Электрификация

Справочник домашнего мастера

Генератор сигналов своими руками на микроконтроллере

РадиоКот >Конкурсы >Поздравь Кота по-человечески 2017! >

Теги статьи: Добавить тег

Универсальный генератор сигналов

Integrator
Опубликовано 20.09.2017
Создано при помощи КотоРед.

Однажды, доставая из коробки кусок макетной платы с запутанными проводами и припаянной к ней NE555, я понял что мне нужен нормальный генератор сигналов. Хотелось получить одновременно и хорошую функциональность и простоту схемы с использованием доступных компонентов. В интернете нашлось несколько интересных схемных решений. Однако при ближайшем рассмотрении у всех выявились свои недостатки. В итоге было решено сделать свой собственный генератор, с максимально — возможным числом функций, дабы хватило если не на все, то на большую часть потребностей.

От аналогичных устройств собранных на основе AVR контролеров отличается широким выбором генерируемых сигналов, более доступными и дешёвыми компонентами и однополярным питанием. Конечно, он не сравниться с заводскими приборами, но может оказаться полезен в домашней лаборатории.

Характеристики.

Форма сигнала:

  • синус
  • треугольник
  • пила
  • обратная пила
  • ЭКГ
  • шум
  • меандр
  • высокая частота
  • ШИМ (прямоугольник с рег. скважностью)
  • импульсы специальной формы
  • ТВ сигнал(полосы)

Частота:

  • Синус, треугольник, пила, обратная пила, ЭКГ: 1Гц — 111.1КГц
  • Меандр: 1Гц — 500.0Кгц
  • Меандр(высокая частота): 1МГц, 2МГц, 4МГц, 8МГц

ШИМ:

  • 1Гц-99КГц
  • коэффициент заполнения 1% — 99%
  • возможность внешней синхронизации

Импульсы специальной формы:

Напряжение питания 12В
Амплитуда сигнала 0 — 5В
Смещение -3 — 3В
Разрядность ЦАП 8бит
Частота дискретизации 1,78МГц

У генератора имеется 2 выхода — A, D и вход — E. Сигналы в режимах синус, треугольник, пила, обратная пила, ЭКГ, шум, ТВ, pulse выводятся на выход A.

Выход D — цифровой, на него выводятся сигналы в режимах ШИМ, меандр, высокая частота. на выходе имеется защитный резистор.

Вход E используется для запуска режима PULSE и для синхронизации в режиме ШИМ. На входе имеется защитный резистор и стабилитрон, подтяжки к питанию нет.

Все установленные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера после запуска генератора.

Режимы работы.

После включения прибора на дисплее в верхней строке отображается текущий режим работы и состояние(включен или выключен). В нижней строке указываются дополнительные параметры.
При нажатии кнопки реж.(mode) происходит смена режима работы устройства. При нажатии кнопки уст.(set) включается режим установки параметров для текущего режима.
Кнопка вкл./выкл(on/off) запускает или выключает генератор. Переключатель Ф. включает и выключает аналоговый фильтр на выходе A.

Синус (SINE), треугольник (TRIANGLE), пила (SAWTOOH WAVE), обратная пила (RSAWTOOH WAVE), ЭКГ (ECG).
Сигнал выбранной формы генерируется табличным методом. Для перехода в режим ввода частоты нужно нажать кнопку уст. В этом режиме в верхней строке показывается текущая частота, в нижней — шаг устанавливаемого числа. Значение устанавливается кнопками +/-, шаг можно изменить кнопкой реж. По окончанию ввода нужно ещё раз нажать кнопку уст., после чего генератор перейдет в основной режим.

Синус 1КГц, 5В, смещение 1В.

Пила 21КГц.

треугольник 1КГц.

ЭКГ 1Кгц

Шум (NOISE).
Генерирует шум, используется стандартная библиотечная функция rand(), не имеет настраиваемых параметров.

Меандр (SQUAREWAVE).
Генерирует прямоугольные импульсы с коэффициентом заполнения ~50% методом DDS.

Высокая частота (HIGH SPEED).
Генерирует прямоугольные импульсы высокой частоты, с коэффициентом заполнения ~50%. Имеет всего 4 значения частоты: 1МГц, 2МГц, 4МГц, 8МГц.

ШИМ (PWM).
Генерирует прямоугольные импульсы с регулируемым коэффициентом заполнения путем деления тактовой частоты.
В этом режиме есть 3 настраиваемых параметра, переход между ними осуществляется последовательно нажатием кнопки уст.

F — частота устанавливается аналогично предыдущим режимам.

DC — коэффициент заполнения устанавливается в диапазоне 1-99% с шагом в 1% кнопками +-.

ШИМ 21КГц, 80%.

EXT SYNC — внешняя синхронизация может иметь 3 значения, которые выбираются кнопками +- :

  • NO – отсутствует, генератор будет работать все время после нажатия кнопки вкл.
  • HIGH – генератор будет работать при наличии высокого уровня на входе E.
  • LOW — генератор будет работать при наличии низкого уровня на входе E.

ШИМ 21КГц, 80%, внешняя синхр. E=H.

Импульсы специальной формы (PULSE).
Позволяет генерировать импульсы с заданным периодом линейного нарастания/спада уровня сигнала. Имеет 6 настраиваемых параметров.

Trise — период нарастания импульса 2 — 1000000мкс;
Ton — период высокого уровня 2 — 1000000мкс;
Tfall — период спада импульса 2 — 1000000мкс;
Toff — период низкого уровня 2 — 1000000мкс, устанавливаются кнопками +-, шаг выбирается кнопкой реж.

Trise=Ton=Tfall=Toff=100мкс, N=ND

N – число импульсов, устанавливается кнопками +-, шаг выбирается кнопкой реж.

  • Диапазон 1 — 65535, после запуска генератор выдаст установленное количество импульсов на выход A.
  • ND – не определено, генератор будет работать все время после нажатия кнопки вкл.

Trise= 3мкс,Ton=Tfall=Toff=100мкс, N=3

TRIGGER — запуск генератора внешним импульсом на входе E. Значения, выбираются кнопками +- :

  • NO – отсутствует, генератор будет работать все время после нажатия кнопки вкл.
  • RISE – после нажатия кнопки вкл. генератор запустится только по фронту импульса на входе E. Во время ожидания в верхней строке дисплея будет показываться W:R
  • FALL — после нажатия кнопки вкл. генератор запустится только по спаду импульса на входе E. Во время ожидания в верхней строке дисплея будет показываться W:F

ТВ (TV).
Генерирует аналоговый видеосигнал — вертикальные полосы. Для правильной работы нужно установить смещение на 0В, амплитуду 5В. Выход A подключается к видеовходу телевизора.

Сброс установок.

Может понадобиться, если у вас не прошилась EEPROM или в процессе настройки случился какой-то коллапс и теперь прибор показывает что-то страшное. Для сброса установок в обесточенном генераторе зажимается кнопка уст.(set), затем подается питание и не отпуская кнопку ждем 5сек. После этого настройки в EEPROM перезаписываются на дефолтные.

Схема.

Вся цифровая часть реализована в микроконтроллере Atmega8A, работающим на частоте 16МГц. К микроконтроллеру подключен резистивный R2R ЦАП, выдающий аналоговый сигнал. С выхода ЦАП сигнал поступает на буферный усилитель на U2B. После чего проходит через активный НЧ фильтр 2 порядка, собранный по схеме Баттерворта на U2A, с частотой среза 300КГц. Фильтр рассчитывался в онлайн калькуляторе от AD.

Переключатель SW5 позволяет выбирать, снимать сигнал непосредственно с повторителя или прошедший через НЧ фильтр. Далее в схеме стоит инвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 0 — 0.5. Такой коэффициент выбран неслучайно. Дело в том что, нижнее напряжение питание ОУ TL082 должно быть на 1,5В ниже выходного. Т.е. при амплитуде в 5В, питание должно быть -6.5В, что потребовало бы изменение в схеме преобразователя напряжения. Затем сигнал поступает на второй инвертирующий усилитель, который сдвигает уровень относительно напряжения смещения, регулируемое резистором RV1. А также восстанавливает амплитуду сигнала, которая была уменьшена ранее в U3B.

Сигналы в режимах ШИМ и меандр(высокая частота) генерируются таймером-счетчиком микроконтроллера, путем деления тактовой частоты. В режиме меандр — программным методом DDS.

Для экономии портов в/в дисплей подключен по схеме только на запись, с заземленным выводом RW. Линии D4 – D7 имеют двойное назначение, помимо передачи данных в дисплей, к ним подключены кнопки управления. Для избежания к.з., при одновременном нажатии кнопки и передачи данных, установлены защитные резисторы. Передача данных и чтение состояний кнопок происходит последовательно.

