Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр
Кварцевый генератор – важный электронный компонент, обеспечивающий очень точную генерацию тактовой частоты за небольшие деньги. Из-за пьезоэлектрического эффекта его электрические свойства меняются в процессе вибрации. Поскольку можно сделать кристалл, который будет вибрировать с определённой частотой, кварцевые генераторы очень полезны для множества применений. Появились они в 1920-х, и сначала обеспечивали точную генерацию волн для радиостанций. В 1970-м году произошла революция наручных часов, когда в них стали использовать кварцевые генераторы высокой точности. Компьютеры, от ENIAC 1940-х годов и до сей поры используют кварцевые генераторы для генерации тактовой частоты.
В современных ПК всё ещё используются кварцевые генераторы, но для получения многогигагерцовых тактовых частот применяются более сложные технологии. ПК использует кристалл с частотой гораздо меньшей, чем рабочая, и умножает её при помощи фазовой автоподстройки частоты.
Для того, чтобы кристалл вибрировал, его схеме требуются дополнительные компоненты. В 1970-х набрали популярность модульные кварцевые генераторы – в этих компактных и лёгких в использовании микросборках комбинировались сам кристалл, ИС и дискретные компоненты. Мне стало интересно, как работает один из таких модулей, поэтому я вскрыл один из них и провёл реверс-инжиниринг его чипа. В данном посте я расскажу, как он работает, и опишу крохотную КМОП-схему, им управляющую. Оказалось, что внутри модуля происходит больше интересного, чем можно было ожидать.
Модуль генератора
Я изучал модуль от карточки для IBM PC. Модуль находится в прямоугольном металлическом корпусе с 4-мя контактами, защищающем электронику от электрического шума (это Rasco Plus в прямоугольном корпусе справа на фото, а не квадратная ИС от IBM).
Почему же карточка использует кристалл с такой необычной частотой — 4,7174 МГц? В 1970-х IBM 3270 был очень популярным терминалом с ЭЛТ. Терминалы соединялись коаксиальным кабелем и использовали протокол Interface Display System Standard, работавший с тактовой частотой в 2,3587 МГц. В конце 1980-х IBM производила интерфейсные карточки для подсоединения IBM PC к сети 3270. Мой кристалл как раз с одной из таких карточек (тип 56X4927), и частота кристалла равняется 4,7174 МГц – ровно в два раза больше, чем 2,3587 МГц.
Модуль кварцевого генератора находится справа внизу. Надпись на корпусе: Rasco Plus. 4.7174 MHZ, Motorola 1987. Квадратный модуль слева – это ИС от IBM.
Я вскрыл корпус модуля, чтобы посмотреть на его гибридную схему. Я ожидал увидеть там кварцевый кристалл, напоминающий драгоценный камень в шкатулке, однако обнаружил, что кварцевые генераторы используют очень тонкий кварцевый диск.
Внутри корпуса кварцевого генератора – компоненты, закреплённые на керамической подложке. Они подсоединяются к схеме крохотной золотой проволочной разваркой. Конденсатор на 3 нФ и плёночный резистор на 10 Ом, расположенные на подложке методом поверхностного монтажа, отфильтровывают шум, поступающий от контакта питания.
Схема работы ИС
На фото ниже показан крохотный кристалл ИС под микроскопом. Размечены контактные площадки и основные функциональные блоки. Зелёно-коричневые участки – это кремний, формирующий ИС. Жёлтоватый металлический слой соединяет компоненты с ИС. Под металлом находится красноватый слой поликремния, где формируются транзисторы – но он практически полностью закрыт металлическим слоем.
Кристалл ИС с разметкой основных блоков. «FF» обозначает триггеры. «sel» – контактные площадки [select pads]. «cap» – площадки, подсоединённые к внутренним конденсаторам.
У ИС есть две задачи. Во-первых, её аналоговые компоненты заставляют кристалл колебаться. Во-вторых, её цифровые компоненты делят частоту на 1, 2, 4 или 8, и выдают сигнал тактовой частоты с большим током (делитель задаётся двумя контактами выбора на ИС).
Кварцевый генератор реализован по приведённой ниже схеме, которая называется «генератор Колпитца». Она сложнее обычной схемы кварцевого генератора. Суть в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с заданной частотой. Однако колебания быстро затухли бы, если бы не поддерживающая обратная связь с поддерживающего транзистора.
Типичный кварцевый генератор строится по простой схеме под названием «генератор Пирса», в которой из кристалла и инвертера формируется цепь обратной связи. Два заземлённых конденсатора в середине делают её очень похожей на классический генератор Колпитца.
Не уверен, по какой причине разобранный мною кварцевый генератор использует более сложную схему, которая требует хитрого смещения напряжения.
В 1918 году Эдвин Колпитц, главный исследователь в компании Western Electric, изобрёл кварцевый генератор на катушке индуктивности и конденсаторе. Сегодня эта схема известна, как генератор Колпитца. Идея в том, что катушка индуктивности с конденсатором формируют «резонансный резервуар», колеблющийся с частотой, зависящей от характеристик компонентов. Можно представлять, что электричество в этом резервуаре как бы плещется туда и сюда между катушкой индуктивности и конденсаторами. Сами по себе колебания быстро затухли бы, поэтому для их подпитки используется усилитель. В оригинальном генераторе Колпитца усилителем была электронная лампа.
Позднее схемы перешли на транзисторы, но этот усилитель может быть операционным или другого типа. В других схемах конец заземляется, чтобы в середине шла обратная связь. Тогда конденсаторы ничего не инвертируют, поэтому используется не инвертирующий усилитель.
Упрощённая схема генератора Колпитца с базовыми компонентами.
Ключевая особенность генератора Колпитца заключается в двух конденсаторах, формирующих делитель напряжения. Поскольку они в середине заземлены, на двух концах у них будет напряжение противоположных значений: когда одно повышается, второе понижается. Усилитель берёт сигнал с одного конца, усиливает его, и подаёт на другой. Усилитель инвертирует сигнал, а конденсаторы дают второе инвертирование, так, что обратная связь усиливает оригинальный сигнал (обеспечивая фазовый сдвиг на 360°).
В 1923 году Джордж Вашингтон Пирс, профессор физики в Гарварде, заменил катушку индуктивности в генераторе Колпитца на кристалл. Благодаря этому генератор стал более точным, и его стали широко использовать в радиопередатчиках и других устройствах.
Несколько десятилетий генератор Пирса было принято называть генератором Колпитца с кристаллом. В генераторе Пирса часто отсутствовали характерные конденсаторы, вместо которых использовалось паразитная ёмкость электронной лампы. Терминология постепенно менялась, и два разных типа кварцевых генератора начали называть генератором Колпитца (с конденсаторами) и генератором Пирса (без них).
