Самодельный генератор качающейся частоты (ГКЧ) с индикатором АЧХ


Схема самодельного генератора качающейся частоты (ГКЧ) с жидкокристаллическим индикатором АЧХ. Этот прибор создан на базе двух конструкций - функционального генератора и карманного осциллографа, описания которых опубликованы ранее в нашем журнале.

С его помощью можно определить резонансную частоту колебательного контура или кварцевого резонатора, форму АЧХ усилительного тракта или фильтра в диапазоне от нескольких герц до десяти мегагерц.

Прибор состоит из двух блоков - собственно генератора качающейся частоты и индикатора.

Технические характеристики:

  • Центральная частота на выходе 1, Гц ...............1...10^7;
  • Относительная девиация частоты на выходе 1, % .............0..30;
  • Девиация частоты на выходе 2, кГц .........................0..100;
  • Амплитуда выходного сигнала, В ..............................0..2;
  • Чувствительность индикатора, В ...............................0..1;
  • Потребляемый ток, мА по цепи -5 В ................10, по цепи +5 В ................50.

Принципиальная схема

Схема генераторной части прибора показана на рис. 1. За её основу взят генератор на микросхеме МАХ038, схема и подробное описание которого опубликованы в [1].

Исключены детали, требовавшиеся для получения на выходе этой микросхемы (DA3) сигналов треугольной и прямоугольной формы, оставлен только синусоидальный сигнал.

На вход перестройки частоты FADJ микросхемы DA3 подано пилообразное напряжение от генератора, собранного на транзисторах VT3, VT4 и VT6. Частоту "пилы" задаёт конденсатор C19, а её точную подстройку можно выполнить подборкой резистора R15, изменяя его сопротивление не более чем на ±20 %.

Узел на транзисторах VT8 и VT10 формирует в начале каждого периода пилообразного напряжения короткий синхроимпульс для запуска развёртки индикатора.

Схема генератора качающейся частоты (ГКЧ) с жидкокристаллическим индикатором АЧХ

Рис. 1. Схема генератора качающейся частоты (ГКЧ) с жидкокристаллическим индикатором АЧХ.

Переменным резистором R22 можно установить относительную девиацию частоты генератора на микросхеме DA3 от 0 до 30 % от средней частоты, заданной переключателем SA1 и переменным резистором R10. Для плавной настройки можно ввести последовательно с R10 ещё один переменный резистор номиналом 4,7 кОм.

Диапазон перестройки генератора от 1 Гц до 10 МГц разделён на семь поддиапазонов с десятикратным изменением частоты на каждом. Общий диапазон перестройки можно расширить, насколько это позволят возможности микросхемы DA3.

Для этого необходимо увеличить число положений переключателя SA1 и подобрать конденсаторы, подключаемые им к выводу 5 микросхемы в новых положениях. Синусоидальный сигнал подают на исследуемое устройство с разъёма XW1 "Выход 1".

Для исследования АЧХ звуковых устройств необходима более значительная относительная девиация частоты (например, от 20 Гц до 20 кГц).

Чтобы получить её, использован метод биения сигналов двух генераторов - перестраиваемого и образцового (неперестраиваемого). Образцовый кварцевый генератор на частоту 1 МГц собран на транзисторе VT1.

Разностная частота двух генераторов формируется смесителем на транзисторах VT2, VT5 и поступает на разъём XW2 "Выход 2" через эмиттерный повторитель на транзисторах VT7 и VT9.

Печатная плата для схемы ГКЧ

Рис. 2. Печатная плата для схемы ГКЧ.

При использовании этого выхода основной генератор на микросхеме DA3 должен быть настроен так, чтобы нижняя граничная частота его перестройки пилообразным напряжением была как можно точнее равна частоте кварцевого генератора (1 МГц), а верхняя граница была выше на величину необходимой девиации частоты на выходе 2.

Например, если установить верхнюю границу равной 1,1 МГц, то частота сигнала на этом выходе будет пилообразно изменяться от 0 Гц до 100 кГц. Уровень сигнала на обоих выходах генератора регулируют одновременно сдвоенным переменным резистором R26.

Генераторная часть (за исключением узла питания на трансформаторе T1, выпрямительных мостах VD1, VD2 и интегральных стабилизаторах DA1, DA2) собрана на печатной плате, изготовленной по чертежу, показанному на рис. 2. Частотозадающие конденсаторы C1, C5, C6, C10, C14, C15, С17 припаяны непосредственно к выводам переключателя SA1.

Индикатор АЧХ

В качестве индикатора, отображающего АЧХ исследуемого устройства, использован осциллограф, описанный в [2]. В его схему и программу микроконтроллера внесены незначительные изменения. Доработанная схема представлена на рис. 3.

Схема индикатора к ГКЧ с ЖК дисплеем на микроконтроллере PIC16F873A

Рис. 3. Схема индикатора к ГКЧ с ЖК дисплеем на микроконтроллере PIC16F873A.

Из неё исключены кнопки выбора режимов работы, а в программе оставлена только развёртка длительностью 10 мс, что немного больше периода пилообразного напряжения генератора на однопереходном транзисторе VT3. Для запуска развёртки на вход RB7 микроконтроллера поступают синхроимпульсы с коллектора транзистора Vt10.

Основная часть деталей индикатора размещена на печатной плате, изображённой на рис. 4. Однако узел детектора с разъёмом XW3, диодом VD3, конденсаторами C28, C29 и резисторами R30, R31 выполнен в виде выносного пробника, соединённого с микроконтроллером экранированным проводом. Это удобно для подключения пробника к исследуемому устройству.

Кроме того, пробники могут быть сделаны сменными и разными по схеме в зависимости от частоты и амплитуды подаваемых на них сигналов.

Устройство начинают налаживать с подборки частотозадающих конденсаторов основного генератора так, чтобы перекрыть весь диапазон частот без пропусков. Далее проверяют работу кварцевого генератора и смесителя, установив частоту основного генератора равной 1 МГц при нулевой девиации и контролируя её по нулевым биениям на выходе 2, к которому для контроля можно подключить головные телефоны. Налаживание генератора пилообразного напряжения сводится к подборке конденсатора C19 для получения частоты колебаний не менее 80, но не более 100 Гц (частоты развёртки индикатора).

Недостаток этого индикатора состоит в том, что контрастность изображения на экране в результате его постоянного обновления оказывается низкой. Повысить её можно, временно остановив развёртку. Для этого нужно установить изображённый на рис. 1 штриховой линией выключатель SA2.

При его замыкании поступление синхроимпульсов на вход PB7 микроконтроллера DD1 прекратится, а на экране индикатора HG1 будет "заморожена" с максимальной контрастностью последняя выведенная кривая.

Печатная плата для индикатора с ЖК дисплеем на микроконтроллере

Рис. 4. Печатная плата для индикатора с ЖК дисплеем на микроконтроллере.

"Карманный осциллограф", изготовленный по описанию в [2], можно использовать и без всяких изменений, но в этом случае обновление экрана будет происходить один раз за две секунды, а после каждого включения прибора необходимо будет устанавливать скорость развёртки.

Чтобы иметь возможность не только качественно оценивать АЧХ исследуемого устройства, но и определять точную частоту её характерных точек, рекомендуется дополнить прибор частотомером, который можно изготовить по одной из опубликованных в журнале схем. Измерять частоту следует, установив на приборе её нулевую девиацию.

Печатные платы и прошивка для МК - Скачать.

Н. Камнев, г. Москва. Р-08-2014.

Литература:

  1. Нечаев И. Функциональный генератор с диапазоном частот 0,1 Гц...10 МГц. - Радио, 1997, № 1, с. 34, 35.
  2. Пичугов А. Карманный осциллограф. - Радио, 2013, № 10, с. 20, 21.

1 542 На микроконтроллерах
измерения гкч генератор сигналов PIC микроконтроллер АЧХ
Оставить комментарий:

cashback