150-k(1).pdf

Warsztatowy generator funkcji

Nowy Elektronik 150-K

Generator jest niezbêdnym przyrz¹dem w ka¿dej pracowni elektronika, czy to amatora czy profesjonalisty. Propo-

nowany uk³ad jest tanim generatorem napiêcia prostok¹tnego, sinusoidalnego i trójk¹tnego. Zakres pracy gene-

ratora wynosi od 0,2Hz do 200kHz

Ka¿da nawet najmniejsza pracownia elektronika amatora nie mo¿e funkcjonowaæ bez

generatora funkcji, którego brak w zasadzie uniemo¿liwia uruchamianie i testowanie uk³adów

audio (wzmacniaczy, korektorów, filtrów, stopni mocy, itp.). Wychodz¹c naprzeciw licznym

probom przedstawiamy prosty i co najwa¿niejsze bardzo tani uk³ad generatora funkcji, które-

go dane przedstawione zosta³y w tabeli 1. Dziêki wyposa¿eniu generatora w wyjcie z mo¿li-

woci¹ regulacji podk³adu napiêcia sta³ego, na które na³o¿ony jest sygna³ wyjciowy generator

mo¿na równie¿ wykorzystywaæ do uruchamiania i testowania uk³adów zbudowanych zgodnie

ze standardem cyfrowych uk³adów TTL/CMOS/ECL. Mimo bogatej oferty firm produkuj¹cych

sprzêt pomiarowy, w tym tak¿e generatory o doskona³ych parametrach, sprzêt ten ze wzglêdu

na wysok¹ cenê, nie jest dostêpny dla przeciêtnego amatora, który zmuszony jest szukaæ

rozwi¹zañ alternatywnych. Prezentowane urz¹dzenie na pewno nie zast¹pi wyrafinowanych

mo¿liwoci sprzêtu fabrycznego, jednak je¿eli spojrzymy na proponowany przez nas generator

pod k¹tem stosunku mo¿liwoci do ceny wykonania, to oka¿e siê ¿e nasz amatorski generator

wypadnie zaskakuj¹co korzystnie w porównaniu do oferowanego sprzêtu fabrycznego.

soidalne otrzymywane jest poprzez uk³ad konwersji-aproksymacji napiêcia trójk¹tnego na sinu-

soidalne. Ka¿dy kto zna budowê popularnej i równie¿ niemiertelnej kostki NE555 znajdzie

wiele analogii i stwierdzi, ¿e uk³ad ICL8038 jest niczym innym, jak tylko rozwiniêciem uk³adu

NE555 o uk³ad aproksymacji napiêcia trójk¹tnego i o proste uk³ady wyjciowe.

Budowa i dzia³anie

Schemat ideowy uk³adu generatora funkcji przedstawia rys.2. Sercem uk³adu jest

uk³ad IC1 ICL8038 f-my Haris, który pracuje w podstawowej konfiguracji jako generator RC.

Zewnêtrzny kondensator odpowiednio w zale¿noci od po³o¿enia prze³¹cznika W1 C2,C3,C4

³adowany i roz³adowywany jest poprzez kluczowane ród³a pr¹dowe o wydajnoci okrelonej

wartoci¹ R1,R2. Elementy te decyduj¹ o maksymalnym zakresie generowanej czêstotliwoci,

a za pomoc¹ potencjometru P1, który steruje prac¹ wewnêtrznych komparatorów mo¿emy j¹

dowolnie zmieniaæ w danym zakresie. Zewnêtrzny rezystor R3 s³u¿y do minimalizacji znie-

kszta³ceñ przebiegu sinusoidalnego. Uk³ad IC1 na koñcówkach 9,3,2 dostarcza jednoczenie

trzech sygna³ów odpowiednio: prostok¹tnego, trójk¹tnego i sinusoidalnego, do selekcji któ-

rych s³u¿y prze³¹cznik W2. Wyjcia sygna³ów sinusoidalnego i trójk¹tnego s¹ wyjciami prze-

ciwsobnymi, a wyjcie sygna³u prostok¹tnego jest typu otwarty kolektor, st¹d koniecznoæ

podci¹gniêcia go do dodatniego napiêcia zasilania poprzez rezystor R5. Amplitudy poszczegól-

nych sygna³ów s¹ zale¿ne od napiêcia zasilania i wynosz¹ odpowiednio: sygna³ prostok¹tny +/