Ещё одно изменение терминологии произошло в связи с тем, что генератор Колпитца, генератор Пирса и генератор Клаппа были топологически идентичными кварцевыми генераторами, отличавшимися только в том, какая часть схемы считалась землёй (коллектор, эмиттер или база соответственно). Все эти генераторы можно называть генераторами Колпитца, только с общим коллектором, общим эмиттером или общей базой.
Этот экскурс в историю я сделал с тем, чтобы показать, что в различных источниках эти генераторы называют по-разному, генераторами Колпитца или Пирса, причём противоречивым образом.
Тот генератор, что изучал я, можно назвать генератором Колпитца с общим стоком (по аналогии с общим коллектором). Также его можно назвать генератором Колпитца на основании расположения заземления. Но исторически его можно назвать генератором Пирса, поскольку он использует кристалл. Также он называется кварцевым генератором с одним контактом, поскольку только один контакт кристалла подсоединён к внешней схеме (другой заземлён).
Упрощённая схема генератора
Увеличение напряжения на кристалле включает транзистор, ток идёт в конденсаторы, увеличивая напряжение на них (и на кристалле). Уменьшение напряжения на кристалле выключает транзистор, сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторов, уменьшая напряжение на кристалле. Таким образом, обратная связь с транзистора усиливает колебания кристалла, поддерживая их.
Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой схемы. Напряжение смещения устанавливает вентиль транзистора где-то посередине между включённым и выключенным состоянием, поэтому колебания напряжения на кристалле включают его и выключают.
Ток смещения находится посередине между значениями токов включённого и выключенного транзистора, поэтому ток, приходящий и уходящий из конденсаторов, сбалансирован (я упрощаю, говоря о включённых и выключенных состояниях – в реальности сигнал будет иметь синусоидальную форму).
Цепи напряжения смещения и тока – это умеренно сложные аналоговые схемы, состоящие из кучки транзисторов и нескольких резисторов. Подробно описывать их не буду, скажу лишь, что они используют цепи обратной связи для генерации нужных фиксированных значений напряжения и тока.
Значительную часть ИС занимают пять конденсаторов. На схеме один расположен сверху, три идут параллельно, формируя нижний конденсатор на схеме, а один стабилизирует цепь напряжения смещения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения верхнего металлического слоя. Красные и зелёные участки – это поликремний, формирующий верхнюю пластину конденсатора вместе с металлическим слоем. Расположенный под поликремнием розоватый участок – вероятно, нитрид кремния, формирующий диэлектрический слой.
Кремний с добавками, которого на фото не видно, формирует нижнюю пластину конденсатора.
Конденсатор на кристалле. Большой бледный квадрат слева – площадка для подсоединения проволочной разварки к ИС. Сложные структуры слева – фиксирующие диоды контактов. Похожие на клевер структуры справа – это транзисторы.
Интересно, что конденсаторы на чипе не соединяются вместе. Они подсоединены к трём площадкам, связанным между собой проволочной разваркой. Возможно, это придаёт схеме гибкость – ёмкость цепи можно изменить, удалив проводник, ведущий к конденсатору.
Цифровая схема
С правой части чипа находится цифровая схема делителя выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Благодаря ей один и тот же кристалл может выдавать четыре частоты. Делитель составлен из трёх триггеров, подключённых последовательно. Каждый делит входящий импульс пополам. Мультиплексор 4 к 1 выбирает между оригинальной частотой импульсов или выходом с одного из триггеров.
Выбор осуществляется при помощи проводников, подходящих к двум площадкам для выбора с правой части кристалла. Итоговая частота фиксируется на этапе производства. Для декодирования контактов и генерации четырёх управляющих сигналов мультиплексору и триггерам используются четыре вентиля NAND вместе с инверторами.
Реализация логики КМОП
Кип построен на логике КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Она использует совместно работающие транзисторы двух типов, N-МОП и P-МОП. На диаграмме ниже показано устройство N-МОП транзистора. Транзистор можно считать переключателем между истоком и стоком, который контролирует вентиль. Исток и сток (зелёные) состоят из участков кремния с добавками, меняющими его полупроводниковые свойства – из N+ кремния. Вентиль сделан из особого кремния, поликремния, отделённого от кремниевой подложки очень тонким изолирующим слоем оксидным слоем. N-МОП транзистор включается, когда вентиль подтягивается вверх.
Структура N-МОП транзистора. Структура P-МОП транзистора похожа, однако участки кремния N- и P-типа меняются местами.
Строение P-МОП транзистора противоположно N-МОП: исток и сток состоят из P+ кремния, включённого в N кремний. Работает он тоже противоположно N-МОП транзистору: включается, когда вентиль подтягивается вниз. Обычно P-МОП транзисторы подтягивают сток вверх, а N-МОП – вниз. В КМОП транзисторы работают, дополняя друг друга, подтягивая выходной сигнал вверх или вниз по необходимости.
На диаграмме ниже показано, как в КМОП реализован вентиль NAND. Если на вход подать 0, соответствующий P-МОП транзистор (вверху) включится и притянет выход вверх. Если на оба входа подать 1, N-МОП транзистор (внизу) включится и подтянет выход вниз. Таким образом схема реализует функцию NAND.
На диаграмме ниже показано, как NAND-вентиль выглядит на кристалле. В отличие от изображений в учебниках, у реальных транзисторов бывает сложная, извилистая форма. С левой стороны находятся P-МОП транзистор, а с правой – N-МОП.
Красноватые дорожки над кремнием – это поликремний, формирующий вентили. Большая часть кремния в подложке благодаря добавкам проводит ток, и выглядит чуть темнее непроводящего кремния без добавок с левого и правого краёв, а также в центре. Для изготовления этого фото металлический слой был вытравлен. Жёлтые линии обозначают места, где раньше были металлические проводники. Кружочки — это связи металлического слоя с нижними слоями, кремния или поликремния.
Как NAND-вентиль выглядит на кристалле
Транзистор на фото можно сопоставить со схемой NAND-вентиля. Посмотрите на сформированные поликремнием вентили транзистора, и на то, что они разделяют. От участка +5 есть дорожка к выходу через длинный P-МОП транзистор слева. Второй путь идёт через небольшой P-МОП транзистор в центре – это показывает, что транзисторы подключены параллельно. Каждый вентиль контролирует один из входов. Слева дорожка от земли к выходу должна пойти через оба концентрических N-МОП транзистора – они подключены последовательно.
