenas y unidades, están determinados por el código J13-J16, J9-J12, J5-J8; P5 es el resto, que está determinado por el código J1-J4. En [564] se proporciona una descripción detallada del funcionamiento del microcircuito K15IE3. El generador tiene una salida "Mark" separada, que puede ser útil en una serie de mediciones donde es necesario tener una frecuencia de cristal de referencia. El generador de audiofrecuencia auxiliar del DA1.2 se ensambla según un circuito estándar; se puede utilizar para modular el generador principal mediante modulación de frecuencia o ancho de pulso, o como un generador separado. El detector (Fig. 2) se ensambla usando un circuito de duplicación de voltaje y permite operar en el rango de 10 kHz...50 MHz cuando se usa una frecuencia de barrido del osciloscopio de no más de 100 Hz.
Para estudiar circuitos de baja frecuencia, la frecuencia de barrido debe ser muy baja; utilizar un osciloscopio convencional no permite ver la respuesta en frecuencia. Si tiene un osciloscopio de almacenamiento, es posible observar características de frecuencia a partir de una frecuencia de 0,1 Hz. En este caso, es necesario utilizar otro circuito de sincronización de entrada, por ejemplo, como se muestra en la Fig. 3.
Además, para este propósito, es mejor hacer un cabezal detector separado aumentando la capacitancia de los capacitores C1 y C2 (ver Fig. 2). Al aumentar su capacitancia, se amplía el rango de frecuencia desde abajo y al mismo tiempo se reduce la frecuencia de barrido permitida del osciloscopio. Para obtener notas en bajas frecuencias, debe seleccionar el factor de división DD4 adecuado y utilizar un filtro de alta calidad en lugar del filtro R40, C22-C27; Todavía existe una limitación: es difícil aislar los latidos en bajas frecuencias. La fuente de alimentación (Fig. 4) se monta según el esquema habitual y produce tensiones de alimentación de ±5 V y +12 V. Las corrientes de consumo en los buses correspondientes no superan los límites especificados: +5 V - 300 mA; -5V - 100mA;+12V - 50mA; -12V-50mA.
El dispositivo utiliza resistencias MLT 0,125; SP, SP0, SP4 se pueden utilizar como variables. Los condensadores de ajuste de frecuencia deben tener un TKE pequeño; son aplicables las series KLS, KM-5 (C5-C8), K73-9, K73-16, K73-17 (C2-C4). Condensador polar C1 - K52-1 con baja corriente de fuga; los condensadores restantes son cualquiera. Conmutadores SA1, SA6-SA8 - PÁG. Los microcircuitos DD1 - DD3, DD5 son reemplazables por otros similares de las series K155, K555, K533, solo es necesario tener en cuenta el cambio correspondiente en el consumo de corriente. El microcircuito de la serie 564 o K564 (DD4) reemplazará completamente al K561IE15. No se ha desarrollado una placa de circuito impreso para el generador. A la hora de colocar elementos y conexiones en la placa, es necesario separar al máximo todos los circuitos asociados a las entradas (pines 3-10) del DA2 de otros circuitos. La configuración del generador comienza con la selección de los condensadores C1-C6, de modo que al cambiar de rango, la frecuencia cambie exactamente diez veces. Es mejor seleccionar adicionalmente los condensadores C7, C8 después del montaje final de la estructura, ya que la capacitancia total CF para las subbandas 8,9 se ve afectada por la capacitancia del cable de conexión, el montaje y otras capacitancias parásitas. Después de esto, se calibran dos escalas para la resistencia R20 (para los subrangos 1-8 y 9). A continuación, verifique la forma de la señal de salida dependiendo de la posición de SA6 y los límites de control del ciclo de trabajo y desafinación. El rango de su ajuste se puede cambiar recalculando el divisor R1-R4, teniendo en cuenta que los voltajes en las entradas FADJ y DADJ deben estar dentro de ±2,3 V. Luego se aplica una señal del osciloscopio a la entrada "√", la entrada Y del osciloscopio está conectada a la salida 7 DA1.1, el control deslizante de la resistencia R20 se coloca en el medio de uno de los subrangos, R6 se coloca en la posición superior en el diagrama y al seleccionar R5, aseguran que la señal en el pin 7 DA1.1 esté entre 0,2...7,5 V. Esto corresponde a la banda de oscilación máxima. Dentro de la banda, la frecuencia puede cambiar en un factor de 300; para reducir este valor, la resistencia R5 se aumenta al valor requerido. La configuración del generador de etiquetas de frecuencia comienza con la configuración de la frecuencia del oscilador maestro. El medidor de frecuencia está conectado al pin 6 de DD1.3 y ajustando el capacitor C18 la frecuencia se establece en 10 MHz. A continuación, verifique que las frecuencias en las frecuencias de salida de las etiquetas correspondan con las posiciones del interruptor SA7. Después de esto, verifique la presencia de una señal de batido en el pin 13 de DA1.4 y use la resistencia R36 para establecer el umbral de respuesta del comparador hasta que se obtengan marcas claras y estrechas en la salida de DA1.4. En este punto, la configuración del generador se puede considerar completa. El generador de audiofrecuencia auxiliar en DA1.2 (ver Fig. 1) se ajusta ajustando R23 hasta que se obtenga una generación estable de una señal sinusoidal. La configuración de la fuente de alimentación consiste en configurar los voltajes de salida adecuados mediante las resistencias R1, R4, R6. Para estudiar la respuesta de frecuencia, la instalación se ensambla de acuerdo con el esquema de la Fig. 5.
El interruptor SA6 se mueve a la posición de generar una señal sinusoidal. La ubicación esperada de la respuesta de frecuencia se establece mediante el interruptor SA1 y la resistencia R20, y la resistencia R6 se usa para establecer la banda de oscilación (vista) requerida. Usando el interruptor SA7, seleccione las etiquetas de frecuencia requeridas. El interruptor SA8 se utiliza para obtener marcas claras y estables en la pantalla del osciloscopio. Al cambiar los parámetros del dispositivo en estudio, se monitorea el cambio en los puntos característicos de la respuesta de frecuencia: en frecuencia, en relación con las marcas, en amplitud, en relación con las posiciones del atenuador. *La frecuencia superior de la novena subbanda está determinada por una instancia específica del microcircuito MAX038: su valor típico es de aproximadamente 40 MHz, el mínimo es de 20 MHz. Literatura
Autor: A.Matykin, Moscú
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