- 100%Vcc, sygna³ trójk¹tny +/- 33% Vcc, sinusoidalny +/- 22% Vcc. Konsekwencj¹ tej nie-

jednorodnoci amplitudy poszczególnych sygna³ów jest koniecznoæ zastosowania odpowied-

nich dzielników w postaci rezystorów R6-R11, zadaniem których jest ujednolicenie wyjcio-

wych sygna³ów do jednakowego poziomu +/- 1,25V. Uk³ad IC2A to wzmacniacz wyjciowy o

opornoci wyjciowej ok. 50W, amplitudzie napiêcia wyjciowego regulowanej potencjome-

trem P3 w zakresie 0-2,5 Vpp. i sk³adowej sta³ej w zakresie +/- 2,5V zale¿nej od napiêcia na

wyjciu wtórnika IC2B. Dwa skompensowane temperaturowo ród³a napiêcia IC3,IC4 wytwa-

rzaj¹ napiêcie +/- 2,5V, które podane za porednictwem potencjometru P4 na wejcie wtórni-

ka napiêciowego IC2B tak steruje prac¹ wzmacniacza wyjciowego, aby umo¿liwiæ regulacjê

sk³adowej sta³ej na jego wyjciu w zakresie +/-2,5V. Zastosowanie uk³adu regulacji sk³adowej

sta³ej sygna³u wyjciowego mo¿e trochê rozbudowa³o uk³ad, jednak w wielu sytuacjach jest to

bardzo u¿yteczna funkcja, a w przypadku wspó³pracy z uk³adami cyfrowymi wrêcz niezbêdna,

gdy zachodzi koniecznoæ aby niski poziom napiêcia wyjciowego by³ na poziomie GND. Uk³ad

generatora zasilany jest z prostego zasilacza napiêæ symetrycznych +/- 12V, z którego pobiera

pr¹d ok.15mA. Zasilacz zbudowany jest w oparciu o scalone stabilizatory IC5,IC6, a kondensa-

tory znajduj¹ce siê w bezporednim otoczeniu uk³adów IC3-IC5 stanowi¹ niezbêdne elementy

odsprzê¿enia.

Tabela 1. Dane wyjciowe generatora funkcji

Zakres generowanych czêstotliwoci 0,2-200Hz / 0,2 -20kHz / 20-200kHz

Napiêcie wyjciowe

0 - +/- 2,5V Vpp

Napiêcie ofsetu

0 - +/- 2,5V

Zniekszta³cenia THD

Trochê teorii

Rynek komponentów elektronicznych oferuje kilka uk³adów, jakby stworzonych do tego

typu zastosowañ. S¹ to: ICL8038 f-my Intersil, MAX038 f-my Maksim oraz XR2206 f-my Exar.

Je¿eli sporód wspomnianych uk³adów odrzucimy najdro¿sze oraz trudno osi¹galne, to w polu

widzenia zostanie tylko uk³ad ICL8038. Uk³ad ten sta³ siê pewnym standardem w dziedzinie

generatorów funkcji. Jest tani i ³atwo osi¹galny, a w zwi¹zku z faktem, ¿e produkowany jest od

1976 r. nale¿y do tak zwanych "niemiertelnych" i doczeka³ siê wiele publikacji na jego temat.

Uk³ad ten pocz¹tkowo produkowany by³ w nietypowej 12-tokoñcówkowej obudowie DIL. Obec-

nie produkowany jest przez kilka firm, m.in. Haris Semiconductors w typowej dwurzêdowej

obudowie 14 DIL. Do najwa¿niejszych zalet uk³adu poza nisk¹ cen¹ ok. 12-15 z³ nale¿y zaliczyæ:

- mo¿liwoæ jednoczesnego generowania trzech sygna³ów sinus, prostok¹t, trójk¹t

- ma³y dryf temperaturowy 5*10-5/°C

- ma³e zniekszta³cenia 1%

- dobra liniowoæ 0,1%

- szeroki zakres generowanych czêstotliwoci 0,001- 300kHz

- zmienny wspó³czynnik wype³nienia 1 do 99%

- bardzo prosta aplikacja

Uk³ad 8038 jest typowym generatorem RC, st¹d pewne ograniczenia, do których nale¿y tak¿e

górny zakres czêstotliwoci ograniczony do ok. 300kHz. Uproszczony schemat wewnêtrznego

generatora przedstawiono na rys.1. Do najwa¿niejszych elementów nale¿¹: zewnêtrzny kon-

densator C, dwa ród³a pr¹dowe A, B o wydajnoci zale¿nej od zewnêtrznych rezystorów, oraz

dwa komparatory steruj¹ce przerzutnikiem i kluczem elektronicznym W. Zewnêtrzny konden-

sator C ³adowany jest ze ród³a pr¹dowego A pr¹dem o wartoci I, gdy liniowo rosn¹ce na nim

napiêcie osi¹gnie próg górnego komparatora (ok. 2/3 napiêcia zasilania), nast¹pi zmiana stanu

przerzutnika bistabilnego na przeciwny i w³¹czenie klucza W. Dolne ród³o pr¹dowe B posiada

wydajnoæ dwukrotnie wy¿sz¹ od ród³a A, w konsekwencji ród³o to przejmie pr¹d ród³a A,

a nadwy¿ka pr¹dowa roz³adowywaæ bêdzie kondensator C. Gdy liniowo zmniejszaj¹ce siê na-

piêcie na kondensatorze C osi¹gnie próg dolnego komparatora (ok. 1/3 napiêcia zasilania),

nast¹pi zmiana stanu przerzutnika bistabilnego na przeciwny i wy³¹czenie klucza W, a uk³ad

powraca do stanu pierwotnego czyli do ³adowania kondensatora C ze ród³a pr¹dowego A.

Efektem takiego trybu pracy jest symetryczne napiêcie trójk¹tne na kondensatorze C oraz

przesuniête w fazie napiêcie prostok¹tne na wyjciu przerzutnika bistabilnego. Napiêcie sinu-

Monta¿ i uruchomienie

Uk³ad zmontowany jest na jednostronnym obwodzie drukowanym, którego mozaikê cie-

¿ek i rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 3. Mimo ¿e uk³ad generatora jest stosunkowo

rozbudowany, monta¿ jest prosty, lecz wymaga trochê cierpliwoci. W pierwszej kolejnoci nale-

¿y wykonaæ zworê zlokalizowan¹ w okolicy koñcówki 6 uk³adu IC1, która na warstwie opisowej

obwodu drukowanego zaznaczona jest grub¹ lini¹ i liter¹ "Z". Nastêpnie montujemy wszystkie

elementy zaczynaj¹c jak zwykle od najmniejszych montowanych na p³asko, a koñcz¹c na konden-

+ Vcc

Uk³ad wyjciowy

trójk¹t

Komparator 1

Uk³ad wyjciowy

konwerter sinus

Komparator 2

Przerzutnik

bistabilny

Uk³ad wyjciowy

prostok¹t

- Vcc

Rys. 1 Schemat blokowy ICL8038

Miernik F

GND

R14

R15

Ewentualny miernik czêstotliwoci

np zestaw 079-K

Wyjcie

GND

IC5

INP

R16

C18

IC3

IC2A

2,5V

R13

C12

C14

C16

C20

AC 12V

R12

C21

GND

IC4

IC1

C13

C15

C17

IC2B

2,5V

C19

AC 12V

FM INP

R17

IC6

FM BIAS

CAP

INP

ICL8038

R10

R11

C10

C11

Rys. 2 Schemat generatora

satorach elektrolitycznych. Ostatni etap to wlutowanie prze³¹czników W1,W2, potencjometrów

obrotowych P1,P3,P4 i gniazda wyjciowego BNC do zacisków J3,J4. Ze wzglêdu na ogranicze-