В этой ИС также используется много транзисторов с кольцевыми вентилями. Эта необычная техника расположения элементов позволяет с большой плотностью разместить множество параллельных транзисторов. На фото ниже показано 16 транзисторов с кольцевыми вентилями. Похожие на клевер узоры медного цвета – это сток транзисторов, а снаружи находится исток. Металлический слой (тут он удалён) объединяет соответственно все истоки, вентили и стоки. Параллельные транзисторы работают как один большой. Параллельные транзисторы используются для подачи больших токов на выход. В схеме смещения вместе соединяются различное количество транзисторов (6, 16 или 40), чтобы получать нужное соотношение токов.
Передаточный вентиль
Ещё одна ключевая схема чипа – это передаточный вентиль. Он работает как переключатель, через который сигнал либо проходит, либо нет. На схеме ниже показано, как передаточный вентиль делается из двух транзисторов, N-МОП транзистора и P-МОП транзистора.
Если по линии enable подаётся большое напряжение, включаются оба транзистора, и входной сигнал проходит на выход. Если напряжение низкое, они выключаются, блокируя сигнал. Справа показано условное обозначение передаточного вентиля на схемах.
Мультиплексор
Мультиплексор используется для выбора одного из четырёх тактовых сигналов. На диаграмме ниже показано, как мультиплексор реализован на основе передаточных вентилей. Мультиплексор принимает на вход четыре сигнала: A, B, C и D. Один из входов выбирается через активацию соответствующей линии выбора и её дополнения. Этот вход связывается через передаточный вентиль с выходом, а другие входы блокируются. Хотя мультиплексор можно построить и на стандартных логических вентилях, его реализация на передаточных вентилях получается эффективнее.
Мультиплексор 4 к 1 на основе передаточных вентилей
На схеме ниже показаны транзисторы, из которых состоит мультиплексор. Ко входам B и С подключено по паре транзисторов.
Думаю, это сделано потому, что у пары транзисторов сопротивление получается половинным. Поскольку входы В и С предназначены для высокочастотных сигналов, пара транзистора позволяет уменьшить задержки и искажения.
На фото ниже показано, как мультиплексор реализован на кристалле физически. Лучше всего видно поликремниевые вентили. Металлический слой удалён. Металлические проводники шли вертикально, соединяя соответствующие сегменты транзисторов. Истоки и стоки соседних транзисторов объединены в единые участки, расположенные между вентилями. В верхнем прямоугольнике находятся N-МОП транзисторы, а в нижнем – P-МОП. Поскольку P-МОП транзисторы менее эффективны, нижний прямоугольник должен быть больше.
Триггер
На чипе есть три триггера, делящие тактовую частоту. Кварцевый генератор использует переключаемые триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда получают входящий импульс. Поскольку два входящих импульса дают один исходящий (0→1→0), триггер делит частоту пополам.
Триггер состоит из передаточных вентилей, инверторов и NAND-вентиля – см. схему ниже. Когда входящий тактовый сигнал равен 1, выход проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку А. Когда входящий сигнал переключается на 0, открывается первый передаточный вентиль, и в точке А остаётся предыдущее значение. Тем временем закрывается второй передаточный вентиль, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и передаточный вентиль в точку В. NAND-вентиль снова его инвертирует, в результате чего значение выхода меняется на противоположное. Второй цикл входящего сигнала тактовой частоты повторяет этот процесс, благодаря чему выход возвращается к изначальному значению. В итоге два цикла входящих сигналов дают один цикл выходящего сигнала, так что триггер делит частоту на 2.
У каждого триггера есть разрешающий вход. Если триггер для выбранного выхода не нужен, он отключается. К примеру, если выбирается режим деления на 2, используется только первый триггер, а два другие отключаются.
Полагаю, это делается для уменьшения энергопотребления. Это не зависит от контакта отключения на модуле, который полностью блокирует выходящий сигнал. Это отключаемое свойство опционально; в данном модуле такой функции нет, а контакт отключения не подключен к ИС.
На схеме выше инвертеры и передаточные вентили показаны в виде отдельных структур. Однако в триггере используется интересная структура вентилей, комбинирующая инвертер и передаточный вентиль (слева) в единый вентиль (справа). Пара транзисторов, подключенных к data in, работают как инвертер. Однако если сигнал тактовой частоты нулевой, питание и земля блокируются, и вентиль не влияет на выход, сохраняя предыдущее напряжение. Так работает передаточный вентиль.
Комбинированные инвертер и передаточный вентиль
На фото ниже показано, как один из таких вентилей выполнен на кристалле. На фото видно металлический слой сверху. Под ним видно красноватые вентили из поликремния. Слева расположены два P-МОП транзистора в виде концентрических кругов.
Справа находятся N-МОП транзисторы.
Заключение
Хотя модуль кварцевого генератора снаружи кажется простым, внутри него больше компонентов, чем можно было бы ожидать. Там находится не только кристалл кварца, но и дискретные компоненты, и крохотная ИС. В ИС скомбинированы конденсаторы, аналоговые цепи, обеспечивающие колебания, и цифровые цепи для выбора частоты. Можно выбрать одну из четырёх частот, изменяя проводку ИС на этапе производства.
Больше информации по кварцевым генераторам можно найти на сайтах EEVblog, electronupdate и WizardTim. Про генератор Колпитца можно посмотреть на Hackaday.
Закончу фотографией чипа после удаления слоёв металла и оксида, чтобы было видно кремний и поликремний. Больше всего выделяются крупные розоватые конденсаторы, однако можно рассмотреть и транзисторы.
Кликабельно
Интегральные регуляторы напряжения Я112-В, Я120-М, 17.3702 схемы
Интегральные регуляторы напряжения рассчитаны на силу тока 3,3 и 5 А.
Схемы регуляторов достаточно просты. Поэтому они имеют небольшие размеры. Кроме того, они максимально унифицированы для напряжения 14 и 28 В. Малогабаритные интегральные регуляторы напряжения встраиваются в генератор. Поэтому в их схемах отсутствуют элементы защиты полупроводниковых элементов.
Интегральные регуляторы напряжения Я112-В, Я112-В1, Я112-А, Я120-М, Я120-М1, 17.3702, устройство, принцип действия, электрические схемы.
Интегральные регуляторы напряжения Я112-В встроены в генераторы Г222. В регуляторе входной делитель напряжения собран на резисторах R1, R2 и R3. Элементом сравнения служит стабилитрон VD1. В выходной цепи находится составной транзистор VT2, VT3. Надежное запирание составного транзистора обеспечивает диод VD2. Диод VD3 является гасящим. Гибкую обратную связь осуществляет цепь C2-R7-C1.
Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112-В.
Входная цепь регулятора Я112-В снабжается электроэнергией через отдельный вывод «Б»‘.