Также на плате имеются контактные штыри линий Rx, Tx, на которые выведен программный UART 19200 8b1. В текущей версии прошивки этот интерфейс работает только на вывод.

По линии V_GEN контроллер выдает прямоугольные импульсы частотой ~20КГц, которые поступают на преобразователь напряжения. Он генерирует -5,6В, необходимое для питания операционных усилителей.

Немного теории.

В генераторе используется метод прямого цифрового синтеза частоты(DDS). За основу был взят алгоритм из прибора AVR DDS signal generator V2.0 и доработан. В частности, заменив чтение табличных значений из флэш на буфер в оперативной памяти, удалось сократить время рабочего цикла на 1 такт. Что привело к увеличению частоты дискретизации с 1.6 до 1.78МГц. На его основе был написан алгоритм генерации прямоугольника и импульсов с произвольным временем линейного нарастания — спада.

Простейший цифро-аналоговый генератор на МК делается довольно легко.
Берется таблица значений аналогового сигнала(например синусоида) за 1 период. И последовательно выводится в порт МК к которому подключен ЦАП. Частота выходного сигнала будет равняться:

FOUT = FCLK / C;
FCLK – частота с которой происходит вывод в порт(частота дискретизации),
C – число значений в таблице.

Основным недостатком этого метода является неудовлетворительная способность к перестройке по частоте. Поскольку частота дискретизации испытывает деление на целое число, шаг перестройки будет переменным, причем, чем меньше коэффициент деления, тем больше относительная величина шага.

При прямом цифровом синтезе частота дискретизации остается постоянной. В алгоритм вводиться специальная переменная, которая хранит текущее значение фазы сигнала, называемая аккумулятором фазы. В конкретном примере его размер составляет 24 бита.
Основной код алгоритма написан на ассемблере:

;в регистр Z загружается адрес буфера в ОЗУ, содержащий таблицу из 256 значений одного периода генерируемого сигнала
;для правильной работы алгоритма адрес буфера должен быть выровнен на 0x100h, т. е. начинаться с 0xXX00h
;в данном случае буфер находиться по адресу 0x0100
ldi zh, 0x01
ldi zl, 0

;регистры r18, r19, zl составляют 24битный фазовый аккумулятор
;старшие 8 разрядов также являются индексом в таблице сигнала
eor r18, r18 ;обнуление аккумулятора
eor r19, r19 ;обнуление аккумулятора

;в регистрах r22, r23, r24 находиться 24битное значение приращения фазы — M

1:
add r18, r22 ;сложение аккумулятора с М
adc r19, r23 ;сложение аккумулятора с М
adc zl, r24 ;сложение аккумулятора с М
ld r0, z ;загрузка значения из таблицы по адресу Z
out _SFR_IO_ADDR(R2RPORT), r0 ;вывод значения в ЦАП
sbic _SFR_IO_ADDR(BTN_PIN), START ;условие для прерывания цикла,если кнопка нажата выходим
rjmp 1b ;прыжок на начало цикла

В цикле, который крутится с заранее известной частотой FCLK, к аккумулятору фазы прибавляется некоторое постоянное число которое называется приращением фазы – M. При этом значение аккумулятора увеличивается с постоянной скоростью, а его старшие 8бит используются как индекс в таблице аналоговых значений сигнала. Период переполнения аккумулятора будет равен одному периоду генерируемого сигнала. При этом сам период может быть не кратным значением тактовой частоты, см. график.

FOUT = M * FCLK/N
где FOUT – выходная частота,
FCLK – частота дискретизации,
M – приращения фазы,
N – максимальное значение аккумулятора фазы.

частота дискретизации равна
FCLK = F_CPU/NUM_CYCLES
,где F_CPU тактовая частота процессора — 16Мгц
,NUM_CYCLES — число машинных тактов за один проход цикла — 9
FCLK = 16000000/9 = 1777777Гц

Минимальная частота сигнала будет при M = 1
FMIN = 1 * 1777777 / 2^24 = 0,105Гц, и она же является шагом изменения частоты.

Значение приращения фазы для требуемой частоты можно рассчитать так:

M = FOUT * N / FCLK

С увеличением частоты уменьшается количество выборок и форма сигнала упрощается, появляются ступеньки. Поэтому максимальная частота ограничена 111.1КГц, при которой ещё более-менее сохраняется форма сигнала. Также для уменьшения ступенек в схему добавлен аналоговый фильтр на 300КГц.

Алгоритм генерации меандра методом DDS принципиально особо не отличается. Отличие только в том, что сигнал генерируется ногодрыгом, а не через ЦАП. Уровень на выводе порта МК просто инвертируется после переполнения аккумулятора фазы.

ldi zh, 1<<HSPIN;Загружаем в zh маску вывода

И формулы немного изменятся:
FOUT = M * FCLK/(2*N);

M = FOUT * 2 * N / FCLK

Такой способ генерации прямоуголного сигнала имеет большую точность установки частоты, нежели простое деление таймером-счётчиком(которое используется в режиме ШИМ). Однако в сигнале постоянно присутствует дрожание фронтов(джиттер) из-за несогласованности фазы с частотой дескретизации.

Ну надеюсь кто-нибудь что-нибудь поймет из моего сумбурного объяснения.

Прошивка.

Помимо файла программы, необходимо также прошить EEPROM.
Фьюз биты: LOW = 0xFF, HIGH = 0xD9.
Будьте осторожны, при последующей прошивке контроллер без кварца может не определяться прошивальщиком!

Сборка, настройка.

Для R2R ЦАП желательно брать резисторы из одной партии, или выбирать при помощи мультиметра, так чтобы их сопротивлению отличалось не более чем на 0.5%. К статье приложена обновленная печатная плата, она отличается от той что на фото в корпусе.

На новой ПП предусмотрены площадки под SMD резисторы, чтобы народ не мучался высверливая дополнительно 48 дырок.
После включения первым делом нужно проверить наличие всех питающих напряжений, особенно -5.6В, на выводах ОУ. Далее подстроечным резистором RV3 нужно добиться, чтобы на крайних выводах резистора RV1 напряжение было примерно равно -1В и 1В. На этом, собственно, настройка окончена.

Корпус.

Корпус прибора склеен из 4мм фанеры. Лучше для этого использовать шлифованную фанеру, так как она более ровная и имеет меньше дефектов. Все детали корпуса выпилены вручную лобзиком.

При наличии ЧПУ станка всё делается гораздо проще, но если кто надумает сделать вручную, хочу дать несколько советов.

Сначала в САПР или вручную, на листе в клетку, рисуются детали будущего корпуса в натуральную величину. Следует продумать размещение дисплея и ручек управления, и остальных деталей. Шипы соединения по краям деталей не стоит делать слишком узкими, иначе при склейке подгонять замучаетесь. Оптимальная ширина шипов/пазов для 4мм фанеры 15 — 25мм. После чертеж переносится на фанеру, особое внимание следует уделять геометрии, чтобы не было перекосов и все углы были прямыми. Затем высверливаются или выпиливаются внутренние отверстия, и только потом выпиливается сама деталь.

Чтобы избежать при сверлении больших отверстий сколов и задиров шпона следует юзать только острые сверла. Предварительно просверлить по центру отверстие малого диаметра, и сильно не давить при подаче.

После того, как все элементы корпуса выпилены, наступает самый нудный и ответственный момент, от которого зависит итоговый вид корпуса. Нужно подогнать шипы/пазы на соединяемых деталях. Делать это лучше узким плоским напильником. Положив деталь на основание с плоской кромкой(кусок ДСП например), так чтобы пазы оказались на одном уровне. В итоге детали должны хорошо прилегать друг к другу с минимальными зазорами.

Для склейки лучше всего подходит клей ЭДП(эпоксидка), т. к. он заполняет щели и не дает усадку после затвердевания. Но я клеил обычным канцелярским ПВА-М, результат оказался неплохим. Только не используйте обычный строительный ПВА, он гораздо жиже и прочность склейки оставляет желать лучшего.

Когда клей высохнет, плоским напильником нужно сточить выступающие части шипов на гранях получившейся коробки. Если к этому моменту на поверхностях всё-же появились сколы древесины, то ничего страшного, их можно просто зашпаклевать смесью клея и опилок. После обработки напильником и шлифовки наждачкой эти места будут почти незаметны.

Надписи на корпусе сделаны путем переноса распечатанных на лазерном принтере изображений на водный акриловый лак.

Изначально я пробовал переводить изображения с бумаги при помощи утюга, как в технологии ЛУТ. Однако из-за плохой теплопроводности дерева тонер практически не прилипал к поверхности корпуса. В итоге после нескольких экспериментов был подобран способ обеспечивающий более-менее приемлемый и главное повторяемый результат.

Для начала поверхность корпуса нужно подготовить, убрать пыль сухой кисточкой и покрыть одним слоем лака. После высыхания фанеру нужно обработать мелкой наждачкой прямо по лаку. Это необходимо, чтобы убрать ворсистость появившуюся после намокания дерева.

На листе бумаги с непромокаемым покрытием( я использовал подложку от самоклейки) были распечатаны отзеркаленные версии переносимых изображения. Бумага для печати должна быть с идеально гладкой поверхностью. Любые дефекты, такие как перегибы или царапины плохо скажутся на результате. Тонер с поверхности бумаги либо не приклеится к фанере, либо приклеится сама бумага.

Далее в месте приклеивания на корпус с избытком наносится лак. И на него ложится лист с распечаткой и тщательно разглаживался. Избыток жидкого лака убирается кисточкой или салфеткой. После высыхания бумага должна легко отклеиваться, а все изображения вместе с лаком остаться на дереве.
Если результат окажется неудовлетворительным, то надписи можно аккуратно удалить при помощи ватной палочки смоченной в ацетоне. А затем повторить процедуру.

Если после высыхания где-то образовались наплывы из лака, то их нужно заровнять мелкой наждачкой.

После нанесения всех изображений корпус покрывается последним слоем лака.

По поводу износостойкости таких переведённых изображений пока сказать ничего не могу. Ногтем ничего не стирается. Вероятно всё зависит от используемого лака.

Подходящих кнопочных толкателей для корпуса найти не удалось. Поэтому были сделаны самодельные из корпусов старых советских электролитических конденсаторов и отрезков коаксиального кабеля. Современные китайские конденсаторы для препарирования непригодны, так как сделаны из очень тонкого алюминия и легко мнутся. Кабель должен быть прямым и достаточно жестким, я использовал антенный, диаметром 5мм.

Сначала острым канцелярским ножом конденсатор разделяется на 2 части, вся начинка выбрасывается. Получившийся стакан промывается растворителем, для удаления грязи, надписей и остатков электролита.
Из куска кабеля вытаскивается внутренний изолятор с оплеткой и режется на куски. В стакан (полученный ранее) наливается термоклей и, пока он не затвердел, по центру вставляется отрезок внутренней изоляции от кабеля. Для того чтобы толкатель не вываливался из корпуса, на получившеюся конструкцию одевается отрезок внешней изоляции с шайбой подходящих размеров. Длина внешней изоляции должна быть больше чем внутренней, чтобы толкатель не сваливался со штока кнопки.

Плата крепиться к задней крышке корпуса. Сама крышка притягивается к передней части при помощи винтов М3 и шестигранных стоек. Стойки крепятся снизу винтами с потайной головкой. Вместо ножек я использовал пластиковые набойки, которые применяются для обтяжки мебели.

В заключении.

Надеюсь кому-нибудь моя статья пригодиться.

А кота хочу поздравить и пожелать побольше свежего контента с колбасой!

Ссылки на используемые источники:

Содержание

Схема DDS-генератора сигналов

Данный функциональный DDS-генератор сигналов собран на микроконтроллере AVR, обладает хорошей функциональностью и имеет амплитудный контроль.

Данный генератор базируется на алгоритме DDS-генератора Jesper, программа была модернизирована под AVR-GCC C со вставками кода на ассемблере. Прибор имеет два выходных сигнала: первый — DDS сигналы, второй — высокоскоростной (1–8МГц) «прямоугольный» выход, который может использоваться для оживления МК с неправильными фузами и для других целей.
Высокоскоростной сигнал HS (High Speed) берется напрямую с микроконтроллера Atmega16 OC1A (PD5). DDS-сигналы формируются с других выходов МК через резистивную R2R-матрицу и через микросхему LM358N, которая позволяет осуществить регулировку амплитуды (Amplitude) сигнала и смещение (Offset).
Смещение и амплитуда регулируются при помощи двух потенциометров. Смещение может регулироваться в диапазоне +5В…-5В, а амплитуда — 0–10В. Частота DDS-сигналов может регулироваться в пределах 0–65534 Гц, этого более чем достаточно для тестирования аудио-схем и других радиолюбительских задач.

Основные характеристики DDS-генератора сигналов и конструктивные особенности

  • простая схема с распространенными и недорогими радиоэлементами;
  • односторонняя печатная плата;
  • встроенный блок питания;
  • отдельный высокоскоростной выход (HS) до 8МГц;
  • DDS-сигналы с изменяемой амплитудой и смещением;
  • DDS-сигналы: синус, прямоугольник, пила и реверсивная пила, треугольник, ЭКГ-сигнал и сигнал шума;
  • 2х16 LCD экран;
  • интуитивная 5-ти кнопочная клавиатура;
  • шаги для регулировки частоты: 1, 10, 100, 1000, 10000 Гц;
  • запоминание последнего состояния после включения питания.

На представленной ниже блок-схеме приведена логическая структура функционального генератора:

Как вы можете видеть, устройство требует наличия нескольких питающих напряжений: +5В, -12В, +12В. Напряжения +12В и -12В используются для регулирования амплитуды сигнала и смещения. Блок питания сконструирован с использованием трансформатора и нескольких микросхем стабилизаторов напряжения:

Блок питания собран на отдельной плате:

Если самому собирать блок питания нет желания, то можно использовать обычный ATX БП от компьютера, где уже присутствуют все необходимые напряжения.

  • Смотрите также схему измерителя емкости конденсаторов

Все действия отображаются через LCD-экранчик. Управление генератором осуществляется пятью клавишами.

Клавиши вверх/вниз используются для перемещения по меню, клавиши влево/вправо — для изменения значения частоты. Когда центральная клавиша нажата, начинается генерирование выбранного сигнала. Повторное нажатие клавиши останавливает генератор.
Система меню генератора:

Для установки шага изменения частоты предусмотрено отдельное значение. Это удобно, если вам необходимо менять частоту в широких пределах. Генератор шума не имеет каких-либо настроек. Для него используется обычная функция rand(). Высокоскоростной выход HS имеет 4 режима частоты: 1, 2, 4 и 8 МГц.

  • Смотрите также, как сделать пробник напряжения

DDS-генератор сигналов — схема, плата, радиоэлементы

Схема функционального генератора простая и содержит легкодоступные элементы.

Что касается списка необходимых радиоэлементов для БП:
Список радиоэлементов для основной платы:
Плата:

Функциональный генератор собран в пластиковом боксе:
Тестовый запуск:

Программное обеспечение DDS-генератора сигналов

Как уже говорилось выше, в основе своей программы использован алгоритм DDS-генератора Jesper. Было добавлено несколько строчек кода на ассемблере для реализации остановки генерирования. Теперь алгоритм содержит 10 ЦПУ циклов, вместо 9.
void static inline Signal_OUT(const uint8_t *signal, uint8_t ad2, uint8_t ad1, uint8_t ad0){
asm volatile( «eor r18, r18 ;r18<-0? «\n\t»
«eor r19, r19 ;r19<-0? «\n\t»
«1:» «\n\t»
«add r18, %0 ;1 cycle» «\n\t»
«adc r19, %1 ;1 cycle» «\n\t»
«adc %A3, %2 ;1 cycle» «\n\t»
«lpm ;3 cycles» «\n\t»
«out %4, __tmp_reg__ ;1 cycle» «\n\t»
«sbis %5, 2 ;1 cycle if no skip» «\n\t»
«rjmp 1b ;2 cycles. Total 10 cycles» «\n\t»
:
:»r» (ad0),»r» (ad1),»r» (ad2),»e» (signal),»I» (_SFR_IO_ADDR(PORTA)), «I» (_SFR_IO_ADDR(SPCR))
:»r18?, «r19?
);}
Таблица форм DDS-сигналов размещена во флэш памяти МК, адрес которой начинается с 0xXX00. Эти секции определены в makefile, в соответствующих местах в памяти:
#Define sections where to store signal tables
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection1=0x3A00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection2=0x3B00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection3=0x3C00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection4=0x3D00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection5=0x3E00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection6=0x3F00
Библиотеку для работы с LCD, а также последнюю версию ПО, файлы EagleCAD и Proteus можно скачать ниже.
Файлы для скачивания: dds-generator.rar

Тестирование DDS-генератора сигналов

Генератор был протестирован с осциллографом и частотомером. Все сигналы хорошо генерируются во всем диапазоне частот (1–65535 Гц). Регулирование амплитуды и смещения работает нормально.