nie powierzchni p³ytki monta¿owej do niezbêdnego minimum, obwód drukowany nie posiada

otworów s³u¿¹cych do przykrêcenia do obudowy. Poprawnie zmontowany uk³ad nie wymaga

uruchamiania, a zmontowany z pewnych elementów dzia³a od pierwszego w³¹czenia. Uk³ad

generatora nale¿y zasilaæ z sieci energetycznej za porednictwem transformatora sieciowego o

symetrycznym napiêciu wyjciowym ok. 2*12-15V i mocy 2-4W np. TS2/053, TS4/012. Jedyn¹

regulacjê jak¹ musimy przeprowadziæ, to ustawienie za pomoc¹ potencjometru P2 symetrii na-

piêæ wyjciowych. Jednym z trudniejszych do wykonania elementem mechanicznym jest odpo-

wiednia skala dla potencjometru P1- regulacja czêstotliwoci. Problem ten mo¿emy w ³atwy

sposób rozwi¹zaæ do³¹czaj¹c do zacisków J1,J2 cyfrowy miernik czêstotliwoci, np. jeden z

oferowanych przez "NE" 079-K. Amplitudê prostok¹tnego napiêcia na zaciskach J1,J2 nale¿y

dopasowaæ do czu³oci wejciowej zastosowanego miernika czêstotliwoci, w razie potrzeby

mo¿na skorygowaæ wartoæ rezystora R14. Podane w projekcie wartoci napiêæ wyjciowych i

zakres regulacji sk³adowej sta³ej to tylko propozycja. Wartoci te mo¿na ³atwo dopasowaæ do

w³asnych potrzeb poprzez zmianê wzmocnienia wzmacniacza wyjciowego IC2A, a zakres regu-

lacji sk³adowej sta³ej poprzez zast¹pienie uk³adów IC3,IC4 diodami Zenera o odpowiednim napiê-

ciu. Zastosowanie jako wzmacniacza wyjciowego uk³adu NE5532 z powodu ma³ej szybkoci jest

tanim, ale mo¿e nie najlepszym rozwi¹zaniem. Je¿eli zale¿y nam na odpowiedniej szybkoci nara-

stania zboczy i minimalnych zniekszta³ceniach sygna³u, szczególnie na najwy¿szym zakresie czê-

stotliwoci jako IC2 nale¿y zastosowaæ odpowiednio szybki, ale i drogi wzmacniacz np.LM6142

lub podobny.

Wykaz elementów

Rezystory:

R1 - 4,7k

R2 - 4,7k

R3 - 81k (82k)

R4 - 100k

R5 - 4,7k

R6 - 110k

R7 - 27k

R8 - 13k (12k)

R9 - 12k

R10 - 12k

R11 - 12k

R12 - 3k

R13 - 3k

R14 - 10k

R15 - 51

R16 - 4,7k

R17 - 4,7k

C7 - 47µF/16V

C8 - 100nF

C9 - 100µF/16V

C10 - 100µF/16V

C11 - 100nF

C12 - 100nF

C13 - 100nF

C14 - 47µF/16V

C15 - 47µF/16V

C16 - 100nF

C17 - 100nF

C18 - 100nF,

C19 - 100nF

C20 - 470µF/25V

C21 - 470µF/25V

IC4 - LM385-2,5V

IC5 - 78L12

IC6 - 79L12

Inne:

P1 - 100k/B

P2 - 1k monta¿owy H

P3 - 100k/A

P4 - 10k/A

W1 - isostat

W2 - isostat

P³ytka - 150-K

Pó³przewodniki:

D1 - 1N4148

D2 - 1N4007

D3 - 1N4007

D4 - 1N4007

D5 - 1N4007

Kondensatory:

C1 - 0,1µF/25V

C2 - 470pF

C3 - 4700pF

C4 - 47nF

C5 - 47µF/16V

C6 - 100nF

Uk³ady scalone:

IC1 - ICL8038

IC2 - NE5532

IC3 - LM385-2,5V

Rys. 3 Rozmieszczenie

elementów na p³ytce

drukowanej (skala 1:1)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: