Функциональный генератор

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Генераторы НЧ

Опубликовано: 16.11.2018 08:48

Просмотров: 6789

В статье подробно описана конструкция функционального генератора прямоугольных, треугольных и синусоидальных сигналов, предназначенного для проверки и настройки: электронных устройств бытовой техники, импульсных блоков питания, резонансных цепей электрических схем и аналогичной техники.

Предлагаемый генератор относится к измерительным приборам для проверки и настройки различной радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры https://www.minimaks.ru/catalog/, содержащей приемники, усилители, резонансные цепи электронных генераторов, устройства импульсной техники и аналогичных систем, работающих в диапазоне частот 1 Гц - 1 МГц с сигналами прямоугольной, треугольной или синусоидальной форм. Такие генераторы сигналов называются функциональными. Часто в них используется микросхема типа XR-2206CP В Интернете есть различные варианты конструкций функциональных генераторов на указанной микросхеме, но информации по доступной технологии изготовления в любительских условиях их рабочего варианта недостаточно. Многие конструкции не имеют на выходе гальванической развязки, что ограничивает возможности их применения. Китайские производители поставляют полные наборы деталей с печатной платой и корпусом, но при самостоятельном изготовлении получается значительно дешевле и интересней.
Принципиальная схема функционального генератора
Схема данного генератора соответствует datasheet производителя микросхемы XR-2206CP плюс эмиттерный повторитель на высокочастотном транзисторе типа КТ602БМ, что повышает нагрузочную способность генератора и позволяет проверять и настраивать цепи с низким сопротивлением. Принципиальная схема приведена на рис.1. Для переключения диапазонов частот применен джампер SW1, амплитуда треугольных и синусоидальных сигналов на выходе микросхемы (гнездо ХЗ) регулируется переменным резистором R3, а на выходе эмиттерного повторителя (гнездо Х4) амплитуды всех импульсов регулируются резистором R11. Амплитуда прямоугольных импульсов максимальна и не регулируется на гнезде Х2.
Частота сигналов регулируется грубо резистором R7, а плавно - резистором R8. На гнезде Х2, во всех режимах работы, присутствует прямоугольный сигнал для контроля частоты с помощью частотомера. Схема питается от внешнего источника питания, согласно datasheet, с напряжением 10 - 26 В, но схема хорошо работает и при напряжении 9 В, что позволяет питать генератор от батареи «Крона». В авторском варианте генератор может питаться от внешнего блока питания напряжением 9 В и 12 В (гнездо Х1) в зависимости от необходимой величины амплитуды сигнала. Естественно, при напряжении питания 12 В амплитуда сигналов больше.
Технические характеристики генератора при напряжении питания 9 В:
Диапазоны частот:
1. 1 Гц - 100 Гц;
2. 100 Гц - 20 кГц;
3. 20 кГц- 100 кГц;
4. 100 кГц- 1 МГц.
Уровни сигналов:
Прямоугольный сигнал......................................8 В;
Треугольный и синусоидальный сигналы.......0...3 В.
Конструкция и технология изготовления функционального генератора
Схема генератора собрана навесным монтажом на монтажной плате из стеклотекстолита размером 90x60 мм. Размещение деталей на монтажной плате показано на рис.2.

Если его отсканировать и забелить детали, то можно изготовить печатную плату. При этом рисунок платы необходимо увеличить так, чтобы расстояние между отверстиями для панельки микросхемы получились в натуральную величину. Общий размер платы при этом может несколько отличаться от указанного выше, так как рисунок для статьи был сделан после изготовления генератора.
Сначала рисунок монтажа деталей был сделан на миллиметровой бумаге в натуральную величину с общим размером 90х60мм. Этот рисунок был наложен на плату и тонким сверлом, закрепленным в часовой отвертке, были намечены все отверстия.
После этого маленькой электродрелью были просверлены все отверстия диаметром 1.2 мм. В такие отверстия могут входить соединительные проводники и выводы деталей. При такой технологии монтажа сверлятся отверстия также в углах поворота, на длинных участках и на концах соединительных проводников для их закрепления, а также возле выводов панельки микросхемы и джампера для завода концов проводников под низ платы к этим выводам. В местах установки радиодеталей соединительные проводники должны проходить через отверстия с одной стороны платы на другую.

На рис.3 показано соединение радиодетали с проходящим проводником (а), с концом проводника (b) и соединение проводника с ножкой панельки микросхемы (с). В авторском варианте использованы отрезки проводников от витой пары со снятой изоляцией. Перед монтажом соединительные проводники, ножки панельки микросхемы, выводы джампера и радиодеталей тщательно зачищаются и залуживаются припоем не хуже, чем ПОС-60. После этого прокладываются и закрепляются на концах все соединительные проводники, проходя через все отверстия согласно рис.2. Все детали устанавливаются своими выводами в предусмотренные для них отверстия и припаиваются, а лишние части их выводов удаляются кусачками.
После этого изготовляется уголок из алюминия толщиной 1.5 мм и размерами 70x35x10 мм для монтажа внешних деталей. В верхнем ряду крепятся переменные резисторы R3, R7 и R8.
Резистор R3 типа СПЗ-4вМ содержит выключатель питания, резисторы R7 и R8 типа СПЗ-4аМ. В нижнем ряду крепятся гнезда Х1, Х2 и ХЗ типа «Тюльпан». Для удобства монтажа к этим деталям припаиваются проводники для соединения их с монтажной платой. Этот уголок крепится по центру монтажной платы двумя винтами и гайками МЗ, а проводники его деталей припаиваются к выводам монтажной платы согласно рис.2.
В качестве корпуса генератора использована коробочка для дискет из оргстекла. В нижней части коробочки, которая будет передней панелью генератора, размечаются центры отверстий для ручек переменных резисторов и гнезд. Чтобы уголок с резисторами и гнездами плотно прилегал к стенке коробочки, отверстия для ручек резисторов имеют диаметр 16 мм, а для гнезд - 10 мм.
Эта операция очень тонкая и требует тщательности, чтобы не повредить коробочку. Для этого необходимо в центрах отверстий сначала просверлить отверстия диаметром 1,5-2 мм, а потом сверлить перовыми сверлами на малых оборотах. Если не удастся приобрести перовые сверла, их можно изготовить из простой стали, как показано на рис.4.

Толщина пластинок около 2 мм, ширина одной равна 16 мм, а другой - 10 мм. Пластинка вставляется в щель стержня и крепится винтом и гайкой МЗ. Сверло готово к работе. Для крепления платы после сверления отверстий монтажная плата вставляется в коробочку и прижимается к передней стенке. По середине стенки между отверстиями для переменных резисторов сверлится два отверстия диаметром 2.5 мм, проходя через оргстекло и алюминий. Плата извлекается и в алюминиевом уголке нарезается резьба МЗ, а в оргстекле отверстия диаметром 2.5 мм рассверливаются до 3.5 мм.
После этого необходимо установить переключатели SW3 и SW4. В авторском варианте применены переключатели типа ПД1. Для их движков в боковой стенке коробочки лобзиком вырезаны прямоугольные отверстия и просверлены крепежные отверстия. Переключатели крепятся четырьмя винтами и гайками МЗ. После этого плата вставляется в коробочку и крепится винтами. В левом верхнем углу передней панели сверлится отверстие диаметром 4.8 мм, в которое вставляется и подпаивается светодиод согласно рис.2. К плате также подпаиваются контакты переключателей SW3 и SW4. Эмиттерный повторитель собран навесным монтажом на алюминиевой пластинке размером 55x30 мм и закреплен на задней стенке коробочке, как показано на рис.5.

Выводы эмиттерного повторителя подпаиваются к SW3 и монтажной плате согласно рис.2. Размещение деталей собранного генератора показано на рис.6, вид на монтажную плату снизу показан на рис.7.


Настройка генератора
Для проверки работоспособности генератора микросхема XR-2206CP вставляется в панельку, генератор подключается к блоку питания. Частотомер подключается к гнезду змиттерного повторителя Х4, так как применяемый частотомер шунтирует сигнал при подключении к гнезду Х2. Осциллограф подключается к гнезду Х2, на котором всегда должен быть прямоугольный импульс. Проверка начинается с первого диапазона, для чего перемычкой джампера подключается конденсатор СЗ, переменные резисторы устанавливаются в среднее положение. При этом на экране осциллографа должен появиться прямоугольный импульс, что будет свидетельствовать о том, что микросхема рабочая. Это очень важный момент, так как иногда поставщики или продавцы реализовывают нерабочие микросхемы (есть такой опыт).
Если сигнал не появился, необходимо тщательно проверить правильность монтажа и надежность паек. Если все правильно, а сигнала нет, то необходимо заменить микросхему. Лучше одолжить проверенную микросхему, убедиться, что генератор работает, а затем установить свою. Следует также отметить, что рабочие микросхемы одной и той же партии могут отличаться параметрами. Это могут подтвердить конструкции из Интернета, где для одних и тех же диапазонов частот применяются разные конденсаторы и даже появляется пятый диапазон частот.
Когда генератор заработал, резисторами R7 и R8 проверяют границы диапазона. Если они отличаются от заданных, то подбирают наминал конденсатора СЗ. После этого убеждаются в наличии треугольного и синусоидального сигналов. Осциллограф подключают к гнезду ХЗ, а переключатель SW3 ставят в нижнее положение, а переключателем SW4 выбирают синусоиду или треугольник. Резистором R3 регулируют уровень этих сигналов. Бывает, что при увеличении уровня правильной формы сигнала верхняя часть его ограничивается, то есть появляется асимметричное искажение. В микросхеме есть выводы 15 и 16, которые, обычно, в таких схемах не задействуются, но они предназначены для симметрирования сигнала. Если к ним подключить крайние выводы подстроечного резистора величиной 30 кОм, а движок подключить к минусу, то можно устранить асимметрию сигнала.
Не исключается и такой вариант, что асимметрия начинается выше заданной амплитуды 3 В. Причина кроется внутри микросхемы. В этом случае можно увеличить напряжение, подаваемое на резистор R3 путем уменьшения сопротивления резистора R1 или увеличения R4. Минимальная амплитуда получается при закороченном резисторе R3, когда на ножке 3 микросхемы установлено максимальное напряжение, поэтому соединять выводы R3 необходимо так, как показано на рис.2 (в отличие от R7 и R8), чтобы увеличение амплитуды сигналов происходило при вращении ручки R3 по часовой стрелке.
Правильно настроенный генератор с качественной микросхемой XR-2206CP генерирует сигналы хорошей формы с незначительными искажениями.

На рис.8 показан генератор в рабочем режиме. В заключение следует отметить, что для качественной настройки электронных и электрических устройств функциональный генератор сигналов необходимо использовать совместно с хорошим частотомером.

Ссылки
Функциональный генератор
Низкочастотный генератор для радиолюбительской лаборатории
Звуковой генератор на микросхемах DBL5001 (5002)Карманный плеер в роли генератора сигналов Простой НЧ генератор с переключаемой функцией выходных сигналов
Карманный плеер в роли генератора сигналов
РА 7-8'201 8