  • Возможно вас также заинтересует электрическая схема генератора синусоиды

Видео о сборке DDS-генератора своими руками:

Когда-то в был описан управляемый генератор прямоугольных колебаний TTL-уровня на микроконтроллере ATTiny2313. Он мог вырабатывать 31 фиксированную частоту (от 0,1 Hz до 4 MHz), имел очень простую схему и управлялся подачей двоичного кода на управляющие входы. В зависимости от логического уровня на пяти управляющих разрядах, генератор вырабатывал одну из предустановленных в его программе частот, номер которой задавался подключением этих управляющих входов к «земле» или к шине питания. Скорее всего, данная схема создавалась не как самостоятельное устройство, а как составная часть, модуль для использования в других разработках (например, в качестве задающего генератора в частотомерах, часах, елочных гирляндах и т.п.) — отсюда, видимо, и не совсем удобный способ управления — должно быть, автор схемы предположил, что частоту установят один раз, на этапе проектирования готового устройства, в состав которого будет входить его схема.

Меня же данная схема заинтересовала в качестве простенького лабораторного генератора. Конечно же, это не альтернатива серьезным приборам промышленного изготовления, но кое-где и такой «микроконтроллерный мультивибратор» пригодиться может (особенно учитывая его простоту, точность и дешевизну) — к примеру, он отлично подойдет для калибровки частотомеров и в аналогичных случаях, когда надо отъюстировать какую-нибудь шкалу; его можно использовать во время экспериментов с цифровыми схемами или выходными каскадами импульсных БП; для проверки трансформаторов и катушек зажигания (подключив их к мощному источнику тока через соответствующий транзисторный ключ), различных фильтров и т.п. Да и убеждаться в работоспособности только что собранного УНЧ безопаснее, подавая на его вход сигнал от такого вот самодельного генератора, а не с любимого MP-3 плеера или «планшета» — в случае ошибок в монтаже (например, если на вход УНЧ просочится напряжение питания), в худшем случае будет разрушен копеечный выходной транзистор, а не дорогая «игрушка».

Но описанная схема имела ряд недостатков, затрудняющих ее использование в качестве лабораторного прибора: во-первых, это уже упомянутое неудобство управления (кнопки в данном случае оказались бы уместнее); во-вторых — отсутствие какой-либо индикации выбранного режима; в-третьих — отсутствие среди выходных частот сетевой (50 Hz), которая бывает нужна при работе с трансформаторами или сетевыми фильтрами; и в-четвертых — нерегулируемый уровень выходного напряжения (что бывает нужно при испытаниях тех же УНЧ). Поэтому, используя приведенную в схему как «техническое задание», я разработал новое устройство и «прошивку» к нему, отвечающие приведенным выше требованиям. Получившаяся схема представлена на рис.1.

Рис. 1 — Принципиальная схема генератора.

Как и в оригинале, это генератор, вырабатывающий прямоугольные колебания стабильной частоты с периодом 1:1 (т.е., меандр с 50%-заполнением), но количество генерируемых частот увеличено до 42. Значения большинства вырабатываемых частот отличаются от тех, что были в ; вдобавок уменьшено количество частот менее 1 Hz, необходимость в которых возникает довольно редко. Список всех частот, генерируемых прибором, приведен в табл.1 (в конце статьи).

Основой схемы является распространенный микроконтроллер ATTiny2313, тактовая частота которого стабилизирована кварцем на 10 MHz, что обеспечивает минимальную погрешность выходного сигнала. Выходные импульсы формируются за счет деления тактовой частоты МК при помощи 16-разрядного внутреннего таймера-счетчика T1, работающего в режиме «сброс при совпадении», они аппаратно выводятся на контакт 15 микросхемы. Внутренний 8-разрядный таймер-счетчик T0, также работающий в режиме «сброс при совпадении», формирует интервалы переключения разрядов индикатора HG1, реализуя тем самым динамическую индикацию. Выходами динамической индикации являются линии PB0 и PB1 МК, они усиленны транзисторными ключами на VT1 и VT2.

Сформированный выходной сигнал с вывода 15 МК подается на усилитель тока, который собран на транзисторе VT3, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Применение усилительного каскада позволило развязать выход МК от нагрузки и защитить его от неожиданностей (например, от КЗ или от подачи напряжения на выход устройства). Переменным резистором R12 можно регулировать уровень выходного сигнала — от нуля до практически напряжения питания. Резистор R13 ограничивает ток через транзистор на безопасном уровне (ок. 125 mA), предохраняя последний от выхода из строя при КЗ в нагрузке. Резистор R14 «подтягивает» выход к потенциалу «земли» — это необходимо, в первую очередь, для работы с цифровой логикой: известно, что отсутствие какого либо напряжения на своем входе (а при лог.0 на выводе 15 МК транзистор VT3 закрыт, и напряжение на его эмиттере отсутствует) большинство цифровых микросхем интерпретируют как лог.1. Резистор R14 «подтягивает» выход устройства к «земле» в те моменты, когда VT3 закрыт, что уверенно распознается подключенными к этому выходу цифровыми микросхемами как лог.0. Устройство имеет возможность отключать выходной сигнал кнопкой S1. В таком состоянии импульсы на выводе 15 отсутствуют, транзистор VT3 закрыт, на выходе устройства постоянно присутствует лог.0. Повторное нажатие S1 снова включает выходной сигнал. Светодиод HL1 является индикатором наличия выходных импульсов.

Устройство питается от стабилизированного источника питания напряжением 3,5-5 V. Если необходимо запитать прибор от источника с напряжением, превышающим 5 V (например, от «Кроны» или БП от игровой приставки), то в схему необходимо ввести стабилизатор с соответствующим выходным напряжением — например, интегральный, на микросхеме типа 7805, или параметрический, на стабилитроне и транзисторе. Диод VD1 защищает схему от случайной переполюсовки питания — он может быть любым, на ток не менее 150 mA (лично я для этого использую «раритетные» Д226 или Д7 из старых запасов — надо же их куда-то девать:)). Диод можно и не ставить, если конструкция разъема питания исключает переполюсовку (или если вы уверенны, что не ошибетесь при подключении питания). При желании можно также добавить и выключатель питания.

Алгоритм работы с устройством следующий: при включении питания импульсы на выводе 15 МК отсутствуют, светодиод HL1 не горит, на табло HG1 отображается номер выбранного режима. Для того чтобы на выходе прибора появились импульсы, необходимо нажать на кнопку S1, после чего загорится HL1, сигнализируя о появлении импульсов на выводе 15 МК. Повторное нажатие на S1 снова отключит выходной сигнал (т.о. S1 работает по принципу триггера). Переключать режимы работы устройства можно как при включенном, так и при выключенном кнопкой S1 выходном сигнале. Кнопка S2 увеличивает, а S3 уменьшает номер режима. Режимы переключаются по кругу — после режима №42 (5 MHz) следует режим OF (отсутствие выходного сигнала); еще одно нажатие на S2 включит режим №1 (0,5 Hz). Кнопка S3 ведет себя аналогично, только переключает в обратную сторону (№1-OF-№42). Значение выбранного режима запоминается в энергонезависимой памяти (EEPROM), поэтому при следующем включении прибора активным будет тот режим, в котором прибор работал перед выключением питания. Состояние выхода не запоминается — при каждом включении питания выходной сигнал всегда отсутствует — это сделано для защиты схемы, которая будет подключаться к генератору, от всякого рода случайностей: сначала нужно установить необходимый режим и минимальное выходное напряжение, а лишь затем включать выходной сигнал кнопкой S1.

Прошивка для МК была написана на чистом ассемблере (при помощи бесплатно распространяемой среды AVR Studio-4 от фирмы-производителя данного чипа), благодаря чему занимает в его флэш-памяти всего 602 байта. Установка fuse-ячеек в программе PonyProg приведена на рис.2. (Внимание! Если используется последовательное программирование, то не трогайте биты SPIEN и RSTDISBL — они должны быть такими же, как и у нового MK — в противном случае дальнейшее перепрограммирование МК будет недоступным! Просто, перед программированием считайте fuse-ячейки «свежего» МК (Security and Configuration Bits -> Read), и при записи новых значений оставьте биты SPIEN и RSTDISBL такими, какими они были прочитаны.)

Рис.2 — Установка Fuse-ячеек в программе PonyProg.

