通用函数发生器。方案、说明

通用函数发生器。无线电电子电气工程百科全书

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在具有扫频功能的MAX038微电路上引入相对简单的函数发生器和标记发生器，将使得在宽频率范围内对各种电子设备进行各种测量、调整和性能监控成为可能。该生成器具有有趣的应用可能性，可以通过将类似的节点引入到其他功能生成器中来获得，其描述已在过去两三年发表在我们的期刊上。

在进行多项测量时，函数发生器以及万用表和示波器是必不可少的设备，它可能包含在无线电业余爱好者家庭实验室的主要必需设施中。

振荡频率发生器在幅频特性等研究中也是必不可少的。它允许您根据所研究的电路参数的变化来观察特性的变化，而在某些情况下，谐振电路的调谐时间可以比按点研究频率响应的经典方法少数十甚至数百倍。

通常，在小频率范围的简单函数发生器中，不调整矩形脉冲的占空比，也不调整锯齿波电压的正向和反向步长，不可能获得频率或脉宽调制信号。至于扫频发生器，它们通常有很多谐振电路，它们很难调谐，并且它们的制造往往超出了中等技能的无线电业余爱好者的能力范围。

在简单的GKCh [2]中，通常没有频率标记的信号，因此，如果没有频率计，此类设备的意义就很小。

引起无线电业余设计者注意的发生器没有列出的缺点。该设备的大部分部件都组装在数字微电路上，这使得它的安装变得尽可能容易。即使是缺乏经验的无线电爱好者也能做到。该描述包含“根据您的口味”更改某些特征的建议。

发电机主要技术特点

工作频率范围分为九个子范围：

1) 0,095 赫兹...1,1 赫兹；

2）0,95赫兹……11赫兹；

4) 95 赫兹...1100 赫兹；

5) 0,95kHz...11kHz；

6) 9,5kHz...110kHz；

7) 95kHz...1100kHz；

8) 0,95兆赫... 1兆赫；

9) 9 兆赫...42 兆赫*。

输出信号形状——矩形、正弦波、三角形、锯齿波。峰峰值输出电压摆幅（负载电阻 RH = 50 欧姆时）- 1 V。

矩形脉冲的占空比为0,053 ... 19。输出信号的频率和占空比的调整是相互独立的。

标签信号的间隔可以设置为 10 和 1 MHz、100、10 和 1 kHz 以及 100 Hz。

PWM 和 FM 输入的最大调制频率为 2 MHz，外部调制信号的频率偏差 Fo (FM) 高达 ±50%。

发生器的基础（其电路如图1所示）是MAXIM芯片MAX038，其详细描述在[1]中给出。

（点击放大）

根据方案，“偏差”处于最低位置。发生器输出信号的形状由输入AO、A1处的逻辑电平确定并且取决于开关SA6的位置。注意到输入 AO 和 A1 的控制信号的不稳定性对生成频率的整体不稳定性的影响。为了最大限度地减少这种影响，电容器 C12、C13 被设计用于降低电源的干扰和纹波水平。

生成信号的频率取决于连接到输入SADJ电压输出COSC（电容器C1-C8）的电容CF以及流入输入IIN的电流。子范围的选择由开关SA1 进行。子带内的平滑频率调整发生在 IIN 输入处。进入输入端的电流值由电阻器 R12、R13 的阻值、运算放大器 DA1.1 的增益以及可变电阻器 R 20 滑块的位置决定。对于子范围 2 - 8，其值为 21 ... 240 μA。当切换到第 9 个子范围时，增益标度 DA1.1 由于 OOS 的减小（引入 R19）而增加，并且电流 IIN 增加到 160 ... 750 μA。由于最小允许电容值 CF 限制为 20 pF，因此这是必要的。当切换到第一个子范围时，引入 R17，将 R20、R21 上的压降降低十倍，并将 IIN 分别降低至 2,1 ... 24 μA。

因此，对于子范围 1 - 8，重叠因子为 11，并且当从一个子范围切换到另一子范围时，输出频率改变 10 次，这允许使用平滑频率变化的一个等级。对于第九个范围，需要单独的标尺，它更加拉伸，重叠系数约为4,7。对于DA2的每个具体实例，最好根据微电路生成的截止频率的值通过实验选择第九范围的宽度。无论如何，要扩大、缩小或移动频率范围，您可以使用以下公式：

Fmin-UminR9/[CFR' (R12+R13)]；

Fmax UmaxR9/[CFR' (R12+R13)],

其中 Umin= 5R21/(R20+R21)，Umax= 5，R' = R18 - 对于子范围 1 - 8，R'= R19 - 对于子范围 9； CF= C1 ...C8（对于相应的子范围）。

公式中给出的参数分别测量：F - 千赫兹，U - 伏特，R - 欧姆，C - 皮法。

需要注意的是，对于第一个子范围，由于电阻R17的引入，代入频率计算公式中的Umin和Umax的值相对于得到的值必须减小十倍。电容器C10、C11旨在提高提供给输入5 0U DA1.1的恒定控制电压的稳定性。

相对频率失谐（F50 的 ±0%）由电阻器 R4（SA3 位于“F0”位置）执行。为了获得调频振荡，将外部调制信号施加到 FM 输入，并且根据方案将 SA3 转移到上部位置（FM 位置）。

对于脉宽调制，使用适当的 PWM 输入；占空比由电阻R2调节。这里使用“占空比”的概念有些条件，更准确地说，它是正半波相对于周期持续时间的比率的变化（以百分比表示）：对于矩形振荡，这实际上是占空比，但对于三角振荡，这是正向运动和反向运动的时间之比（信号从“正向”锯齿状变为“反向”），对于正弦信号 - 信号形状的变化（失真）。后者可用于通过调整正弦曲线的形状来最小化发生器的谐波失真。

FM 和 PWM 输入的调制信号幅度不得超过 ±2,3 V。

开关SA4、SA5用于禁用DA2芯片的DADJ和FADJ输入端的占空比和频率控制，同时占空比设置为2（50%），并且频率与电阻R20设置的频率精确对应。

输出信号来自OUT DA2输出，通过电阻R44到达“发生器1输出”插座。微电路的输入COSC、DADJ、FADJ对外部干扰非常敏感，建议用屏蔽电缆将它们连接到开关或将发电机组放置在屏蔽室中。

为了控制输出信号电平，可以方便地使用连接在发生器输出和所研究设备的输入之间的外部衰减器。可以推荐[2]中给出的衰减器；它提供0到64 dB的衰减范围，步长为1 dB，并且在输入和输出阻抗方面匹配良好。

在扫描模式下，发生器的输入“√”连接到示波器相应的输出。 GKCh 的频率控制与示波器的扫描同步在 DA2 微电路的输入 NN 处执行。来自输入的信号进入电容器 C9，其中恒定分量被切断。此外，从调节控制信号幅度并相应地调节发生器振荡带宽的可变电阻器R6的引擎，它进入反相放大器-加法器DA1.1。与确定摆幅中心频率并由电阻器 R20 调节的恒定分量相加，信号被馈送到 UN DA2 输入。齐纳二极管 VD1 将输入 IIN 的最大允许电流限制为 750 uA。

频率标签发生器由DD1.1 - DD1.3的主振荡器、DD3和DD4的分频器、DD5.1触发器和DA1.4的比较器组成。石英主振荡器产生频率为 10 MHz 的信号，该信号被馈送到分频器 DD3（分频比 10）的输入。此外，从DD3的输出，将1MHz的信号馈送到具有可变分频比DD4的分频器的输入。根据SA7.1开关的位置，在DD5.1触发器的输入C处，会出现频率为10 MHz、1 MHz的信号，或者频率由分频系数DD4确定的信号。 JK触发器的输入端接收来自SYNC DA2输出的信号，该信号的频率等于发生器输出信号的频率，并且相位偏移90度。低通滤波器连接到元件 R40、C22-C27 上的触发输出（截止频率由 SA8 的位置确定）。

因此，在比较器 DA1.4 的输入处，我们获得了发生器输出频率的低频节拍以及 DD5.1 时钟输入频率的倍数频率。拍频幅度越高，上述分量沿频率轴的位置越接近。因此，随着发生器信号输出频率的平滑变化，DA1.4的输入端将出现拍频信号的突发，表明发生器输出信号的频率是标记信号频率的倍数。突发宽度（时间上）取决于低通滤波器的带宽，并由 SA8 的位置决定，这样做是为了在发生器的不同跨度和不同范围上获得清晰的标记。电阻器 R36 确定比较器的阈值，切断低于给定幅度的拍频噪声。标记的幅度由电阻器 R46 调节，并添加到 R45 处的主信号中。分频系数 DD4 由 SA7.2 开关选择，允许您在分频器的输出处获得频率为 100、10、1 kHz、100 Hz 的信号。当 SA7 处于两个极端位置（根据方案为上部）时，DD4 执行一次计数并停止 - 其输出 Q 处没有信号。

为了扩展发生器的功能，您可以使用必要的频率集（例如 465 kHz）来补充标签信号的频率网格，以调谐无线电接收器的 IF。在这种情况下，根据以下公式选择除法因子：

N \u1000d M (1R100 + 2R10 + 4RZ + P5) + PXNUMX,

其中 N 是分频因子； M——模数，由Ka、Kb、Ks代号确定； P1——千倍乘数，由J2、J3、J4上的代码确定； Р2、РЗ、Р4——百位、十位、个位的乘数，由J13-J16、J9-J12、J5-J8上的代码确定； P5——余数，由代码J1-J4确定。

K564IE15芯片的操作详细描述在[3]中给出。该发生器具有单独的“标记”输出，这在需要具有示例性石英频率的许多测量中非常有用。

DA1.2上的辅助音频发生器是按照典型方案组装的；它可以用来对主发生器进行频率或脉宽调制，也可以作为一个单独的发生器。

检测器（图 2）根据倍压方案组装，当使用不超过 10 Hz 的示波器扫描频率时，允许您在 50 kHz ... 100 MHz 范围内运行。

通用函数发生器

要研究低频电路，扫描频率必须非常低，使用传统示波器无法看到频率响应。使用存储示波器，可以观察从0,1Hz频率开始的频率特性。在这种情况下，需要应用另一个输入同步电路，例如图3所示。 XNUMX.

通用函数发生器

另外，为此，最好通过增加电容器C1和C2的电容来制作单独的检测头（见图2）。增加它们的电容可以从下面扩展频率范围，同时降低示波器允许的扫描频率。为了获得低频的标签，必须选择合适的分频系数DD4并使用高Q值滤波器而不是R40、C22-C27上的滤波器；然而，有一个限制——很难隔离低频的节拍。

电源（图4）按照通常的方案组装，产生±5V和+12V的电源电压。相应总线上的电流消耗不超过规定的限制：+5V-300mA； -5V-100mA；+12V-50mA； -12V-50mA。

通用函数发生器

器件使用 MLT 0,125 电阻，允许使用 SP、SP0、SP4 作为变量。频率设定电容器必须具有小型TKE——KLS、KM-5（C5-C8）、K73-9、K73-16、K73-17（C2-C4）系列适用。低漏电流有极性电容C1-K52-1；其余的电容器 - 任何。开关 SA1、SA6-SA8 - PG。芯片DD1-DD3、DD5可与同类系列K155、K555、K533互换，只需考虑相应的电流消耗变化即可。芯片系列564或K564（DD4）将完全取代K561IE15。

发电机的印刷电路板尚未开发出来。在电路板上放置元件和连接时，必须尽可能将与 DA3 输入（引脚 10-2）相关的所有电路与其余电路分开。

发电机设置从电容器 C1-C6 的选择开始，以便在切换范围时，频率恰好改变十次。电容器C7、C8最好在结构的最终组装之后选择，因为子范围8,9的总电容CF受到连接电缆的电容、安装和其他寄生电容的影响。

之后，电阻器 R20 的两个刻度被分级（对于子范围 1-8 和 9）。接下来，根据 SA6 的位置以及占空比控制和失谐的限制来检查输出信号的形状。可以通过重新计算分压器R1-R4来改变它们的调节范围，同时考虑到FADJ和DADJ输入端的电压必须在±2,3V之内。然后将示波器的信号施加到“√”输入端，将示波器的输入Y连接到端子7DA1.1，将电阻R20滑块设置到其中一个子范围的中间，根据电路和R将R6设置到上部位置选择 5 以使输出 7 DA1.1 处的信号在 0,2 ... 7,5 V 范围内。这对应于最大摆带。在频带内，频率可以改变 300 倍；要减小该值，请将电阻 R5 增大到所需值。

频率标记发生器的设置从设置主振荡器的频率开始。频率计连接到 DD6 的引脚 1.3，通过调节电容器 C18 将频率设置为 10 MHz。接下来，检查标签频率输出处的频率与开关SA7的位置的对应关系。之后，检查 DA13 引脚 1.4 处是否存在拍频信号，并用电阻器 R36 设置比较器阈值，直到在 DA1.4 输出处获得清晰的窄标记。到此发电机的设置就可以认为完成了。

通过调节 R1.2 来调节 DA1 上的辅助音频发生器（见图 23），直到获得稳定的正弦信号生成。

设置电源包括使用电阻器 R1、R4、R6 设置适当的输出电压。

为了研究频率响应，装置按照图 5 中的方案进行组装。 XNUMX.

通用函数发生器

将开关SA6移至产生正弦信号的位置。建议的频率响应位置由开关 SA1 和电阻器 R20 设置，所需摆带（审核）由电阻器 R6 设置。使用 SA7 开关选择必要的频率标记。 SA8开关用于在示波器屏幕上实现清晰、稳定的标记。通过改变所研究设备的参数，可以监测频率响应特征点的变化：频率 - 相对于标记，幅度 - 相对于衰减器的位置。

*第九子带的上限频率由MAX038微电路的具体实例确定：其典型值约为40 MHz，最小值为20 MHz。

文学

Kovalev V. 多功能发生器 MAX038。 - 广播，1996 年，第 10 期，p。 53.
Nechaev I. 频率范围为 0,1 Hz ... 10 MHz 的函数发生器。 - 广播，1997 年，第 1 期，第 34,35 页XNUMX。
Skrypnik V. A. 用于监测和调整业余无线电设备的仪器。 - M.：爱国者，1990 年，第 5 页XNUMX.
Alekseev S. K561 系列微电路的使用。 - 广播，1987 年，第 1 期，p。 43.

作者：A.Matykin，莫斯科

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