Если напряжение на выводе «Б» отсутствует, то отсутствует и базовый ток составляющего транзистора VT2, VT3. Транзистор закрыт и протекание тока в цепи обмотки возбуждения невозможно.
Если прерывание тока в цепи возбуждения при неработающем двигателе осуществляется другим путем, выводы «Б» и «В» соединены между собой перемычкой внутри регулятора и наружу выведен только вывод «В». Интегральные регуляторы напряжения Я112-А имеют дублирование этого вывода. Это исключает возможность отключения гасящего диода от обмотки возбуждения при нарушении контакта вывода «В» с контактной пластиной щеткодержателя.
Интегральные регуляторы напряжения Я112-В1.
Входной делитель напряжения регулятора Я112-В1 собран на резисторах R1, R2 и R3. Элемент сравнения стабилитрон VD1, входной транзистор электронного реле VT1 и резистор R8 выполнены в одном корпусе в виде микросхемы DA1. В выходной цепи, как и у многих типов транзисторных регуляторов, установлен составной транзистор VT2. Гибкую обратную связь осуществляет цепь C2-R4-C1.
Гасящим является диод VD2. Защиту схемы от возможных аварийных режимов обеспечивают диоды VD3, VD4.
Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112-В1.
Интегральные регуляторы напряжения Я120-М для генераторной установки Г273.
Интегральный регулятор Я120-М работает с генераторной установкой Г273. Измерительный делитель напряжения собран на резисторах R1 и R2. Резисторы R1 и R2 являются настроечными и регулируются на заданное выходное напряжение при изготовлении регулятора. Резистор R8 обеспечивает сезонное изменение регулируемого напряжения генераторной установки.
Электрическая схема генераторной установки Г273 с интегральным регулятором напряжения Я120-М.
В холодное время года выключатель S1, установленный в генераторе на теплоотводе общего узла щеткодержателя и регулятора напряжения, переводится в замкнутое состояние, соответствующее положению «3» (зима). Резистор R8 подключается параллельно резистору R2, и напряжение генераторной установки увеличивается на 1,2-2,8 В.
Летом выключатель S1 устанавливается в положение «Л».
Интегральные регуляторы напряжения Я120-М имеют два последовательно включенных стабилитрона VD1 и VD2, так как рассчитаны на номинальное напряжение 28 В. Оба стабилитрона управляют базовым током транзистора VT1, который, в свою очередь, управляет базовым током выходного составного транзистора VT2. Гибкая обратная связь осуществляется через конденсатор С1, резистор R6 и конденсатор С2.
Резистор Rп, встроенный в генератор, обеспечивает возбуждение генератора от аккумуляторной батареи. Регулятор имеет дополнительный вывод «D» для подключения к нулевой точке обмотки статора генератора.
Интегральные регуляторы напряжения Я120-М1.
Регулятор напряжения Я120-М1 имеет вывод «Р», через который специальным переключателем в холодное время параллельно резистору R3 подключается внешний резистор. Это позволяет увеличить регулируемое напряжение.
Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я120-М1.
Интегральные регуляторы напряжения 17.
3702 для генераторов 37.3701.Регулятор напряжения 17.3702 встраивается в щеточный узел генератора 37.3701. Входной делитель собран на резисторах R2, R5, R6. Стабилитрон VD1, как элемент сравнения, расположен в эмиттерной цепи транзистора VT1 электронного реле на четырех транзисторах VT2, VT3, VT4 и VT5.
Электрическая схема интегрального регулятора напряжения 17.3702.
Выходные транзисторы VT4 и VT5 включены параллельно. Это обеспечивает повышенную надежность регулятора и работу с током возбуждения силой 5 А. Жесткая обратная связь обеспечивается резистором R8. Гибкая — конденсаторами C1, C2, СЗ и резистором R9. Вывод «В» подсоединяется к дополнительному выпрямителю, а вывод «Б» — к силовому.
10 полезных схем генераторов функций
В этом посте мы узнаем, как построить 10 простых, но полезных схем генераторов функций, используя IC 4049, IC 8038, IC 741, IC 7400, транзисторы, UJT и т. д. для генерации точных прямоугольных, треугольных сигналов. волны и синусоиды с помощью простых операций переключения.
Содержание
1) Используя IC 4049
Используя только одну недорогую КМОП IC 4049 и несколько отдельных модулей, можно легко создать надежный генератор функций, который будет обеспечивать диапазон трех форм сигналов вокруг и за пределами аудио спектр.
Целью статьи было создание базового экономичного генератора частоты с открытым исходным кодом, который легко собрать и использовать как любителям, так и профессионалам в лаборатории.
Эта цель, несомненно, была достигнута, так как схема обеспечивает различные синусоидальные, прямоугольные и треугольные сигналы, а частотный спектр примерно от 12 Гц до 70 кГц использует всего одну микросхему инвертора CMOS Hex и несколько отдельных элементов.
Несомненно, эта архитектура не может обеспечить эффективность более продвинутых схем, особенно с точки зрения согласованности формы сигнала на повышенных частотах, но, тем не менее, это невероятно удобный инструмент для анализа звука.
Для версии Bluetooth вы можете прочитать эту статью
Блок-схема
Основные принципы работы схемы из показанной выше блок-схемы.
Основная часть функционального генератора представляет собой генератор треугольника/меандра, который состоит из интегратора и триггера Шмита.
Как только выходной сигнал триггера Шмитта становится высоким, обратное напряжение с выхода Шмитта на вход интегратора позволяет выходному сигналу интегратора линейно снижаться до того, как он превысит нижний уровень выходного сигнала триггера Шмитта.
На этом этапе выходной сигнал триггера Шмитта работает медленно, поэтому небольшое напряжение, подаваемое обратно на вход интегратора, позволяет ему положительно нарастать до того, как будет достигнут верхний уровень триггера Шмитта.
Выход триггера Шмитта снова становится высоким, выходной сигнал интегратора снова становится отрицательным и так далее.
Выходные положительные и отрицательные развертки интегратора представляют собой треугольную форму волны, амплитуда которой вычисляется с помощью гистерезиса триггера Шмитта (т. е. разницы между верхним и нижним пределами триггера).
Триггер Шмитта, естественно, представляет собой прямоугольную волну, состоящую из чередующихся высоких и низких выходных состояний.
Выходной сигнал треугольника подается на диодный формирователь через буферный усилитель, который округляет высокие и низкие частоты треугольника для создания сигнала, близкого к синусоидальному.
Затем с помощью трехпозиционного селекторного переключателя S2 можно выбрать каждую из трех волновых форм и подать сигнал на выходной буферный усилитель.
Как работает схема
Полная принципиальная схема КМОП-генератора, показанная на рисунке выше. Интегратор полностью построен с использованием КМОП-инвертора N1, а механизм Шмитта включает в себя 2 инвертора с положительной обратной связью. Это N2 и N3.
На следующем изображении показана разводка выводов микросхемы IC 4049 для использования в приведенной выше схеме.
Схема работает следующим образом; принимая во внимание на данный момент, что движок P2 находится в самом нижнем положении, а выход N3 имеет высокий уровень, ток, эквивалентный: напряжение питания и Ut пороговое напряжение N1.
Поскольку этот ток не может поступать на вход инвертора с высоким импедансом, он начинает течь к C1/C2 в зависимости от того, какой конденсатор переключается на линии переключателем S1.
Падение напряжения на C1, таким образом, уменьшается линейно, так что выходное напряжение N1 возрастает линейно до того, как будет достигнуто нижнее пороговое напряжение триггера Шмитта, как только выход триггера Шмитта станет низким.
Теперь ток, эквивалентный -Ut/P1 + R1 , протекает как через R1, так и через P1.
Этот ток всегда протекает через C1, так что выходное напряжение N1 увеличивается экспоненциально, пока не будет достигнуто максимальное предельное напряжение триггера Шмитта, выход триггера Шмитта возрастает, и весь цикл начинается сначала.
Чтобы сохранить треугольную симметрию волны (т. е. одинаковый наклон как для положительной, так и для отрицательной частей формы волны), токи нагрузки и разрядки конденсатора должны быть идентичными, то есть Uj,-Ui должны быть идентичны Ут.
Однако, к сожалению, Ut определяется параметрами инвертора CMOS и обычно составляет 55%! Напряжение источника Ub = Ut составляет примерно 2,7 В при 6 В, а Ut примерно равно 3,3 В.
Эта проблема решается с помощью P2, который требует изменения симметрии. На данный момент предположим, что тайский R-связан с положительной линией снабжения (позиция A).
Независимо от настройки P2 высокое выходное напряжение триггера Шмитта всегда остается равным 11. до 3 В можно вернуть обратно в P1.
Это гарантирует, что напряжение больше не -Ut, а Up2-Ut. Если напряжение ползунка P2 составляет около 0,6 В, то Up2-Ut должно быть около -2,7 В, поэтому токи зарядки и разрядки будут одинаковыми.
Очевидно, что из-за допусков значения Ut необходимо выполнить регулировку P2 для соответствия конкретному функциональному генератору.
В ситуациях, когда Ut составляет менее 50 процентов от входного напряжения, может быть уместным подключение верхней части резистора R4 к земле (положение B).
Можно найти пару частотных шкал, которые будут назначены с помощью S1; от 12 Гц до 1 кГц и от 1 кГц до приблизительно 70 кГц.
Детальное управление частотой задается параметром P1, который изменяет ток заряда и разряда C1 или C2 и, следовательно, частоту, на которой интегратор линейно увеличивается и уменьшается.
Выходной сигнал прямоугольной формы с N3 отправляется на буферный усилитель через селекторный переключатель формы волны S2, который состоит из пары инверторов, смещенных как линейный усилитель (подключенных параллельно для повышения эффективности их выходного тока).
Выход треугольной волны осуществляется через буферный усилитель N4 и оттуда переключателем на выход буферного усилителя.
Кроме того, треугольный выход N4 добавляется к формирователю синуса, состоящему из R9, R11, C3, Dl и D2.
D1 и D2 потребляют небольшой ток примерно до +/- 0,5 вольт, но их различное сопротивление падает выше этого напряжения и логарифмически ограничивает верхние и нижние уровни треугольного импульса, создавая эквивалент синусоиде.
Выходной синусоидальный сигнал передается на выходной усилитель через C5 и R10.
P4, который изменяет коэффициент усиления N4 и, следовательно, амплитуду треугольного импульса, подаваемого на формирователь синуса, изменяет прозрачность синуса.
Слишком низкий уровень сигнала, и амплитуда треугольника будет ниже порогового напряжения диода, и он будет протекать без изменений, а слишком высокий уровень сигнала, верхние и нижние частоты будут сильно отсекаться, тем самым обеспечивая не правильно сформированная синусоида.
Входные резисторы выходного буферного усилителя выбираются таким образом, чтобы номинальное выходное напряжение всех трех сигналов от пика до минимума составляло около 1,2 В. Уровень выходного сигнала можно изменить с помощью P3.
Процедура настройки
Метод настройки заключается в простом изменении симметрии треугольника и чистоты синусоиды.
Кроме того, симметрия треугольника идеально оптимизируется путем изучения входного сигнала прямоугольной формы, поскольку симметричный треугольник получается, если рабочий цикл прямоугольной формы составляет 50 % (1-1 отметка).
Для этого вам нужно настроить предустановку P2.
В ситуации, когда симметрия увеличивается по мере перемещения скользящего элемента P2 вниз к выходу N3, но правильная симметрия не может быть достигнута, верхняя часть R4 должна быть соединена в альтернативном положении.
Чистота синусоиды изменяется путем регулировки P4 до тех пор, пока форма волны не станет «идеальной», или путем изменения для минимальных искажений, только если есть измеритель искажений для проверки.
Поскольку напряжение питания влияет на выходное напряжение различных форм сигналов и, следовательно, на чистоту синуса, схема должна питаться от надежного источника питания 6 В.
Когда батареи используются в качестве источников питания, они никогда не должны работать слишком сильно вниз.
КМОП-ИС, используемые в качестве линейных схем, потребляют больший ток, чем в обычном режиме переключения, поэтому напряжение питания не должно превышать 6 В, иначе ИС может нагреваться из-за сильного рассеивания тепла.
Еще одним отличным способом создания схемы функционального генератора может быть использование IC 8038, как описано ниже
2) Схема функционального генератора с использованием IC 8038
IC 8038 представляет собой прецизионный генератор сигналов IC, специально разработанный для создания синусоидальных, прямоугольных и треугольных выходных сигналов за счет минимального количества электронных компонентов и манипуляций.
Его рабочий диапазон частот можно определить с помощью 8 частотных шагов, начиная с 0,001 Гц до 300 кГц, путем соответствующего выбора прикрепленных R-C элементов.
Частота колебаний чрезвычайно стабильна независимо от температуры или колебаний напряжения питания в широком диапазоне.
Кроме того, генератор функций IC 8038 предлагает рабочий диапазон частот до 1 МГц. Доступ ко всем трем основным выходным сигналам, синусоидальному, треугольному и прямоугольному, можно получить одновременно через отдельные выходные порты схемы.
Частотный диапазон 8038 можно изменять с помощью внешнего источника напряжения, хотя отклик может быть не очень линейным. Предлагаемый генератор функций также обеспечивает регулируемую симметрию треугольника и регулируемый уровень искажения синусоидальной волны.