Резисторы, используемые в устройстве — малогабаритные, мощностью 0,125 Вт (кроме R13 — он на 0,25 Вт); их сопротивление может отличаться от указанного в довольно широких пределах. Все транзисторы устройства работают в ключевом режиме, поэтому могут быть любыми маломощными, структуры NPN — как отечественными, так и зарубежными. Важно лишь, чтобы VT3 мог уверенно работать на максимальной выходной частоте прибора (5 MHz). В качестве HG1 можно использовать любой сдвоенный семисегментный индикатор для динамической индикации с общими анодами. Если нет сдвоенного, то HG1 вполне можно собрать и на двух одинарных индикаторах, вплоть до «древних» АЛСххх — главное, чтобы общим выводом для всех сегментов был анод. Светодиод HL1 — любой, который не жалко:). Все кнопки — подпружиненные, без фиксации. Выходной разъем — типа «Азия».

Рис.3 — Устройство подключено к осциллографу.

Рис.4 — Внешний вид устройства.

Рис.5 — Выходной сигнал на экране реального осциллографа.

Внешний вид генератора, подключенного к осциллографу, показан на рис.3 (слева — блок питания, он на 9В (от приставки типа Dendy), но в его корпус был установлен интегральный стабилизатор типа 7805 — в итоге, на выходе 5В), а так же, на рис.4, осциллограмма выходного сигнала, снятая при помощи осциллографа С1-19Б — на рис.5. «Внутренности» прибора не фотографировал, т.к. собрал его довольно давно и посадил крышку на клей, а разбирать (т.е. ломать) корпус как-то неохота… В качестве корпуса для данного генератора была использована разветвительная коробка для открытой электропроводки, но возможны и другие варианты. Для удобства работы таблицу режимов желательно распечатать и приклеить двухсторонним скотчем к корпусу прибора (у меня она — с обратной стороны, на фото не видна). Микроконтроллер необходимо установить на панельке, чтобы его можно было легко перенести в программатор для записи «прошивки» (разъемов для внутрисхемного программирования ISP я обычно не делаю — перенос микросхемы в панельку программатора лично мне не доставляет никаких неудобств). Тип монтажа может быть любой (вплоть до SMD); я использовал классический — печатный, но рисунок платы не привожу, т.к. она получилась довольно-таки «кривой» (практически, повторяет принципиальную схему); хороший вариант — собрать все на «макетке» с дырочками (размер ~80×80 мм).

Литература:

1. Горчук Н.В. — Генератор с цифровым управлением, ж.»Радиоконструктор», 12-2009, стр.18;

Таблица 1:

СПИСОК РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРА
Частота, Гц Частота, Гц Частота, Гц Частота, Гц
1 0,5 12 25 23 2 000 33 100 000
2 0,625 13 50 24 2 500 34 125 000
3 1 14 62,5 25 5 000 35 200 000
4 1,25 15 100 26 6 250 36 250 000
5 2 16 125 27 10 000 37 500 000
6 2,5 17 200 28 12 500 38 625 000
7 5 18 250 29 20 000 39 1 000 000
8 6,25 19 500 30 25 000 40 1 250 000
9 10 20 625 31 50 000 41 2 500 000
10 12,5 21 1 000 32 62 500 42 5 000 000
11 20 22 1 250 OF — выходной сигнал отсутствует

Прикрепленные файлы:

Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов.

В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.

Однокаскадные преобразователи напряжения

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.

Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.

Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм).

Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора СЗ. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Двухтактные преобразователи напряжения

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.

При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм.

Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2×5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.

Рис. 6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора. Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания.

Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%. Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь по схеме индуктивной трехточки

Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 В.

Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.

Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.

Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12…51 кОм.

Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.

Преобразователь (рис. 8) представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1.

В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.

При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.

Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.

При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.

Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

Преобразователь напряжения с ШИМ управлением

На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9…. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.

При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.

В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).

Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.

Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.

Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В

Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.

Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.

Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения

Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Слаботочный преобразователь напряжения на 440В

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.

Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.

Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.

В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мА.

Преобразователь напряжения для питания фотовспышки

Преобразователь напряжения (рис. 13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

Рис. 13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Преобразователь напряжения ПН-70

Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью.

Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.

Рис. 14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.

Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — ѴТЗ по схеме Дарлингтона.

Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя.

Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя. Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Каждому радиолюбителю желательно иметь определенное количество отработанных схемотехнически решений, которые могут использоваться при создании собственных устройств. Одно из таких решений приведено в этой статье. Основой описываемого генератора является, так называемый, эквивалент однопереходного транзистора на комплементарной паре биполярных транзисторов. Такое соединение транзисторов иногда называют триггером. Подобные триггерные ячейки часто можно встретить и в промышленной аппаратуре, например в телевизионных сенсорных устройствах УОУ-1-15.
Многим радиолюбителям хорошо известен релаксационный генератор на аналоге однопереходного транзистора. Схема его показана на рис.1.Работает он следующим образом: конденсатор С1 заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе в процессе заряда возрастает. При достижении порога включения этого аналога в точке соединения резисторов R2 и R3 формируется отрицательный импульс. Этот генератор формирует очень короткий импульс. Однако путем некоторого усложнения схемы его можно удлинить. Схема доработанного генератора, имеющего возможность регулировать длительность импульса и длительность паузы между импульсами, показана на рис.2.Рассмотрим работу этого генератора. В этом генераторе резистор, через который заряжается времязадающий конденсатор С1, заменен генератором (стабилизатором) тока на полевом транзисторе VT1. Описание этого генератора тока приведено в . Преимущество этого источника тока перед известными заключается в том, что при простоте реализации он обладает высоким выходным сопротивлением, а его ток можно устанавливать в пределах от единиц микроампер до десятка миллиампер подбором резистора R1. При заряде конденсатора С1 от источника тока, напряжение на нем линейно возрастает. Порог включения аналога однопереходного транзистора, собранного на транзисторах VT2 и VT3, определяется делителем напряжения R2R3. При достижении порога включения, транзисторы VT2 и VT3 входят в насыщение, и конденсатор начинает разряжаться через них. При этом потенциал коллектора транзистора VT3 понизится практически до потенциала общей шины, формируя передний фронт отрицательного импульса. Этот фронт передастся через конденсатор С2 на базу транзистора VT4. Транзистор откроется, и на нагрузочном резисторе R7 появится перепад напряжения положительной полярности. Это напряжение через диод VD1 и ограничивающий резистор R6 поступает на базу транзистора VT3, поддерживая его в открытом состоянии.


При заряде конденсатора С2 ток через VT4 изменяется от максимального до минимального значения. На коллекторе этого транзистора формируется спадающий по экспоненте импульс напряжения. Это напряжение задает ток базы транзистора VT3 и, когда ток, протекающий через резистор R6, уменьшится настолько, что будет не в состоянии поддерживать транзистор VT3 в открытом состоянии, аналог однопереходного транзистора закроется. Вслед за ним закроется и транзистор VT4. Конденсатор С1 вновь начнет заряжаться от источника стабильного тока. Время включенного состояния транзистора VT4 определяется постоянной времени цепи R4C2. Как видно из описания, с помощью времязадающей цепи R4C2 можно удлинить формируемый импульс пропорционально постоянной времени этой цепи.
Для подачи на выход схемы, в большинстве случаев, использовать импульс с коллектора транзистора VT4 нельзя, так как он имеет непрямоугольную форму. А вот на коллекторе транзистора VT3 формируется импульс отрицательной полярности прямоугольной формы. Из этой точки схемы через ключ на транзисторе VT5 импульс подается на выход. Для индикации включенного состояния ключа в коллекторную цепь транзистора VT5 включен светодиод HL1. При указанных на схеме номиналах элементов, светодиод будет зажжен 0,9 с, а погашен 0,4 с. При замене конденсатора С2 на 2,2 мкФ, длительность погашенного состояния светодиода увеличится до 0,85 с. Продолжительность зажженного состояния светодиода можно изменять с помощью регулировки величины тока генератора стабильного тока (изменяя величину резистора R1), так и величину конденсатора С1. Также можно изменять и порогом включения аналога однопереходного транзистора с помощью изменения соотношения величин резисторов R2 и R3. Время погашенного состояния светодиода можно изменять, как было отмечено раньше, изменяя величину резистора R4 и конденсатора С2. Светодиод HL1 не является обязательным элементом схемы. Его можно безболезненно заменить перемычкой. При этом для уменьшения потребляемого тока схемой, необходимо увеличить сопротивление R8. Если вместо транзистора VT5, указанного на схеме, использовать мощный составной транзистор и понизить напряжение питания до 12 В, то вместо светодиода HL1 можно включить автомобильную лампу. Тогда схему можно использовать как световой маяк. Схему можно использовать и для формирования микросекундных и миллисекундных импульсов. Для этого надо изменить величины ранее рассмотренных времязадающих радиоэлементов.
Кроме транзисторов, приведенных на схеме, можно применить транзисторы: КТ3107 и КТ3102, ВС557 и ВС547, а также другие пары биполярных транзисторов. Импульсные диоды VD1 и VD2 КД522Б можно заменить импортными типа 1N4148. В схеме можно применить как пленочные, так и многослойные керамические конденсаторы.

Литература
1. Ильин О. Стабилизатор тока на полевом транзисторе с двумя затворами // Радио. — 2011. — №7. — С.36.

Олег Белоусов, г. Черкассы
Источник: Радиоаматор №10, 2014

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

  • 1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
  • 1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
  • 1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

  1. Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
  2. Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
  3. Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
  4. Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
  5. Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

  1. Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
  2. Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
  3. Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

  • мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
  • вычислительные приборы;
  • инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
  • бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
  • измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
  • медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Генератор сигналов

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра)

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:
    • Синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов) (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца (ёмкостная трёхточка) и др.)
    • Прямоугольных импульсов — мультивибраторы, тактовые генераторы
    • Функциональный генератор — прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов
    • Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)
    • Генератор шума

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
    • Стабилизированные кварцевым резонатором — Генератор Пирса
    • Блокинг-генераторы
    • LC-генераторы
    • RC-генераторы
    • Генераторы на туннельных диодах
  • По назначению:
    • Генератор тактовых импульсов

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.

Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты LC-генератор с перекрёстными связями на кольце из двух инверторов

Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2π и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний являются:
1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°,
2. петлевое усиление >1,
3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений.
Необходимость третьего условия.
Петлевой сдвиг фазы и в триггере и в генераторе равен около 360°. Петлевое усиление в триггере почти вдвое больше, чем в генераторе, но триггер не генерирует, так как рабочие точки каскадов в триггере смещены на края диапазона входных значений и эти состояния в триггере устойчивы, а состояние со средней величиной входных значений — неустойчиво. Такой характеристикой обладает компаратор.
В гармоническом генераторе среднее состояние устойчивое, а отклонения от среднего состояния неустойчивые.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

См. также

  • Электронный усилитель
  • Фильтр
  • Автогенератор
  • Генератор, управляемый напряжением
  • Генератор Мейснера (Генератор Армстронга)
  • Генератор Хартли
  • Генератор Колпитца
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Вачкара
  • Генератор Пирса (кварцевый)
  • RC-генератор
  • Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова
  • Измерительный генератор
  • Гетеродин
  • Стабильность частоты

Примечания

Ссылки

Часы

По принципу действия

Солнечные часы • Ноктурлабиум • Водяные часы • Огненные часы • Песочные часы • Механические часы • Кварцевые часы • Электрические часы • Электронные часы • Астрономические часы • Атомные часы

По назначению

Будильник • Секундомер • Таймер • Хронометр • Шахматные часы • Наградные часы

По типу

Башенные часы • Карманные часы • Наручные часы • Напольные часы • Часы с кукушкой • Цветочные часы

Детали и механизмы часов

Гномон · Спусковой механизм часов · Маятник · Генератор сигналов · Кварцевый резонатор · Циферблат

Известные часы

Куранты Московского Кремля · Биг-Бен · Пражские куранты · Башня Зиммера

awwwa ›
Блог ›
Генератор прямоугольных импульсов для промывки форсунок на микросхеме NE555.

Полный размерСхема для промывки форсунок
Не думал, что рисунок, который я нарисовал несколько лет назад, начну встречать в Интернете. На myfielder.ru я его выложил с комментариями, а в народ ушла голая картинка, а отсюда и вопросы.
Не стоит на схему возлагать больших надежд, потому что это просто усовершенствованная кнопка от звонка. Пояснение про кнопку от звонка

•D1,2,3 – диоды 1N4007. Как достаточно распространенные.
•C1,3,4 – конденсаторы керамические 50В. С4 можно поставить электролитический 2,2мкФх25В. Необходимо соблюсти полярность. Конденсаторы можно ставить и с бОльшим напряжением.
•С2 — конденсатор электролитический. При маленькой его емкости питание микросхемы может быть нестабильным, а отсюда и сбои в работе.
•Постоянные резисторы все 0,25 Вт. R1 не менее 1k. Для остальных можно взять и ближайшее значение. R5 просто 20 Ом, а не кОм.
•R3,4 — переменные резисторы. Желательно с линейной характеристикой. На схеме показаны 16К1-В10К и 16К1-В500К.
С платы резисторы вынес специально, потому что это дает возможность подобрать их в других корпусах, да и расположить в какой-нибудь коробке будет проще.
Если не оказалось с номиналом 10к, то можно ставить 5к или 20к. В первом случае время открытого состояния форсунки уменьшится примерно в два раза и, если его окажется мало для полного открытия форсунки, то надо будет увеличить номинал резистора R1. Во втором случае время открытого состояния форсунки увеличится примерно в два раза, и здесь мы выходим из рабочего диапазона форсунки. Это надо будет помнить и не выводить R3 больше чем наполовину.
Если не оказалось с номиналом 500к, то можно ставить 200к или 1М. В первом случае минимальная частота будет примерно 3 Гц и будет зря повышенный расход промывающей жидкости. Во втором случае на минимальной частоте схема может работать неустойчиво, но это не страшно, потому что достаточно R4 не выводить больше чем наполовину.
•Транзистор IRF3710 или IRF3710Z в корпусе ТО220. N-канал, Uси 100В, Iси max 57A. Можно попробовать и с другим Iси. При сильном нагреве установить радиатор. У транзисторов других производителей назначения выводов могут не совпадать.
•NE555 – микросхема-таймер в корпусе DIP-8. Можно попробовать отечественную КР1006ВИ1.
•Панелька SCS-8 под микросхему.

Для режима «Кавитация» необходимо частоту увеличить до 400Гц. Для этого С4 ставим 0,22 мкФ, а R4 скручиваем по часовой в крайнее положение.

Если есть желание использовать оба режима, то можно конденсатор 2,2мкФ подключить через кнопку С фиксацией или через выключатель. В обычном режиме суммарная емкость будет немного больше, но это на работе не отразится.

Регулировка скважности – регулировка времени открытого состояния форсунок. При данных значениях R1,R3 и С4 время будет лежать в рабочем диапазоне форсунок и будет примерно 1,5-20 млСек. При изменении скважности частота будет оставаться неизменной.

Регулировка частоты при данных значениях С4,R4,R2,R3 будет примерно 1-50Гц, что соответствует 120-6000 об/мин двигателя. Форсунка срабатывает 1 раз/сек (1Гц), если коленвал вращается со скоростью 2об/сек, что соответствует 120об/мин. При изменении частоты время открытого состояния форсунок будет оставаться неизменным.

Можно сделать и без регулировок, но тогда автолюбитель лишится возможности что-нибудь покрутить и будет ему постоянно казаться, что быстро или медленно. Интересно было наблюдать, как взрослый дядька 1м 90 ростом, сидя на корточках, в одной руке держал переноску и подсвечивал с обратной стороны колбы, а другой постоянно менял регулировки. И так полчаса.

Узкая мама в термоусадке хорошо подходит для подключения форсунок.
В схеме отсутствует защита от короткого замыкания и от перегрузки, поэтому перед включением желательно проконтролировать сопротивление обмоток форсунок, которое должно быть в районе 14 Ом. Полный размерЭто набросок для печатной макетной платы размером 35х50мм с шагом 2,54мм. Cогласно правой части рисунка, вставить детали, а, согласно левой (для удобства она зеркально повернута), все это соединить. Для коротких дорожек можно использовать вывода самих деталей, а для длинных — медный одножильный лужёный провод. Полный размерСтендом это назвать язык не поворачивается, а вот держателем форсунок можно. Помыли, разобрали, сложили в чемодан и на полку до следующего лета.

Ультразвук моет, а химия делает профилактику. Один раз в жизни форсунку помыть, а дальше делать ей периодические профилактики.

Хотите за 5 минут отмыть то, что маралось 5 лет? Это вопрос на минутное пшикание Карбклинером.

Собрались в гараже в пятницу вечером владелец Филдера, владелец Хонды Stream и владелец Калдины. Форсунки установили на промывку и начали за пивом вести беседы. И спросил я у владельца Хонды: «Владелец Филдера – Филдеровод, а владелец Хонды Stream кто?». Не стал дожидаться и ответил за него: «Стремачи Вы». Стремач немножко обиделся, а владелец КАЛдины сделал вид, что ничего не слышал, и продолжал разглядывать факел распыла.

Генераторы сигнала: схема, принцип действия, устройство и отзывы

Применяются генераторы сигналов при проектировании электронных устройств. Они используются для тестирования радиопередатчиков, приемников, усилителей звуковой частоты. Генератор позволяет создать сигнал с необходимой амплитудой, частотой и периодом. Тем самым происходит имитация сигналов, которые будут поступать на устройство во время работы. Прибор является незаменимым, так как он позволяет протестировать работу любого устройства во всех режимах.

Как выглядят генераторы?

Стандартные генераторы синусоидального сигнала представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки. В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами. На экране указывается вся информация, необходимая при работе.

Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель. Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию. Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.

Самодельные приборы

Можно сделать генератор сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов. В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148. Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.

В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты. Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой. Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.

Генераторы синусоидального сигнала

Синус – это наиболее распространенная форма сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы. Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы. От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.

Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д. Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.

Низкочастотные генераторы

Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры. Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала. Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202. Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.

Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудиоаппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет). Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.

Как работают генераторы звуковой частоты

Но если речь идет о стандартных конструкциях, выполненных на микросхемах, то в них напряжение подается на селектор. Происходит генерация сигнала одной или несколькими микросхемами.

Обычно схема состоит из одной микросхемы, которая задает частоту:

  1. К одному входу подключается кварцевый резонатор, настроенный на определенную частоту.
  2. К другому входу микросхемы подключается переменный резистор (номинал подбирается эмпирическим путем). С его помощью можно производить корректировку колебаний.
  3. Микросхема позволяет увеличить или уменьшить частоту, вырабатываемую кварцем, на любое значение.
  4. Производится прошивка микросхемы (при необходимости), чтобы при вращении ручки регулятора изменялась частота.

Максимальная частота, которую может сгенерировать прибор, зависит от используемой микросхемы и кварца. Значение в 3 ГГц является наибольшим для большинства конструкций. Для уменьшения погрешности устанавливаются ограничители.

Генераторы смешанного сигнала

В стандартной конструкции имеется многоканальный селектор. На передней панели генератора, вырабатывающего сигнал с минимальной частотой 70 Гц, расположено не меньше пяти выходов. Номиналы используемых в конструкции сопротивлений – 4 Ом, конденсаторов – 20 пФ. Генератор выходит на рабочий режим в течение 2,5 секунды.

Обратная частота прибора может регулироваться в более широком диапазоне – до 2000 кГц. При этом частота регулируется с помощью модуляционного устройства. Погрешность прибора (абсолютная) составляет не больше 2 дБ. Для стандартных генераторов сигналов используются преобразователи серии РР201.

Генератор импульсов произвольной формы

У этих приборов имеется одна особенность – у них очень маленькая погрешность. Также конструкция предусматривает тонкую регулировку выходного сигнала – для этого используется шестиканальный селектор. Минимальная частота, вырабатываемая генератором, составляет 70 Гц. Такими генераторами воспринимаются положительные импульсы. В схеме применяются конденсаторы, емкость не меньше 20 пФ. Сопротивление выхода устройства составляет не больше 5 Ом.

Все генераторы сигналов произвольной формы отличаются по параметрам синхронизации. Происходит это из-за типа установленного коннектора. По причине этого нарастание сигнала может происходить за время 15-40 нс. В зависимости от модели генератора в нем может быть два вида режимов – логарифмический и линейный. При помощи соответствующих переключателей их можно менять, что повлечет за собой коррекцию амплитуды. Суммарная погрешность частоты составляет не больше 3 %.

Генераторы сложных сигналов

DDS-генератор сигналов можно назвать конструкцией, которая позволяет получить импульсы сложной формы. В таких конструкциях применяются исключительно многоканальные типы селекторов. Вырабатываемый сигнал обязательно усиливается, а для смены режима работы применяются регуляторы.

Суммарное время нарастания сигнала составляет не больше 40 нс. Чтобы уменьшить время, используются конденсаторы емкостью не больше 15 пФ. Сопротивление выхода устройства составляет около 50 Ом (стандартное значение). При работе с частотой 40 кГц искажение не превышает 1 %. Широко используются такие конструкции генераторов для тестирования радиоприемников.

Встроенные редакторы

Все низко- и высокочастотные генераторы сигналов очень просты в настройке. У них имеется несколько четырехпозиционных регуляторов, позволяющих корректировать значение максимальной частоты. Время перехода на установившийся режим в большей части моделей составляет не больше 3 мс. Такое малое время можно достичь благодаря использованию микроконтроллеров.

Микроконтроллеры монтируются на основной плате, в некоторых конструкциях они съемные – буквально одним движением можно установить новый элемент. В конструкциях со встроенным редактором не устанавливаются ограничители. После селекторов по схеме расположены преобразователи. Иногда в схемах можно встретить синтезаторы. Максимальная частота генерируемого сигнала может составлять 2000 кГц, суммарная погрешность не более 2 %.

Генераторы цифрового сигнала

Вы рассмотрели, как работает генератор звуковых сигналов для тестирования усилителей НЧ. Но в наше время широкая популярность у цифровой техники – различные контроллеры, измерители, которые нуждаются в более тонкой настройке. Коннекторы, используемые в таких генераторах – КР300. В конструкции резисторы имеют сопротивление не меньше 4 Ом. Благодаря этому удается поддерживать большое внутреннее сопротивление всей конструкции.

В генераторах цифровых сигналов применяются трех- и четырехканальные типы селекторов, построенные на микросхеме КА345. В конструкциях происходит импульсная модуляция, так как коэффициент прохождения очень высокий. Широкополосный шум крайне низкое значение имеет – не больше 10 дБ. Данные конструкции позволяют генерировать сигналы прямоугольной формы. Они необходимы для тонкой настройки работы цифровых схем.

Высокочастотные конструкции

Внутреннее сопротивление высокочастотного генератора сигналов около 50 Ом. При этом устройство способно отдавать большую мощность. У высокочастотных конструкций полоса пропускания составляет около 2 ГГц. В схеме применяются постоянные конденсаторы емкостью свыше 7 пФ. Это позволяет поддерживать максимальный ток в цепи до 3 А. Искажения на уровне 1 %.

В высокочастотных генераторах применяются только операционные усилители. В начале и конце цепи монтируются ограничители сигналов. Для работы используются микроконтроллеры из серии РРК211 и шестиканальный селектор. При помощи регуляторов можно установить частоту выходного сигнала – минимальное значение 90 Гц.

Логические сигналы

В конструкции применяются постоянные резисторы, номинал которых не превышает 4 Ом. Благодаря этому выдерживается очень высокое внутреннее сопротивление. Чтобы уменьшить скорость, с которой передается сигнал, используется операционный усилитель. На передней панели в стандартных конструкциях присутствует три выхода, которые соединены с ограничителем полосы пропускания перемычками.

В схеме генератора сигналов применяются переключатели. Чаще используется поворотный тип, позволяющий выбрать один из двух режимов. Такие типы генераторов могут применяться для фазовой модуляции. Максимальный уровень шумов у большинства конструкций не превышает 5 дБ. Девиация (уход) частоты не более чем на 16 кГц. Среди недостатков конструкций такого типа можно выделить большое время нарастания сигнала, так как пропускная способность микроконтроллера очень низкая.

Отзывы о генераторах

Отзывы о простых конструкциях, которые продаются в магазинах, разнообразные. Одни покупатели отмечают, что в генераторах слишком заметны ступеньки (хотя кривая должна быть плавной). Из-за этого нет возможности нормально настроить звуковую технику. Другие покупатели отмечают, что генераторы не работают в одном или нескольких диапазонах. Если необходимо качество и надежность, то приобретите многофункциональный генератор. Он позволит производить настройку любой аппаратуры – от усилителей звуковой частоты до радиопередатчиков сотовых телефонов. Дешевые конструкторы, которых в магазинах достаточно, позволяют производить только грубую настройку техники. Такой генератор сигнала частоту поддерживает хорошо, но вот форма кривой оставляет желать лучшего.

Узнайте, как ваш компьютер может работать в качестве генератора сигналов произвольной формы. В данной статье мы будем использовать Scilab для генерирования цифровых сигналов, которые могут быть преобразованы в аналоговые сигналы с помощью звукового аппаратного обеспечения компьютера.

В последнее время я пишу статьи, которые демонстрируют использование Scilab для различных задач обработки сигналов. Эксперименты с DSP в такой вычислительной среде чрезвычайно удобны; алгоритмы, используемые в системах связи, датчиках и аудиосистемах, могут быть быстро разработаны и усовершенствованы, а сигналы могут быть тщательно проанализированы во временной и частотной областях.

Следующий шаг – расширить всю эту деятельность по обработке сигналов в область реальных сигналов напряжения, и Scilab делает выполнение этого очень простым (я предполагаю, что ваш компьютер может воспроизводить звук). В настоящее время у меня нет доступа к MATLAB, но я предполагаю, что он обеспечивает эквивалентные функциональные возможности, поэтому я надеюсь, что почти всё в этой статье будет актуально и для пользователей MATLAB. Существует еще одна бесплатная альтернатива MATLAB под названием GNU Octave. Я никогда не использовал его, поэтому я был бы признателен за любые отзывы пользователей Octave о том, как в нем реализовать операции преобразования цифры в аналог, обсуждаемые в этой и следующей статьях.

Вероятно, существует довольно много способов использовать эти возможности преобразования Scilab в аналог (или MATLAB в аналог). Один из вариантов использования, который приходит на ум, – это тестирование высокочастотной части беспроводного передатчика путем генерирования модулирующих сигналов основной полосы частот в Scilab и преобразования их в аналоговые сигналы, которые подаются на радиочастотную схему. В данной статье мы остановимся на более общем приложении: использование типового компьютера в качестве генератора сигналов произвольной формы.

Прежде чем перейти к основной части статьи, взгляните на предыдущие статьи по этой теме, чтобы ознакомиться с контекстом обсуждения.

Предыдущие статьи о цифровой обработке сигналов в Scilab

  • Основы цифровой обработки сигналов (ЦОС, DSP) для синусоидальных сигналов с Scilab
  • Как выполнить анализ в частотной области с помощью Scilab
  • Как использовать Scilab для анализа амплитудно-модулированных РЧ сигналов
  • Как использовать Scilab для анализа частотно-модулированных РЧ сигналов
  • Как выполнить частотную модуляцию оцифрованным аудиосигналом с помощью Scilab
  • Цифровая обработка сигналов в Scilab: как удалить шум в аудиозаписи с помощью фильтров обработки звука
  • Обработка звука в Scilab: как реализовать спектральное вычитание
  • Цифровая обработка сигналов в Scilab: как декодировать сигнал частотной манипуляции
  • Цифровая обработка сигналов в Scilab: понятие фазового рассогласования при декодировании частотной манипуляции (FSK)
  • Как использовать I/Q сигналы для создания надежного декодера частотной манипуляции (FSK)
  • Как обработать I/Q сигналы в программно определяемом радиоприемнике (SDR)

Базовая система

Единственное, что вам нужно из дополнительного аппаратного обеспечения, – это аудиокабель с разъемами на обоих концах. Один конец подключается к разъему наушников на компьютере, а второй конец подает сигнал на соответствующую схему (или на осциллограф). На следующей фотографии показано, как я подключил пробник осциллографа Tektronix к аудиоразъему.

Подключение аудиокабеля с выхода компьютера к осциллографу для тестирования генерируемых сигналов

Команда, которую мы будем использовать для генерирования аналоговых сигналов, называется sound(). Её единственный обязательный входной аргумент – это массив чисел, который вы хотите отправить на звуковой цифро-аналоговый преобразователь. Значения в этом массиве должны быть больше или равны –1 и меньше или равны +1. Это удобно, если вы работаете с синусоидальными сигналами, потому что функции sin() и cos() генерирую сигналы в этом диапазоне. Однако, в целом, вам необходимо знать амплитуды вашего сигнала и масштабировать их в диапазон по мере необходимости.

Функция sound() также принимает аргумент для необходимой частоты дискретизации. Если вы не указываете частоту дискретизации, то она использует значение по умолчанию, которое составляет 22,05 кГц.

Пока мы говорим о частоте дискретизации, я должен упомянуть о серьезном ограничении, которое затрагивает любые попытки использовать звуковое оборудование компьютера в качестве генератора сигналов. Это аппаратное обеспечение предназначено для аудиосигналов, и, следовательно, его максимальная частота дискретизации была выбрана в соответствии с качеством звука, которое должно обеспечиваться аппаратным обеспечением. У меня сложилось впечатление, что в настоящее время многие компьютеры поддерживают частоты дискретизации до 192 кГц, но четкую информацию по этому вопросу найти трудно.

Генерирование синусоиды

Давайте начнем с простого примера. Мы сгенерируем синусоиду 441 Гц и рассмотрим некоторые осциллограммы.

SignalFrequency = 441; SamplingFrequency = 22.05e3; Samples_per_Cycle = SamplingFrequency/SignalFrequency; n = 0:(Samples_per_Cycle-1); Signal_OneCycle = sin(2*%pi*n / (SamplingFrequency/SignalFrequency));

Массив n, и следовательно, и массив Signal_OneCycle, имеет длину 50. Период сэмплирования составляет 1/22050 ≈ 45 мкс. Таким образом, один период сигнала длится приблизительно 50 × 45 мкс = 2.25 мс. Я предпочитаю, чтобы общая продолжительность составляла примерно 10 секунд, чтобы у меня было достаточно времени, чтобы посмотреть на сигнал на осциллографе. Следующий цикл for используется для расширения массива Signal_OneCycle до массива, длина которого соответствует требуемой длительности сигнала.

CycleDuration = (1/SamplingFrequency) * length(n); FullSignal = 0; for k=1:(10/CycleDuration) > FullSignal = ; > end

Теперь мы готовы генерировать сигнал. Нам не нужно указывать частоту дискретизации, потому что частота дискретизации, которую я использовал (22,05 кГц) равна значению по умолчанию.

sound(FullSignal)

Следующая осциллограмма показывает сгенерированный сигнал. Внизу мы можете увидеть измерения размаха (пик-пик) сигнала и частоты. Амплитуда сигнала, взятого напрямую с разъема наушников, вероятно, будет достаточной для многих приложений; если вам нужно более высокое напряжение, то будет достаточно простой схемы на операционном усилителе.

Осциллограмма сгенерированной синусоиды

Одним особенно удобным аспектом генерирования аналоговых сигналов таким способом является то, что функция регулировки громкость на компьютере дает вам превосходный контроль над амплитудой сигнала. Следующие осциллограммы дают представление о взаимосвязи между амплитудой сигнала и выставленной на компьютере громкостью.

Влияние регулировки громкости на компьютере на амплитуду генерируемого сигнала. Вариант 1Влияние регулировки громкости на компьютере на амплитуду генерируемого сигнала. Вариант 2Влияние регулировки громкости на компьютере на амплитуду генерируемого сигнала. Вариант 3

Генерирование треугольного сигнала

Следующие команды могут использоваться для генерирования треугольного сигнала. Мы будем использовать ту же частоту (т.е. 441 Гц), то есть длину в 25 выборок.

LowerLimit = -1; UpperLimit = 1; StepSize = (UpperLimit — LowerLimit)/(length(n)/2); UpwardRamp = LowerLimit:StepSize:(UpperLimit — StepSize); DownwardRamp = UpperLimit:-StepSize:(LowerLimit + StepSize); TriangleWave_OneCycle = ; TriangleWave_Full = -1; for k=1:(10/CycleDuration) > TriangleWave_Full = ; > end sound(TriangleWave_Full) Сгенерированный треугольный сигнал

Прежде чем мы закончим, я хочу отметить, что эта система обеспечивает не только удобное управление амплитудой, но и быструю настройку частоты: вы можете изменить частоту аналогового сигнала, не изменяя цифровые значения, а указав другую частоту дискретизации при вызове функции sound(). Например, если указанная частота дискретизации выше исходной частоты дискретизации в 2 раза, то новая частота сигнала будет выше, чем исходная частота, в 2 раза.

sound(TriangleWave_Full, SamplingFrequency*2) Сгенерированный сигнал с частотой вдвое больше исходной частотыsound(TriangleWave_Full, SamplingFrequency/2) Сгенерированный сигнал с частотой вдвое меньше исходной частоты

Мы обсудили простой способ, который использует Scilab (или MATLAB), чтобы превратить обычный компьютер в генератор сигналов произвольной формы. В данной статье представлены команды Scilab для генерирования синусоидального и треугольного сигналов, а в следующей статье мы рассмотрим другие типы сигналов.

Теги

DAC / ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь)DSP / ЦОС (цифровая обработка сигналов)ScilabГенератор сигналов произвольной формы Сохранить или поделиться

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх