Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина

Когда нету под рукой качественного генератора синусоидального сигнала - как отлаживать усилитель, который ты разрабатываешь? Приходится обходиться подручными средствами.

В этой статье:

• Высокая линейность при использовании бюджетного ОУ
• Точная система АРУ, вносящая минимум искажений
• Возможность работы от батарейки: минимум помех

Предыстория

В начале тысячелетия подались мы всем семейством на житьё-бытьё в дальние страны. Кое-что из моих электронных запасов последовало за нами, но, увы, далеко не всё. Итак оказался я один на один с большими собранными мною, но совсем ещё не отлаженными моноблоками, без осциллографа, без генератора сигналов, с огромным желанием завершить тот проект и слушать наконец музыку. Осциллограф удалось выпросить у друга во временное пользование. С генератором надо было срочно что-то изобретать самому. По тем порам я ещё не освоился с доступными здесь поставщиками компонентов. Из случайно оказавшихся под рукой операционников было несколько неудобоваримых продуктов древне-советской электронной промышленности, да LM324, выпаянный из сгоревшего компьютерного блока питания.
LM324 datasheet: National/TI , Fairchild , OnSemi ... Обожаю читать даташиты от National - у них обычно масса интересных примеров применения деталюх. OnSemi в данном случае тоже подсуетились. А вот "Цыганёнок" что-то обделил своих приверженцев 🙂

Классика жанра

Помоги автору!

В этой статье были показаны несколько несложных приёмов, позволяющих добиться весьма качественной генерации и усиления синусоидального сигнала , используя широко распространённый недорогой операционный усилитель и полевой транзистор с p-n переходом:

• Ограничение диапазона автоматической регулировки уровня и уменьшение влияния нелинейности регулирующего элемента;
• Смещение выходного каскада ОУ в линейный режим работы;
• Выбор оптимального уровня виртуальной земли для работы от батарейного питания.

Всё ли было понятно? Нашел ли ты что-либо новое, оригинальное в этой статье? Мне будет приятно, если ты оставишь комментарий или задашь вопрос, а так же - поделишься статьёй с друзьями в социальной сети, "кликнув" соответствующую иконку ниже.

Дополнение (Октябрь 2017) Попалось на просторах Сети: http://www.linear.com/solutions/1623 . Сделал два вывода:

1. Ничто не ново под Луной.
2. Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной! Взял бы нормальный ОУ тогда - и получил бы образцово низкий Кг.

This entry was posted in , by . Bookmark the .

Комментарии ВКонтакте

254 thoughts on “Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина ”

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом.

Предлагаемый испытательный звуковой генератор, формирующий синусоидальный сигнал, основан на мосте Вина, производит очень низкий уровень искажений синусоиды и работает в диапазоне от 15 Гц до 22 кГц в двух под-диапазонах. Два уровня выходных напряжений - от 0-250 мВ и 0-2,5 В. Схема совсем несложная и рекомендована для сборки даже малоопытными радиолюбителями.

Список деталей для аудиогенератора

• R1, R3, R4 = 330 Ом
• R2 = 33 Ом
• R5 = 50к сдвоенный потенциометр (линейный)
• R6 = 4.7к
• R7 = 47к
• R8 = 5к потенциометр (линейный)
• C1, C3 = 0.022uF
• C2, C4 = 0.22uF
• C5, C6 = 47uF электролитические конденсаторы (50v)
• IC1 = TL082 двойной ОУ с панелькой
• L1 = 28В/40мА лампа
• J1 = BNC разъем
• J2 = RCA Jack
• B1, B2 = 9 В Крона

Схема, выложенная выше, совсем проста, и имеет в основе двойной операционный усилитель TL082, который используется как генератор и буферный усилитель. Примерно по такому типу строят и промышленные аналоговые генераторы. Сигнал на выходе является достаточным даже для подключения наушников 8 Ом. В режиме ожидания потребляемый ток около 5 мА от каждой батареи. Их тут две по 9 вольт, так как питание ОУ двухполярное. Два выходных разъема разных типов установлены для удобства. Для сверхъярких светодиодов можно использовать 4.7к резисторы R6. Для стандартных светодиодов - 1к резистор.

Осциллограмма показывает фактический вид 1 кГц выходного сигнала от генератора.

Сборка генератора

Светодиод служит в качестве индикатора включения/выключения устройства. Относительно лампы накаливания L1, многие типы лампочке были испытаны в процессе сборки и все работали неплохо. Начните с вырезания печатной платы нужного размера, травления, сверления и сборки.

Корпус тут полу-деревянный - полу-металлический. Отрежьте два куска дерева толщиной по сантиметру для боков корпуса. Отрежьте кусок алюминиевой пластины 2 мм для передней панели. И кусок белого матового картона на циферблат шкалы. Согните два куска алюминия, образуя держатели батареи и прикрепить их винтами к бокам.

Простой и достаточно надежный преобразователь напряжения можно изготовить буквально за час, при этом, не имея особых навыков в электронике. Сделать такой преобразователь напряжения натолкнули вопросы пользователей, связанные с . Этот преобразователь достаточно простой, но имел один недостаток - рабочая частота. В той схеме выходная частота была значительно выше сетевых 50 Герц, это ограничивает область применения ПН. Новый преобразователь лишен этого недостатка. Он, как и прежний преобразователь, предназначен для повышения автомобильных 12 Вольт до уровня сетевого напряжения. При этом, задающий генератор преобразователя генерирует сигнал с частотой порядка 50 Герц. Приведенная схема может развивать выходную мощность до 100ватт (во время экспериментов до 120ватт). Микросхема CD4047 очень широко применяется радиоэлектронной аппаратуре и стоит достаточно дешево. Она содержит мультивибратор-автогенератор, который имеет логику управления.

На выходе трансформатора использованы дросселя и конденсатор, импульсы после фильтра уже становятся похожими на синусоиду, хотя на затворах полевых ключей они прямоугольные. Мощность преобразователя можно повысить в разы, если использовать драйвер для усиления сигнала и несколько пар выходных каскадов. Но нужно учесть, что в таком случае нужен мощный источник питания и соответственно трансформатор. В нашем случае преобразователь развивает более скромную мощность.
Монтаж делался на макетной плате исключительно для демонстрации схемы. Трансформатор на 120 ватт уже имелся в наличии. Трансформатор имеет две полностью идентичные обмотки на 12 вольт. Для получения указанной мощности (100-120 ватт) обмотки должны быть рассчитаны на 6-8 Ампер, в моем случае обмотки рассчитаны на ток 4-5 Ампер. Сетевая обмотка стандартная, на 220 Вольт. Ниже параметры ПН.

Входное напряжение - 9...15 В (номинал 12 Вольт)
Выходное напряжение - 200...240 Вольт
Мощность - 100...120Вт
Частота выходного тока 50...65Гц

Сама схема не нуждается в пояснении, поскольку особо нечего пояснять. Номинал затворных резисторов не критичен и может отклонятся в широких пределах (0,1-800Ом).
В схеме использованы мощные N-канальные полевые ключи серии IRFZ44, хотя можно использовать и более мощные - IRF3205, выбор полевиков не критичен.

​

Такой преобразователь смело может быть использован для запитки активных нагрузок, в случае сбоев сетевого напряжения.
В ходе работы, транзисторы не перегреваются, даже при нагрузке в 60 ватт (лампа накаливания) транзисторы холодные (при долговременной работе, температура не поднимается более 40°С. При желании можно использовать небольшие теплоотводы для ключей.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Мультивибратор	CD4047B	1			В блокнот
VT1, VT2	MOSFET-транзистор	IRFZ44	2			В блокнот
R1, R3, R4	Резистор	100 Ом	3			В блокнот
R5	Переменный резистор	330 кОм	1			В блокнот
C1	Конденсатор	220 нФ	1			В блокнот
C2	Конденсатор	0.47 мкФ	1			В блокнот
Tr1	Трансформатор		1

Микросхема интегрального таймера 555 была разработана 44 года назад, в 1971 году и до сих пор популярна. Пожалуй, ещё ни одна микросхема так долго не служила людям. Чего только на ней не собирали, даже поговаривают, что номер 555 - это число вариантов её применения:) Одно из классических применений 555 таймера - регулируемый генератор прямоугольных импульсов.
В этом обзоре будет описание генератора, конкретное применение будет в следующий раз.

Плату прислали запечатанной в антистатический пакетик, но микросхема очень дубовая и статикой её так просто не убить.


Качество монтажа нормальное, флюс не отмыт




Схема генератора стандартная для получения скважности импульсов ≤2

Красный светодиод подключен на выход генератора и при малой выходной частоте - мигает.
По китайской традиции, производитель забыл поставить ограничивающий резистор последовательно с верхним подстроечником. По спецификации, он должен быть не менее 1кОм, чтобы не перегружать внутренний ключ микросхемы, однако, реально схема работает и при меньшем сопротивлении - вплоть до 200 Ом, при котором происходит срыв генерации. Добавить ограничивающий резистор на плату затруднительно из-за особенности разводки печатной платы.
Диапазон рабочих частот выбирается установленной перемычной в одной из четырёх позиций
Частоты продавец указал неверно.


Реально измеренные частоты генератора при питающем напряжении 12В
1 - от 0,5Гц до 50Гц
2 - от 35Гц до 3,5kГц
3 - от 650Гц до 65кГц
4 - от 50кГц до 600кГц

Нижний резистор (по схеме) задаёт длительность паузы импульса, верхний резистор задаёт период следования импульсов.
Напряжение питания 4,5-16В, максимальная нагрузка на выходе - 200мА

Стабильность выходных импульсов на 2 и 3 диапазонах невысока из-за применения конденсаторов из сегнетоэлектрической керамики типа Y5V - частота сильно уползает не только при изменении температуры, но даже при изменении питающего напряжения (причём в разы). Рисовать графики не стал, просто поверьте на слово.
На остальных диапазонах стабильность импульсов приемлемая.

Вот что он выдаёт на 1 диапазоне
На максимальном сопротивлении подстроечников


В режиме меандр (верхний 300 Ом, нижний на максимуме)


В режиме максимальной частоты (верхний 300 Ом, нижний на минимум)


В режиме минимальной скважности импульсов (верхний подстроечник на максимуме, нижний на минимуме)

Для китайских производителей: добавьте ограничивающий резистор 300-390 Ом, замените керамический конденсатор 6,8мкФ на электролитический 2,2мкФ/50В, и замените конденсатор 0,1мкФ Y5V на более качественный 47нФ X5R (X7R)
Вот готовая доработанная схема


Себе генератор не переделывал, т.к. указанные недостатки для моего применения не критичны.

Вывод: полезность устройства выясняется, когда какая-либо Ваша самоделка потребует подать на неё импульсы:)
Продолжение следует…

Планирую купить +31 Добавить в избранное Обзор понравился +28 +58