3) Функциональный генератор Использование IC 741
Эта схема функционального генератора на основе IC 741 обеспечивает повышенную гибкость испытаний по сравнению с типичным генератором синусоидальных сигналов, выдавая вместе прямоугольные и треугольные сигналы с частотой 1 кГц, а также недорогая и очень простая. строить. Как оказалось, выходное напряжение составляет примерно 3 В ptp на прямоугольной волне и 2 В среднеквадратичного значения. в синусоиде. Переключаемый аттенюатор может быть быстро включен, если вы хотите быть мягче по отношению к тестируемой цепи.
Как собрать
Начните размещать детали на печатной плате, как показано на схеме компоновки компонентов, и убедитесь, что полярность стабилитрона, электролитов и интегральных схем указана правильно.
Как настроить
Чтобы настроить схему простого функционального генератора, просто точно настройте RV1, пока синусоидальный сигнал не станет немного ниже уровня ограничения. Это обеспечивает наиболее эффективную синусоиду через генератор. Квадрат и треугольник не требуют каких-либо специальных настроек или настроек.
Как это работает
- В этой схеме функционального генератора IC 741 IC1 выполнен в виде мостового генератора Вина, работающего на частоте 1 кГц.
- Контроль амплитуды обеспечивается диодами D1 и D2. Выход этой ИС подается либо на выходной разъем, либо на схему возведения в квадрат.
- Подключен к SW1a посредством C4 и является триггером Шмидта (Q1-Q2). Стабилитрон ZD1 работает как триггер без гистерезиса.
- Интегратор IC2, C5 и R10 генерирует треугольную волну из входной прямоугольной волны.
4) Простой генератор функций UJT
Однопереходный осциллятор, показанный ниже, является одним из самых простых генераторов пилообразной формы.
Два выхода этого дают, а именно, пилообразный сигнал и последовательность триггерных импульсов. Волна увеличивается примерно от 2V (точка впадины, Vv) до максимального пика (Vp). Пиковая точка зависит от напряжения питания Vs и коэффициента зазора BJT, который может находиться в диапазоне примерно от 0,56 до 0,75, при этом обычно используется значение 0,6. Период одного колебания примерно равен:
t = — RC x 1n[(1 — η) / (1 — Vv/Vs)]
, где «1n» указывает на использование натурального логарифма. При стандартных значениях Vs = 6, Vv = 2 и η = 0,6 приведенное выше уравнение упрощается до: наклон нелинейный. Для многих аудиоприложений это едва ли имеет значение. Рисунок (b) демонстрирует зарядку конденсатора через цепь постоянного тока. Это позволяет склону идти прямо вверх.
Скорость заряда конденсатора теперь постоянна и не зависит от Vs, хотя Vs по-прежнему влияет на пиковую точку. Поскольку ток зависит от коэффициента усиления транзистора, простой формулы для измерения частоты не существует.
Эта схема предназначена для работы с низкими частотами и имеет реализацию в качестве генератора рампы.
5) Использование операционных усилителей LF353
Два операционных усилителя используются для построения точной схемы генератора прямоугольных и треугольных сигналов. В комплект LF353 входят два операционных усилителя с JFET, которые лучше всего подходят для этого приложения.
Частоты выходного сигнала рассчитываются по формуле f=1 / RC . Схема демонстрирует чрезвычайно широкий рабочий диапазон практически без искажений.
R может иметь любое значение от 330 Ом до примерно 4,7 М; C может иметь любое значение от 220 пФ до 2 мкФ.
Как и в приведенной выше концепции, в следующей схеме генератора синусоидальной и косинусоидальной функций используются два операционных усилителя.
Они генерируют синусоидальные сигналы почти одинаковой частоты, но 90 ° не совпадают по фазе, поэтому выходной сигнал второго операционного усилителя называется косинусоидальным.
На частоту влияет набор допустимых значений R и C. R находится в диапазоне от 220k до 10M; C составляет от 39 пФ до 22 нФ. Связь между R, C и/или немного сложна, так как она должна отражать номиналы других резисторов и конденсаторов.
Используйте R = 220 кОм и C = 18 нФ в качестве начальной точки, обеспечивающей частоту 250 Гц. Диоды Зенера могут быть маломощными выходными диодами 3,9 В или 4,7 В.
6) Функциональный генератор с использованием микросхемы ТТЛ
Пара вентилей счетверенного вентиля И-НЕ с двумя входами 7400 составляет реальную схему генератора для этой схемы функционального генератора ТТЛ. Кристалл и регулируемый конденсатор работают как система обратной связи между входом затвора U1-a и выходом затвора U1-b. Гейт U1-c функционирует как буфер между каскадом генератора и выходным каскадом U1-d.
Переключатель S1 действует как переключатель затвора, переключаемый вручную, для включения/выключения прямоугольного выхода U1-d на контакте 11.
Когда S1 разомкнут, как указано, на выходе генерируется прямоугольный сигнал, а после замыкания прямоугольный сигнал отключается.
Переключатель можно заменить логическим вентилем для цифрового управления выходом. Почти идеальная синусоида от 6 до 8 вольт создается в точке соединения C1 и XTAL1.
Импеданс на этом соединении очень высок и не может обеспечить прямой выходной сигнал. Транзистор Q1, настроенный как усилитель с эмиттерным повторителем, обеспечивает высокое входное сопротивление для синусоидального сигнала и низкое выходное сопротивление для внешней нагрузки.
Схема запускает практически все типы кристаллов и работает с частотами кристаллов от 1 до 10 МГц.
Как настроить
Настройку этой простой схемы генератора функций TTL можно быстро начать со следующих пунктов.
Если у вас есть осциллограф, подключите его к прямоугольному выходу U1-d на контакте 11 и поместите C1 в центр диапазона, обеспечивающего наиболее эффективную форму выходного сигнала.
Затем наблюдайте за синусоидой на выходе и настраивайте C2 для получения наилучшей формы волны. Вернитесь к ручке управления C1 и слегка настройте ее, пока на экране осциллографа не будет достигнута наиболее здоровая синусоидальная волна.
Список деталей
Резисторы
(все резисторы —Ватт, 5% единиц.)
RI, R2 = 560 -OM
R3 = 100K
R4 = 1K
SEMICONDUNTURCORS
21 = 1K
SEMICONDUCORS
211021003
SEMICONDUCORS
211021003
0211021021003
. = 2N3904 Кремниевый транзистор NPN
Конденсаторы
C1, C2 = 50 пФ, подстроечный конденсатор
C3, C4 = 0,1 мкФ, керамический дисковый конденсатор
Разное
S1 = SPSTAL
текст)
7) Цепь наилучшей синусоидальной формы с кварцевым управлением
Следующий генератор сигналов представляет собой схему кварцевого генератора с двумя транзисторами, которая великолепно работает, дешева в сборке и не требует катушек или дросселей.
Цена зависит в первую очередь от используемого кристалла, так как общая стоимость остальных элементов вряд ли должна составлять несколько долларов. Транзистор Q1 и несколько соседних частей образуют схему генератора.
Путь заземления для кристалла направляется с помощью C6, R7 и C4. В переходе C6 и R7, который имеет довольно низкий импеданс, ВЧ подается на усилитель эмиттерного повторителя Q2.
Форма сигнала на стыке C6/R7 действительно почти идеальная синусоида. Амплитуда выходного сигнала на эмиттере Q2 колеблется от 2 до 6 вольт от пика к пику в зависимости от добротности кристалла и значений конденсаторов C1 и C2.
Значения C1 и C2 определяют частотный диапазон схемы. Для частот кристалла ниже 1 МГц C1 и C2 должны быть 2700 пФ (0,0027 пФ). Для частот от 1 МГц до 5 МГц это могут быть конденсаторы емкостью 680 пФ; и для 5 МГц и 20 МГц. можно применить конденсаторы на 200 пФ.
Возможно, вы могли бы попробовать протестировать номиналы этих конденсаторов, чтобы получить наилучшую синусоиду на выходе.
Кроме того, настройка конденсатора C6 может повлиять на уровень двух выходных сигналов и общую форму сигнала.
Список деталей
Резисторы
(все резисторы—Ватт, 5% единиц.)
R1-R5-1K
R6-27K
R7-270-OHM
R8-100K
CAPACITORS
R8-100K
CAPACITORS 9021, C-C-C121,
9021, C-C-C121, 9021,
, 9021, C-C-C121, 9021,
,
9021, 9021. — См. текст
C3,C5-0,1-пФ, керамический диск
C6-10 пФ до 100 пФ, триммер
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Q1, Q2-2N3904
XTAL1—см. текст
Цепь генератора пилообразной формы схема генератора, заряжающая конденсатор С1 постоянным током. Этот постоянный зарядный ток создает линейно возрастающее напряжение на конденсаторе C1.
Транзисторы Q2 и Q3 настроены как пара Дарлингтона, чтобы проталкивать напряжение через C1 на выход без эффектов нагрузки или искажения.
Как только напряжение на C1 увеличивается примерно до 70% от напряжения питания, активируется вентиль U1-a, вызывая переход на высокий уровень на выходе U1-b и кратковременное включение Q4; который продолжает гореть, пока конденсатор C1 разряжается.
Завершает один цикл и запускает следующий. Выходная частота схемы регулируется резистором R7, который обеспечивает нижнюю частоту около 30 Гц и верхнюю частоту около 3,3 кГц.
Диапазон частот можно увеличить, уменьшив значение C1, и уменьшить, увеличив значение C1. Чтобы сохранить пиковый разрядный ток Q4 под контролем. C1 не должен быть больше 0,27 мкФ.
Перечень деталей
8) Схема функционального генератора с использованием пары микросхем 4011
Основой этой схемы фактически является осциллятор с мостом Вина, который обеспечивает синусоидальный выходной сигнал. Из этого впоследствии извлекаются квадратные и треугольные сигналы.
Генератор с мостом Вина построен с использованием КМОП-затворов И-НЕ с N1 по N4, а стабилизация амплитуды обеспечивается транзистором T1 и диодами D1 и D2.
Эти диоды, возможно, должны быть подобраны по два, чтобы минимизировать искажения. Потенциометр регулировки частоты P1 также должен быть высококачественным стереопотенциометром с дорожками внутреннего сопротивления, сопряженными с допуском 5%.
Предустановка R3 дает возможность регулировки для наименьшего искажения, и в случае использования согласованных частей для D1, D2 и P1 общее гармоническое искажение может быть ниже 0,5%.
Выход генератора с мостом Вина подается на вход N5, который смещен в линейную область и работает как усилитель. Элементы И-НЕ N5 и N6 совместно усиливают и обрезают выходной сигнал генератора для генерации прямоугольной формы волны.
Скважность формы сигнала зависит от пороговых потенциалов N5 и N6, однако она близка к 50%.
Выходной сигнал логического элемента N6 подается на интегратор, построенный с использованием логических элементов И-НЕ N7 и N8, который согласовывается с прямоугольным сигналом для получения сигнала треугольной формы.
Амплитуда треугольного сигнала, безусловно, зависит от частоты, а поскольку интегратор просто не очень точен, линейность дополнительно отклоняется по частоте.
На самом деле изменение амплитуды довольно тривиально, учитывая, что генератор функций часто используется вместе с милливольтметром или осциллографом, и выход можно легко проверить.
9) Схема функционального генератора с использованием операционного усилителя Norton LM3900
Чрезвычайно удобный генератор функций, который уменьшит аппаратные средства, а также стоимость, может быть построен с одним счетверенным усилителем Norton IC LM3900.
Если из этой цепи удалить резистор R1 и конденсатор C1, то в результате получится схема, обычная для генератора прямоугольных импульсов с усилителем Norton, с синхронизирующим током, поступающим в конденсатор C2. Включение интегрирующего конденсатора С1 в генератор прямоугольных импульсов создает на выходе реалистично точную синусоиду.
Резистор R1, облегчающий дополнение постоянных времени схемы, позволяет настроить выходную синусоиду для наименьшего искажения.
Идентичная схема позволяет подключить синусоидальный выход к стандартному подключению генератора прямоугольных/треугольных импульсов, оснащенного двумя усилителями Norton.
Как показано на рисунке, треугольный выход работает как вход синусоидального усилителя.
Для номиналов деталей, указанных в этой статье, рабочая частота схемы составляет примерно 700 Гц. Резистор R1 можно использовать для регулировки наименьшего синусоидального искажения, а резистор R2 можно использовать для регулировки симметрии прямоугольной и треугольной волн.
Четвертый усилитель в счетверенном пакете Norton можно подключить в качестве выходного буфера для всех трех выходных сигналов.
10) Функциональный генератор с использованием IC 566
IC 566 идеально подходит для создания испытательного генератора с помощью внутреннего генератора, управляемого напряжением (VOC). Схема предназначена для подачи отдельных выходов, предлагающих треугольные и прямоугольные волны, а также набор выходов с положительными и отрицательными пиками.
Амплитуда прямоугольной волны составляет 5 В пик-пик, остальные формы волны 1,5 В пик-пик. Частота зависит от емкости конденсатора, подключенного к выводу 7 микросхемы.
Рекомендуется использовать танталовые конденсаторы вместо электролитических. Выходы этого функционального генератора IC 566 рассчитаны на работу с нагрузками с высоким импедансом. Транзисторный буферный каскад необходим в качестве дополнения к оборудованию с низким входным сопротивлением.
Генератор точечной синусоидальной волны
На следующем рисунке показана схема, использующая IC 7556 в качестве интегратора.
Когда на интегратор подается сигнал прямоугольной формы от таймера, он преобразует его в сигнал треугольной формы. Когда сигнал треугольной волны подается на другой интегратор, он преобразуется в синусоидальную волну. С очень простой схемой этот метод можно использовать для создания довольно чистой синусоидальной волны заданной частоты. В этой версии все три основные формы волны — квадратная, треугольная и синусоида — генерируются с почти идентичными амплитудами напряжения от пика к пику.
Амплитуда синусоиды, 3 вольта от пика к пику с 9Напряжение питания почти сравнимо со среднеквадратичным значением в один вольт, что является полезной величиной для тестирования звука.
Целью этого точечного генератора синусоидальных сигналов является создание на всех трех выходах примерно одинакового выходного напряжения, чтобы другие схемы можно было быстро протестировать на чувствительность к различным формам сигналов. При размахе напряжения, равном одной трети напряжения питания, треугольная волна определяет начальное значение.
Прямоугольная волна изначально имеет значение напряжения питания, поскольку оно варьируется от рельса к рельсу, хотя ослабляется почти до требуемого значения с помощью двух резисторов R4 и R5. Эти два резистора можно удалить, если они не нужны. Вход второго интегратора lC2b связан с треугольной волной.
Из-за входных смещенных напряжений и токов и т. д. выходной сигнал интегратора может в конечном итоге дрейфовать настолько, насколько это возможно, к одной из шин питания, если только не используется какая-либо форма обратной связи по постоянному току.
Следовательно, lC2b связан по переменному току с входным сигналом через C4, а большой резистор обратной связи R8 поддерживает правильный выходной уровень постоянного тока. Уровни этих двух составляющих достаточны для предотвращения искажения сигнала на рабочей частоте. Настройки резисторов R7 и C5 регулируют выходную амплитуду до желаемого уровня, составляющего примерно одну треть от полного размаха питания. определяется частота. по формуле:
f = 1 / 1,333 x R6 x C5
Этот метод дает довольно хорошую синусоиду, единственным недостатком которой является то, что частоту нельзя легко изменить. Любое изменение входной частоты второго интегратора потребует изменения значений RT и C5, чтобы сохранить правильную амплитуду выходного синусоидального сигнала, а быстрого способа добиться этого не существует.
Простая схема функционального генератора с использованием IC 556
Если у вас есть одна запасная IC 556 и несколько пассивных электронных компонентов, вы можете быстро построить эту полезную небольшую схему функционального генератора.
Как видно на рисунке выше, IC 556 можно использовать для генерации 4 полезных сигналов.
Может генерировать треугольную волну, прямоугольную волну, последовательность положительных импульсов и последовательность отрицательных импульсов.
Переключатель S1 можно использовать для выбора диапазона частот, а потенциометр R2 можно использовать для регулировки выходной частоты выходов 556 IC.
Как создать генератор функций на макетной плате с питанием от PBB-272C
Ханг 0 Комментарии DIY, How-To, Makers, Oscilloscope, Power Breadboard, Power Supplies, Prototyping
Нужно протестировать схему, но нет генератора сигналов? Самодельный генератор сигналов, который измеряет сигналы произвольной формы, легко и недорого сделать с помощью макетной платы с питанием от PBB-272C и нескольких других инструментов.
Чтобы создать нашу схему генератора аналоговых функций, мы будем использовать таймер 555 для создания синусоидального сигнала. Затем мы проверим наши результаты с помощью ручного осциллографа Hantek 2D72.
Но сначала давайте рассмотрим несколько важных терминов (или вы можете сразу перейти к учебнику!).
Купить сейчас!
Что такое генератор функций?
Функциональный генератор — это тип электронного испытательного оборудования, которое может генерировать сигналы различной формы, включая синусоидальные, прямоугольные или треугольные волны. Синусоиды — это формы сигналов, значения которых меняются в течение цикла.
Функциональный генератор также может называться генератором сигналов или генератором сигналов, хотя генераторы сигналов относятся к целой группе испытательного оборудования, генерирующего электрические сигналы. Генератор сигналов, который использует интегральные схемы для генерации сигналов, также может называться генератором функций ic.
Что такое таймер 555?
Таймер 555 представляет собой 8-контактную микросхему. Если вы хотите узнать все распиновки таймеров 555, см. Распиновка таймера 555. Таймеры 555 можно приобрести очень дешево практически в любом магазине электроники.
Что такое синусоида?
Синусоидальные волны — это формы сигналов, значения которых меняются в течение цикла. Он имеет пиковое значение, которое представляет собой наивысшую амплитуду, которую он достигает, и минимальное значение, которое представляет собой наименьшую амплитуду, которую он получает.
Синусоидальные волны очень распространены:
- Бытовые электрические розетки выходят из синусоидальных сигналов переменного тока.
- Функциональные генераторы.
- Также широко используется в акустике.
DIY Breadboard Function Generator in 5 Steps
Parts Needed
- 555 Timer Chip
- 2.2KΩ resistor
- 100nF ceramic capacitor
- 10nF ceramic capacitor
- 1μF ceramic capacitor
- 470μH inductor
- Power Breadboard 272C
В этой схеме мы подключим таймеры 555, чтобы они находились в нестабильном режиме, который будет генерировать сигналы прямоугольной формы.
Используя LC-схему, мы преобразуем прямоугольный сигнал в синусоидальный сигнал. Для LC-резонансного контура должны быть выбраны правильные значения, иначе он не будет работать.Схема генератора синусоидального сигнала, которую мы будем строить, показана ниже.
- Переведите таймеры 555 в нестабильный режим.
Нестабильный режим может создавать цифровые прямоугольные сигналы, которые меняются между ВЫСОКИМ и НИЗКИМ.
- Создайте цепь сети RC, чтобы перевести 555 в нестабильный режим.
Используйте резистор 2,2 кОм и конденсатор 10 нФ для создания цепи RC-цепи. См. схему функционального генератора выше для размещения. Это поможет вам отфильтровать и уточнить ваши сигналы.
- Подключение к источнику питания 4,5 В.
Требуемое питание этой схемы 4,5 В. Эти 4,5 В поступают на контакты 8 и 4. Контакт 1 заземлен.
- Расчет сети RC.
Используйте формулу F= 1/2πRC.