Сделать вч генератор своими руками. Ламповый вч генератор
Высокочастотные генераторы служат для образования колебаний электрического тока в интервале частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. Такие устройства создают с применением контуров колебаний LС или резонаторов на кварцах, которые являются элементами задания частоты. Схемы работы остаются такими же. В некоторых цепях контуры гармонических колебаний заменяются кварцевыми резонаторами.
Генератор ВЧ
Устройство для остановки электросчетчика энергии служит для питания электроприборов бытового назначения. Его выходное напряжение 220 вольт, потребляемая мощность 1 киловатт. Если в приборе применить составляющие элементы с характеристиками мощнее, то от него можно запитывать более мощные устройства.
Такой прибор включается в розетку бытовой сети, от него идет питание на нагрузку потребителей. Схема электрических проводов не подвергается каким-либо изменениям. Систему заземления подключать нет необходимости. Счетчик при этом работает, но учитывает примерно 25% энергии сети.
Действие устройства остановки в подключении нагрузки не к питанию сети, а к конденсатору. Заряд этого конденсатора совпадает с синусоидой напряжения сети. Заряд происходит высокочастотными импульсами. Ток, который расходуется потребителями из сети, состоит из высокочастотных импульсов.
Счетчики (электронные) имеют преобразователь, который не чувствителен к высоким частотам. Поэтому, расход энергии импульсного вида счетчик учитывает с отрицательной погрешностью.
Схема прибора
Главные составляющие элементы прибора:
- выпрямитель;
- емкость;
- транзистор.
Конденсатор подключен по последовательной цепи с выпрямителем, когда выпрямитель производит работу на транзистор, заряжается в данный момент времени до размера напряжения линии питания.
Зарядка осуществляется частотными импульсами 2 кГц. На нагрузке и емкости напряжение близко к синусу на 220 вольт. Для ограничения тока транзистор в период заряда емкости, предназначен резистор, подключенный с каскадом ключа по последовательной схеме.
Генератор выполнен на логических элементах. Он образует импульсы 2 кГц с амплитудой на 5 вольт. Сигнальная частота генератора определена свойствами элементов С2-R7. Такие свойства могут использоваться для настройки максимальной погрешности учета расхода энергии. Создатель импульсов выполнен на транзисторах Т2 и Т3. Он предназначен для управления ключом Т1. Создатель импульсов рассчитан так, что транзистор Т1 начинает насыщаться в открытом виде. Поэтому на нем расходуется небольшая мощность. Транзистор Т1 тоже закрывается.
Выпрямитель, трансформатор и остальные элементы создают блок питания низкой стороны схемы. Такой блок питания работает на 36 В для микросхемы генератора.
Сначала делают проверку блока питания отдельно от схемы с низким напряжением. Блок должен создавать ток выше 2-х ампер и напряжение 36 вольт, 5 вольт для генератора с малой мощностью. Далее делают наладку генератора. Для этого отключают силовую часть. От генератора должны идти импульсы размером 5 вольт, частотой 2 килогерца. Для настройки выбирают конденсаторы С2 и С3.
Далее, проверяют силовую часть. Восстанавливают все цепи по схеме. Конденсатор отключают, вместо нагрузки применяют лампу. При подключении прибора напряжение при нормальной работоспособности прибора должно равняться 120 вольт. На осциллографе видно напряжение нагрузки импульсами с частотой, определенной генератором. Импульсы модулируются синусом напряжения сети. На сопротивлении R6 – импульсами выпрямленного напряжения.
При исправности устройства включают емкость С1, в результате напряжение повышается. При дальнейшем повышении размера емкости С1 доходит до 220 вольт. Во время этого процесса нужно контролировать температуру транзистора Т1. При сильном нагревании на небольшой нагрузке возникает опасность, что он не вошел в режим насыщения или не осуществилось полное закрытие. Тогда нужно сделать настройку создания импульсов. На практике такого нагрева не наблюдается.
В итоге, подключается нагрузка по номиналу, определяется емкость С1 такого значения, чтобы создать для нагрузки напряжение 220 вольт. Емкость С1 выбирают осторожно, с небольших значений, потому что повышение емкости резко повышает ток транзистора Т1. Амплитуду токовых импульсов определяют, если подключить осциллограф к резистору R6 по параллельной схеме. Импульсный ток не поднимется выше допускаемого для определенного транзистора. Если нужно, то ток ограничивают путем повышения значения сопротивления резистора R6. Оптимальным решением будет выбрать наименьший размер емкости конденсатора С1.
При данных радиодеталях прибор рассчитан на потребление 1 киловатта. Чтобы повысить мощность потребления, нужно применить более мощные силовые элементы ключа на транзисторе и выпрямителя.
При выключенных потребителях устройство расходует немалую мощность, учитываемую счетчиком. Поэтому лучше выключать этот прибор при отключенной нагрузки.
Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ
Генераторы высокой частоты выполнены на широко применяемой схеме. Различия генераторов заключаются в цепочке RС эмиттера, которая задает транзистору режим по току. Для образования обратной связи в цепи генератора от индуктивной катушки создают вывод клеммы. Генераторы ВЧ работают нестабильно на биполярных транзисторах из-за влияния транзистора на колебания. Свойства транзистора могут измениться при колебаниях температуры и разности потенциалов. Поэтому образующаяся частота не остается постоянной величиной, а «плавает».
Чтобы транзистор не влиял на частоту, нужно уменьшить связь контура колебаний с транзистором до минимальной. Для этого нужно снизить размеры емкостей. На частоту оказывает влияние изменение нагрузочного сопротивления. Поэтому нужно между нагрузкой и генератором включить повторитель. Для подключения напряжения к генератору применяют постоянные блоки питания с небольшими импульсами напряжения.
Генераторы, сделанные по схеме, изображенной выше, имеют максимальные характеристики, собраны на полевиках. Во многих схемах генераторов ВЧ сигнал выхода снимается с контура колебаний через небольшой конденсатор, а также с электродов транзистора. Здесь нужно учесть, что вспомогательная нагрузка контура колебаний изменяет его свойства и частоту работы. Часто это свойство применяют для замера разных физических величин, для проверки технологических параметров.
На этой схеме показан измененный генератор высокой частоты. Значение обратной связи и лучшие условия возбуждения выбирают при помощи элементов емкости.
Из всего количества схем генераторов выделяются варианты с ударным возбуждением. Они действуют за счет возбуждения контура колебаний сильным импульсом. В итоге электронного удара в контуре образуются затухающие колебания по синусоидальной амплитуде. Такое затухание происходит из-за потерь в контуре гармонических колебаний. Скорость таких колебаний вычисляется по добротности контура.
Сигнал ВЧ на выходе будет стабильным в том случае, если импульсы будут иметь высокую частоту. Такой вид генераторов самый старый из всех рассматриваемых.
Ламповый ВЧ генератор
Чтобы получить плазму с определенными параметрами, необходимо подвести необходимую величину к разряду мощности. Для эмиттеров на плазме, работа которых основана на разряде высокой частоты, применяется схема подведения мощности. Схема изображена на рисунке.
Усилитель мощности на лампах преобразовывает энергию электрического постоянного тока в переменный ток. Главным элементом работы генератора стала электронная лампа. В нашей схеме это тетроды ГУ-92А. Это устройство представляет собой электронную лампу на четырех электродах: анод, экранирующая сетка, управляющая сетка, катод.
Сетка управления, на которую поступает сигнал высокой частоты малой амплитуды, закрывает часть электронов, когда сигнал характеризуется отрицательной амплитудой, и повышает ток на аноде, при положительном сигнале. Экранирующая сетка создает фокус электронного потока, увеличивает усиление лампы, снижает емкость прохода между сеткой управления и анодом в сравнении с 3-электродной системой в сотни раз. Это уменьшает выходные искажения частот на лампе при действии на высоких частотах.
Генератор состоит из цепей:
- накала с питанием низкого напряжения.
- возбуждения и питания сетки управления.
- питания сетки экрана.
- Анодная цепь.
Между антенной и выходом генератора находится ВЧ трансформатор. Он предназначен для отдачи мощности на эмиттер от генератора. Нагрузка контура антенны не равна величине отбираемой наибольшей мощности от генератора. Эффективность передачи мощности от каскада выхода усилителя к антенне может быть достигнута при согласовании. Элементом согласования выступает емкостный делитель в цепи контура анода.
Элементом согласования может работать трансформатор. Его наличие необходимо в разных согласующих схемах, потому что без трансформатора не осуществится высоковольтная развязка.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
ПохожееКАТЕГОРИИ СХЕМ СПРАВОЧНИК ИНТЕРЕСНЫЕ СХЕМЫ |
| САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ СХЕМЫ ТЕГИ |
Стабильный генератор ВЧ
О.БЕЛОУСОВ258600. Украина, Черкасская обл., г. Ватутино,ул.Котовского, 10.
Предлагаемый генератор работает в диапазоне частот от 26560 кГц до 27620 кГц и предназначен для настройки СВ-аппаратуры. Напряжение сигнала с » Вых. 1 » составляет 0,05 В на нагрузке 50 Ом. Имеется и «Вых.2». к которому можно подключать частотомер при налаживании приемников. В генераторе предусмотрена возможность получения частотно-модулированных колебаний. Для этого служит «Вх. мод.», на который подается низ-кочастотный сигнал с внешнего гене-ратора звуковой частоты. Питание генератора производится от стабилизированного источника +12 В.потребляемый ток не превышает 20 мА. Задающий генератор выполнен на полевых транзисторах VT1. VT2. включенных по схеме «общий исток — общий затвор».
Схема
Генератор, собранный по такой схеме, хорошо работает на частотах от 1 до 100 МГц. потому что в нем применены полевые транзисторы с граничной частотой >100 МГц. Согласно проведенным исследованиям [1]. этот генератор имеет кратковременную нестабильность частоты (за 10 с) лучшую, чем генераторы, выполненные по схемам емкостной и индуктивной трехточки. Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева, а также уровни второй и третьей гармоник меньше, чем у генераторов, выполненных по схеме трехточки. Положительная обратная связь в генераторе осуществляется конденсатором С10. В цепь затвора VT1 включен колебательный контур С5…С8. L1. определяющий частоту генерации схемы. Через небольшую емкость С9 к контуру подключена варикапная матрица VD1. Подавая на нее низкочастотный сигнал, изменяем ее емкость и тем самым осуществляем частотную модуляцию генератора. Питание генератора дополнительно стабилизируется VD2. Высокочастотный сигнал снимается с резистора R6. включенного в истоковые цепи транзисторов. К генератору через конденсатор С 11 подключен широкополосный эмиттерный повторитель на VT3 и VT4. Преимущества такого повторителя приведены в [2]. К его выходу через конденсатор С 15 подключен делитель напряжения (R14.R15). Выходное сопротивление по «Вых.1» равно 50 Ом. поэтому с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом к нему можно подключить схему с входным сопротивлением 50 Ом. например ВЧ-аттенюатор. опубликованный в [З]. К выходу эмиттерного повторителя подключен истоковый повторитель на VT5. Это позволило полностью исключить взаимное влияние нагрузок. подключенных к «Вых.1» и «Вых.2».
Детали. Конденсаторы Сб…С 10 — типа КТ6. Остальные конденсаторы: керамические — типа К10-7В. К10-17. электролитические — типа К50-35. Катушка L1 намотана на керамическом ребристом каркасе (размер по ребрам — 15 мм) посеребренным проводом диаметром 1 мм с шагом 2 мм. Количество витков — 6.75. Намотка производится нагретым проводом с «натягом». Дроссель L2 — от черно-белых ламповых телевизоров (можно использовать и другие) индуктивностью от 100 до ЗООмкГн. Резисторы — типа МЛТ-0.125. Полевые транзисторы можно применить любые из серии КПЗОЗ. еще лучше — из серии КП307. Высокочастотные разъемы Х1…ХЗ — типа СР50-73ФВ. Транзистор VT3 — любой высокочастотный прп-типа. VT4 — высокочастотный рпр-типа.
Настройка. У некоторых экземпляров полевых транзисторов возможны паразитная релаксационная и прерывистая высокочастотная генерации. В этом случае требуется подбор резистора R6 и конденсатора С10. Для получения минимального значения температурного коэффициента частоты необходимо подобрать конденсаторы С6…С8 как с положительным, так и с отрицательным ТКЕ с учетом выводов. сделанных в статье [4]. Генератор необходимо поместить в экранированный корпус, изготовленный из латуни или из фольгированного стеклотекстолита. Этот высокочастотный генератор имеет только одну точку коммутации при переключении диапазонов, поэтому его легко выполнить на несколько диапазонов. Расчет колебательного контура на другие диапазоны можно выполнить по методике. приведенной в [5].
Литература
1. Котиенко Д.. Туркин Н. LC-генератор на полевых транзисторах. — Радио. 1990. N5. с.59.
2. Широкополосный повторитель напряжения. — Радио. 1981. N4. с.61.
3. ВЧ аттенюатор. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1996. N10. с.36.
4. Мухин В. Нестандартное поведение катушек индуктивности при нагревании. — Радиолюбитель. 1996. N9. с.13. 14.
5. Маслов Е. Расчет колебательного контура для растянутой настройки. — Радиолюбитель, 1995. N6. с. 14-16.
Archive — RECEIVER.BY
a quick search in the archives of amateur publications
Recent searches
ГПД [19], Серенада РЭ-209 (радиола) — 93Кб [1], цифровая шкала [46], трансивер [58], Предварительный усилитель на К157УД2 [1], В7-40 [3], kenwood ts [11], С1-79 [3], Атмосфера-2М [1], Щ4313 Мультиметр (с номиналами элементов) [1], бон [13], Перевод инструкции к радиотелефону PANASONIC KX-T4010BX/KX-T4010BX-W [1], Pioneer keh [23], Настройка [37], GOLDSTAR CKT-4822 [1], ORION Color 520 [1], Усилитель мощности 1260-2300 Мгц на ГИ-7Б бидон [1], сварочник [2], Sony XR-4880 [1], электронное реле [5], Орбита УМ-002 стерео [1], GoldStar MC-84A [1], Верньер [1], Panasonic rx-es25 [1], kv29fx [1], Минитрансивер «Ливны» [1], orion 20jmk2 [1], SONY XR-2800 /2803 [1], радиотелефон sanyo [1], BLaupunkt [244], GRUNDIG P 37-050 [1], grundig CUC5300 [1], panaphone kx-t2316 [2], Тестер для таймера серии 555 [2], Panasonic RX-dt600 [1], Магнитола Aiwa (схемы на различные модели) [1], Усилитель мощности 144-146 Мгц на КТ 930 [1], Блок питания [238], Ericsson A1018s [3], Генератор Г4-50 Электрическая схема [2], PANASONIC EB-G500 (Service Manual) [1], Ореанда 204с [7], samsung 152V [1], SG-2000 Manual [1], samsung sv-211x [1], tesla [6], Магниторадиола MP-5201-стерео [2], Приципиальная схема селектора каналов СК-В-618 [1], POLAR S07 [1], SONY SLV-P116EE [1], Широкополосный усилитель мощности [17], sony ta-f3a [1], Sony CPD-120AS [2], HITACHI cmt2141 [2], пульсар [1], alan 39 [2], Регуляторы напряжения РР350, РР350А, РР350Б [1], Металлоискатель [26], УРАЛ РМ 206 са [1], blaupunkt l498w [1], ORION Color 7028 [1], Я3Ч-72 [1], светомуз [7], SONY CM-DX1000 (Service Manual), PDF [1], Универсальный программатор BiDiPro [1], электрон [423], Программатор motorola amps/damps (сотовая связь) [1], MegaJet MJ-3031 [2], Милливольтметр [12], DAEWOO [335], схема [1328], Миниатюрный радиоприемник ДВ и СВ [1], Усилитель «Форманта М-100» — схема [1], горизонт [21], DAEWOO K [8], радио [1424], телефон [653], автомобильный [70], цифровая шкала [39], philips [278], ВЭФ [17], регулятор [189], Весна [31], Антенн [550], blaupunkt [249], Kenwood [66], аон [331], микрофонный усилитель [30], Измеритель [108], репитер [6], Простой [240], УРАЛ РМ-293са [1], Blaupunkt RCM-82 [1], Спидола 232 (транзисторный) — 70Кб [1], Ц20-05 Инструкция [1], УНЧ [41], LG TCC [17], аппарат [196], ОКЕАН «SPACE» [1], Электроника ЗП-01 [3]Самодельный высокочастотный генератор УКВ диапазонов.
| Фото 1. |
Структурная схема для всех используемых диапазонов одинаковая. Это задающий генератор (на транзисторе Т1) с параметрической стабилизацией частоты, который определяет необходимый диапазон перекрытия. Для упрощения конструкции, перестройка по диапазону осуществляется подстроечным конденсатором. На практике такая схема включения, при соответствующих номиналах, на стандартизированных чип-индуктивностях и чип-конденсаторах, проверялась вплоть до частоты 1300 МГц.
| Фото 2. Генератор с ФНЧ на диапазоны 415 — 500 МГц и 480 — 590 МГц. |
| Фото 3. Предварительная настройка ФНЧ на диапазон 87,5 — 108 МГц. |
| фото 4. Плата линейного усилителя высокой частоты. |
Микросхема ADL5324 предназначена для работы на частотах от 400 МГц до 4-х ГГц, но практика показала, что она вполне работоспособна и на более низких частотах УКВ диапазона. Питание генераторов осуществляется от литиевого аккумулятора с напряжением до 4,2 вольта. Устройство имеет разъём для внешнего питания и подзарядки аккумулятора и высокочастотный разъём для подключения внешнего счётчика, а самодельный КСВ-метр может служить индикатором уровня. Генератор диапазона 87.5 – 108 МГц. Параметры. Реальная перестройка частоты составила 75 – 120 МГц. Напряжение питания Vп = 3,3 – 4,2 В. Выходная мощность до 25 мВт (Vп = 4 В). Выходное сопротивление Rвых = 50 Ом. Подавление высших гармоник более 40 дБ. Неравномерность в частотном диапазоне 87,5 – 108 МГц менее 2 дБ. Ток потребления не более 100 мА (Vп = 4 В).
| Рис. 1. Генератор диапазона 87,5 — 108 МГц. |
| Рис. 2. |
| Рис. 2. Генератор диапазона 120 — 170 МГц. Найдите 7 отличий между рис. 1 и рис. 2. |
| Фото 6. Конструкция генератора на диапазон 415 — 500 МГц и 480 — 590 МГц. |
| Рис.3 Генератор диапазона 480 — 490 МГц. Генератор диапазона 415 -500 МГц. Lг = 47 нГн. С3, С4 -5,6 пФ. |
Этот пост ещё не закончен.
Читать «Как собрать шпионские штучки своими руками» — Корякин-Черняк Сергей Леонидович — Страница 15
Нагрузку усилителя составляют:
— резистор R3;
— генератор высокой частоты, включенный между плюсом источника питания и коллектором транзистора VT1.
Рис. 3.30. Радиопередатчик с AM в диапазоне частот 27–28 МГц
С усилением сигнала напряжение на коллекторе транзистора VT1 изменяется. Этим сигналом и модулируется амплитуда сигнала несущей частоты генератора передатчика, излучаемая антенной.
Детали. В конструкции использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы — К10-7В. Вместо транзисторов КТ315 можно использовать КТ3102.
Катушка L1 намотана на каркасе из полистирола диаметром 7 мм. Она имеет подстроечный сердечник из феррита 600НН диаметром 2,8 мм и длиной 12 мм. Катушка L1 содержит 8 витков провода ПЭВ 0,15 мм. Намотка — виток к витку.
Дроссель Др1 намотан на резисторе MTЛ-0,5 сопротивлением более 100 кОм. Обмотка дросселя содержит 80 витков ПЭВ 0,1. В качестве антенны используется стальной упругий провод длиной 20 см.
При настройке частоту устанавливают подстройкой индуктивности катушки L1. После регулировки подстроечный сердечник катушки закрепляется парафином.
Схема № 28. Радиопередатчик с широкополосной ЧМ в диапазоне частот 65—108 МГц рассматривается на http://www.radiomaster.netAoad/17-45/index.html. Схема радиопередатчика представлена на рис. 3.31.
Рис. 3.31. Радиопередатчик с широкополосной ЧМ в диапазоне частот 65—108 МГц
Радиомикрофон позволяет принимать сигнал на обычный ЧМ приемник этого диапазона. Дальность действия достигает 150–200 м. Продолжительность работы с батареей типа «КРОНА» — около 10 ч.
Низкочастотные колебания с выхода микрофона Ml (типа МКЭ-3, М1-Б2 «Сосна» и им подобных) через конденсатор С1 поступают на усилитель звуковой частоты, выполненный на транзисторе VT1 типа КТ315. Усиленный сигнал звуковой частоты, снимаемый с коллектора транзистора VT1, через дроссель Др1 воздействует на варикап VD1 (типа КВ109А), который осуществляет частотную модуляцию радиосигнала, сформированного высокочастотным генератором.
Генератор ВЧ собран на транзисторе VT2 типа КТ315. Частота этого генератора зависит от параметров контура L1, СЗ, С4, С5, С6, VD1. Сигнал ВЧ, снимаемый с коллектора транзистора VT2, усиливается усилителем мощности на транзисторе VT3 типа КТ361. Усилитель мощности имеет гальваническую связь с задающим генератором.
Усиленное высокочастотное напряжение выделяется на дросселе Др2 и поступает на П-образный контур, выполненный на элементах СИ, L2, С10. Последний настроен на пропускание основного сигнала и подавление множества гармоник, возникающих на коллекторе транзистора VT3.
Радиомикрофон собран на плате размером 30×70 мм.
В качестве антенны используется отрезок монтажного провода длиной 25 см.
Детали. Все детали малогабаритные. Резисторы — типа МЛТ-0,125, конденсаторы — К50-35, КМ, КД. Вместо варикапа VD1 типа KB 109А можно использовать варикапы с другим буквенным индексом иди варикап типа КВ102. Транзисторы могут иметь любой буквенный индекс.
Транзисторы VT1 и VT2 можно заменить на КТ3102, КТ368, а транзистор VT3 — на КТ326, КТ3107, КТЗбЗ. Дроссели Др1 и Др2 намотаны на резисторах МЛТ-0,25 сопротивлением более 100 кОм проводом ПЭВ 0,1 по 60 витков каждый.
Катушки L1 и L2 бескаркасные, диаметром 5 мм. Катушка L1 — 3 витка, катушка L2 —13 витков провода ПЭВ 0,3.
Настройка сводится к установке частоты задающего генератора, соответствующей свободному участку УКВ ЧМ диапазона, изменением емкости подстроечного конденсатора. Передатчик настраивается на максимальную мощность ВЧ сигнала растяжением или сжатием витков катушки L2.
Схема № 29. Радиопередатчик средней мощности с компактной рамочной антенной приводится на http://www.radiomaster. net/Ioad/17-45/index.html. Устройство работает в диапазоне 65–73 МГц с частотной модуляцией. Дальность действия при использовании рамочной компактной антенны составляет около 150 м. Продолжительность работы устройства при использовании батареек «Крона» составляет 30 ч. Принципиальная схема радиопередатчика представлена на рис. 3.32.
Низкочастотный сигнал микрофона Ml типа МКЭ-3, «Сосна» и др. усиливается двухкаскадным усилителем низкой частоты с непосредственными связями. Усилитель выполнен на транзисторах VT1 и VT2 типа КТ315. Режим работы усилителя устанавливается резистором R2.
Рис. 3.32. Радиопередатчик средней мощности с компактной рамочной антенной
Задающий генератор устройства выполнен на транзисторе VT3 типа КТ315. Частотозадающий контур подключается к базе транзистора VT3 через конденсатор С6 небольшой емкости. Конденсаторы С8, С9 образуют цепь обратной связи. Контур генератора состоит из индуктивности L1, конденсатора С5 и двух, включенных встречно, диодов типа КД102.
Под действием модулирующего напряжения емкости диодов VD1, VK2 изменяются: Таким образом, осуществляется частотная модуляция передатчика. С выхода генератора модулированный сигнал подается на усилитель мощности. Выходной усилитель выполнен на транзисторе VT4 типа КТ315. Он работает с высоким КПД в режиме класса «С». Усиленный сигнал поступает в рамочную антенну, выполненную в виде спирали. Спираль может быть любой формы, важно только, чтобы общая длина провода составляла 85—100 см, диаметр провода 1 мм.
Детали. Дроссели Др1, Др2 — любые, с индуктивностью около 30 мкГн. Катушки L1, L2, L3, L4, L5 — бескаркасные, диаметром 10 мм. Катушка L1 имеет 7 витков, L2 и L4 — по 4 витка, L3 и L5 — по 9 витков. Все катушки намотаны проводом ПЭВ 0,8 мм. Настройка передатчика особенностей не имеет.
Схема № 30. Радиопередатчик УКВ ЧМ диапазона с дальностью действия 300 м представлена на http://www.radiomaster.net/load/17-45/index.html. Этот передатчик при весьма малых размерах позволяет передавать информацию на расстоянии до 300 м. Прием сигнала может вестись на любой приемник УКВ ЧМ диапазона. Для питания может быть использован любой источник питания с напряжением 5—15 В. Схема передатчика приведена на рис. 3.33.
Задающий генератор передатчика выполнен на полевом транзисторе VT2 типа КП3ОЗ. Частота генерации определяется элементами L1, С5, СЗ, VD2. Частотная модуляция осуществляется путем подачи модулирующего напряжения звуковой частоты на варикап VD2 типа КВ109. Рабочая точка варикапа задается напряжением, поступающим через резистор R2 со стабилизатора напряжения.
Рис. 3.33. Радиопередатчик УКВ ЧМ диапазона с дальностью действия 300 м
Стабилизатор включает в себя генератор стабильного тока на полевом транзисторе VT1 типа КП103, стабилитрон VD1 типа КС147А и конденсатор С2.
Усилитель мощности выполнен на транзисторе VT3 типа КТ368. Режим работы усилителя задается резистором R4. В качестве антенны используется отрезок провода длиной 15–50 см.
Детали. Дроссели Др1 и Др2 могут быть любые, с индуктивностью 10—150 мГн. Катушки L1 и L2 наматываются на полистироловых каркасах диаметром 5 мм с подстроечными сердечниками 100 ВЧ или 50 ВЧ. Количество витков — 3,5 с отводом от середины, шаг намотки 1 мм, провод ПЭВ 0,5 мм. Вместо транзистора КПЗОЗ можно использовать КП302, КП307.
Какое пламя горячей? ФАКЕЛЬНИК / Хабр
Хомяки приветствуют вас, друзья!
Сегодняшний выпуск будет посвящен любопытной электронной свече, пламя которой имеет необычную природу происхождения. Генератор факельного разряда, второе народное название которого «Факельник». Их существует несколько видов, конкретно этот собран на обыкновенном транзисторе. В ходе рассказа узнаем как настроить такую систему и рассмотрим факторы которые, могут влиять на работу устройства. Параллельно будем экспериментировать с высокочастотными полями, зажигать экзотические лампочки, передавать энергию без проводов и в общем все как вы любите. Под конец попробуем довести генератор до критического состояния и посмотрим сколько он проработает.
Эта история начинается с одного человека, который написал мне в инстаграме что-то типа:
— Привет, я знаю как настраивать «Факельник»
Как раз в это время я пил пивас на кухне и думаю…
— Да, а чего это я не знаю как настраивать «Факельник», и начал разбираться
В принципе это устройство довольно простое, но из-за того что оно работает на высоких частотах свыше 10 МГц и довольно больших токах, в его основе должны лежать несколько специфические радиодетали.
Схема состоит всего из шести отдельных элементов и хомяк с любопытством спешит их изучить. Слева направо. Резонатор, дроссель по питанию, контурная индуктивность на керамике и контурный серый конденсатор, MOSFET транзистор на радиаторе и коричневый слюдяной конденсатор КСО. Эти кадры «как вы понимаете» снимались в самом конце, когда всё было настроено и резонансы были подогнаны друг к другу.
Принципиальная схема тут выглядит как те три березы в поле, но в них довольно легко можно потеряться. Более научно этот генератор называется Генератором Колпитца или ёмкостной трехточкой.
Изначально вся схема существовала в виде навесного монтажа, но показывать такое, как бы не принято, потому обвес транзистора приобретает более красивый вид. Точнее, не так. Длина всех проводников в обвязке транзистора должна быть как можно короче, чтобы в них различных паразитных наводок было как можно меньше.
Тут стоит супрессор на 18 вольт параллельно подстроечному резистору и несколько обычных резисторов в делителе затвора. Так же на ноге истока параллельно питанию схемы сидят девять керамических конденсаторов по 10 мкФ, в теории должно быть 90 мкФ, а по факту 73 мкФ. MOSFET транзитор должен размещаться на большом радиаторе, так как нагрев в процессе работы будет адский. Дроссель по питанию намотан на ферритовом 25 мм кольце и имеет 20 витков проводом 1 мм. Были попытки намотать дроссель на обычной керамике, но работа схемы при этом выглядела без изменений. Ферритовое кольцо компактней и в теории должно фильтровать ВЧ помехи идущие от «Факельника» к блоку питания.
Справа от транзистора разместился непревзойденный конденсатор КСО. В переводе аббревиатуры называется «конденсатор слюдяной опрессованный», если в конце стоит буква Т то он еще и термостойкий. В детстве я такие артефакты на помойку выкидывал, не подозревая что современные пленочные конденсаторы обладают собственной индуктивностью и диэлектриком который, греется на высоких частотах. Кроме того что внутри конденсаторов КСО находится слюдяной диэлектрик, так тут еще и обкладки состоят из настоящего серебра, правда его тут с гулькин нос, но тем не менее.
В общем когда мне понадобились такие высокочастотные конденсаторы, под рукой их конечно не оказалось. Небольшое количество для экспериментов мне прислал Юрий Попов, за что ему огромное спасибо. В дополнении к конденсаторам в почтовой коробке оказались детали к искровой катушке Тесла и многие другие ништяки, включая радиолампы. На цоколе одной из них есть надпись известного американского завода Westinghouse, это прямо коллекционный экспонат. Вообще мне по душе всякие старые радиодетали, потому в очередной визит на местный радиорынок я скупил все конденсаторы КСО которые, там были. Как говорится: запас карман не жмет, положу их в сейф и буду нырять в них как Скрудж Макдак в свое золото)
Так как схема у нас резонансная и ее нужно будет иногда подстраивать, добавим в параллель КСО-шке пластинчатый воздушный конденсатор переменной емкости, которая составляет от 10 до 940 пФ.
Самые важные элементы в конструкции генератора. Контурная катушка индуктивности и контурная емкость. Начнем с индуктивности. Моталась она на керамической основе от какого-то советского радиопередатчика. Использовать в этом деле сантехнические трубы не рекомендую, пластик будет нагреваться ВЧ полем и вносить лишние потери в работу схемы. Индуктор имеет диаметр 35 мм, содержит 9 витков и намотан медным проводом диаметром 1.5 мм. Шаг между витками в высокочастотной технике используют для уменьшения паразитной межвитковой емкости внутри катушки индуктивности. При намотке таких вещей применяют посеребренные проводники, чтоб уменьшить скин-эффект возникающий, при протекании переменного высокочастотного тока. Это уменьшает нагрев и в следствии улучшает характеристики контура.
Серый конденсатор. В данной схеме он не простой. К15У — это хитрая керамическая емкость которая имеет большую реактивную мощность. Грубо говоря это мощный конденсатор, который легко работает с большими переменными токами высокой частоты. У меня наверное со временем развилась какая-то болезнь, но при виде кучи конденсаторов у одного из торговцев черным деревом на радиорынке, тут же скупил все! Что касается точности, то 100 пФ значит 100 пФ несмотря на указанное 20-ти процентное отклонение.
Использовать конденсаторы КВИ-2 и КВИ-3 в схеме «Факельника» не рекомендую из-за их чрезмерного перегрева в процессе работы. Диэлектрик у них не предназначен для работы с такими высокочастотными токами.
Один знакомый прислал мне пару фоток, где у него КВИ-2 прекрасно выгорали как семечки. Что касается КВИ-3, то тут та же беда. Для сравнения, два конденсатора рассчитанные на одно и то же напряжение. Только у К15У емкость на 70 пФ меньше и при этом он по габаритам в два раза больше. Здесь размер как бы имеет значение) Вообще для этих дел идеально подойдут вакуумные конденсаторы, в них вообще нет диэлектрика. Нет диэлектрика — нет потерь, нет потерь — нет проблем. Только с габаритами тут выходит заминочка.
Следующий и последний элемент схемы факельного генератора это четвертьволновой резонатор. Грубо говоря это длинная линия в которой волны накладываются друг на друга, многократно усиливаются и вырываются в виде высоковольтного факела. В идеале его нужно мотать на керамической основе, но у меня она оказалась коротковатой для укладки нужной длины провода. Потому в ход пошли сантехнические трубы диаметром 32 мм. Тут намотано 70 витков проводом 1 мм. На этой замечательной ноте рассмотрение отдельных частей схемы генератора можно считать исчерпывающим.
Теперь можно переходить к настройке. Вкратце про схему. Это обычный однотактный усилитель, выполненный на одном полевом транзисторе. У него есть цепь смещения затвора, Г-образный фильтр, резонансный контур и делитель напряжения с положительной обратной связью на затвор, который превращает усилитель в автогенератор.
В начале нам необходимо отключить резонансный контур от схемы и выставить напряжения смещения на затворе. Для этого включим блок питания и установим на нем напряжение 20 вольт и ток скажем 3 ампера. Вставляем часовую отвертку в подстро́ечный резистор и начинаем его крутить в разные стороны. Наша задача поднять напряжение на затворе до такого уровня, когда ток покоя данного усилителя будет равен 100 миллиамперам. Напряжение при этом составило 3.6 вольта. Все, цифровой блок питания нам больше не понадобится, жалко если сгорит.
Заменим его импульсным блоком питания от ноутбука с напряжением 19 вольт и заявленным выходным током в 3 ампера. Интересно, но на активную нагрузку в виде нихромовой нити выходной ток равен 4 амперам, а напряжение просаживается до 10 вольт. А вот при работе с «Факельником» и напряжение что нужно, и ток выходит на ампер больше заявленного. Блоки от ноутбуков всегда удивляли своей выносливостью.
Что касается работы генератора, то все измерения в цепи питания рекомендую производить исключительно стрелочными приборами. Это связано с тем, что под воздействием высокочастотных полей все вокруг сходит с ума: вольтметр, амперметр который клещи, амперметр который китайский, разные электронные часы. Сходят с ума осветительные приборы, видеокамеры и люди, многие среди нас давно чокнулись, потому устройство действует не на всех. Шутка!
Вернемся к настройке устройства. Чуть ранее мы настроили ток покоя усилителя, теперь пора присоединить контур вместе с емкостным делителем напряжения и обратной связью.
Для начала индуктивность намотаем как можно больше, скажем 10 витков и по мере настройки будем их отматывать, если нужно. Как определиться с необходимой емкостью конденсатора? Берите 100 нФ и не ошибетесь. Проще отмотать пару витков от катушки индуктивности, чем каждый раз покупать новый конденсатор с другой емкостью. А шаг у них довольно большой, по 50 пик и выше.
Первое время пробовал подбирать емкость переменным конденсатором. Но из-за малого расстояния между пластинами их начинало шить высоким напряжением. А это не есть хорошо, так как он напрямую соединен с затвором транзистора. На многих форумах утверждают что после пробоя затвора высоким напряжением MOSFET моментально отправляется на помойку, но у меня все работает, шьет и работает. В дальнейшем этот конденсатор был вынесен на нижнее плечо емкостного делителя напряжения, так безопасней и он как бы не для того был создан.
Отмотав один виток от контурной катушки индуктивности, мы смогли найти резонанс. Это выражено по максимальной амплитуде сигнала на осциллографа, максимальному току потребления на амперметре и по максимальному отклонению стрелки индикатора электрического поля. Напряженность в горячей точке контура будет настолько высока, что если коснутся ее отверткой то можно вытягивать довольно длинные толстые дуги. Конечно же соблюдая при этом все меры безопасности!
Индикаторов для измерения полей в процессе экспериментов использовалось два. Первый, что в классическом исполнении реагирует исключительно на электрическое поле, и в зависимости от его напряженности будет отклонятся стрелка на шкале микроамперметра. Схема тут абсолютно не требует дополнительного питания.
Вкратце о работе стрелочного индикатора электрического поля. Сигнал, который наводится в антенне через разделительный конденсатор С1 поступает, на диодный детектор, построенный по схеме удвоения напряжения. Диоды здесь применены высокочастотные Д405. В результате на их выходе формируется постоянное напряжение, пропорциональное интенсивности сигнала поступающего на антенну. Конденсатор С2 является накопительным. Переменным резистором можно установить необходимую чувствительность устройства в процессе работы.
Второй прибор более современный. Но он уже реагирует на электромагнитные поля и в, зависимости от их плотности по возрастанию будут загораться светодиоды, а питается он от батарейки типа крона.
Современная реализация индикатора электромагнитного поля представляет собой прибор, построенный на кучке микросхем. Это устройство не найти в сети всемирной паутины, им поделился один хороший человек, который специализируется в сфере аналоговых металлодетекторов.
Схема устройства довольно проста. На быстродействующем операционнике MC33174 построен усилительный и детектирующий каскад, сигнал с которого поступает на компараторы микросхемы LM339, компараторы открываются по очереди и поступают на микросхему логики «исключающее или», которая хитрым образом зажигает индикацию только по одному светодиоду. Мало потребляющий таймер LMC555 формирует отрицательное напряжение для работы операционника и компаратора. Давайте закажем несколько плат на сайте Pcbway и посмотрим как это устройство работает на практике. Архив со всеми полезностями можно скачать тут.
После того как все спаяно, важно намотать хорошую катушку с индуктивностью в 15 мГн и пропитать ее эпоксидом для жесткости. Размер катушки: внутренний диаметр 34 мм, внешний 42 мм, а высота намотки 8 мм. Предпочтительней делать плоскую намотку, но у меня не нашлось нормальной приспособы для этих дел. Плата спроектирована под корпус Z14. Данный детектор был разработан для определения плотности электромагнитного поля в катушках металлодетекторов.
Вернемся к факельнику. Катушку индуктивности с её ВЧ полем можно смело называть индуктором, так как внутри него можно спокойно нагревать металлы. Не докрасна правда, но иголка разогревается достаточно чтобы воспламенить спичку. При длительной работе болт, который крепит керамику к основанию стеклотекстолита прожег в нем черное пятно. О напряженности поля в индукторе можно судить по неоновой лампочке, которая ярко вспыхивает вблизи горячего конца контура. Часто пользуюсь неоновыми лампочками для определения напряженных мест, напрягает когда схема может пробить если дотронутся куда не нужно.
И так, мы настроили резонанс в контуре, теперь наша задача намотать резонатор с конца которого будет вырываться тот самый факел ради которого мы тут собственно и собрались.
Прежде чем мы перейдем к этой части, давайте посмотрим как в поле индуктора зажигаются высокочастотные спектральные лампы ВСБ-2. Для тех кто впервые про них слышит, это такие ампулы из кварцевого стекла, внутри которых находятся различные химические элементы.
К примеру, натрий будет светить желтым светом, а галлий сиреневым. Каждый химический элемент излучает свой спектр с узкими атомными линиями, которые используются для калибровки различных спектрофотометрических устройств. Думаю на эту тему будет отдельный фильм, там есть что рассказать.
Давайте проведем расчет длины провода четвертьволнового резонатора. У нас известна рабочая частота 10.84 МГц. Воспользуемся простой формулой для определения длины волны. Для этого скорость света нужно поделить на частоту, получаем 27.6 метра. Делим результат на 4 и получаем необходимую длину провода для четвертьволнового резонатора.
Дальше берем рулетку, отмеряем нужный кусок провода согласно расчетам и наматываем его на керамическую оправку. В принципе все просто, если бы не одно, но! Так как провод при намотке укладывается виток к витку, у нашего резонатора появляется межвитковая емкость, которая может увести частоту и делать из него катушку, в которой будет происходить черт пойми что.
Разряды в итоге вышли очень маленькие. Домотаем еще провода и посмотрим что поменяется. Разряды стали толще и длинней. Дальше была взята сантехническая труба диаметров 32 мм и на нее намотано примерно метров 10 провода. Отматывая по витку визуально проводим наблюдение за величиной факела. На определенной длине провода схема была согласована и огонек с легкостью вырывался с терминала резонатора. Отсюда вывод: много провода — плохо, мало провода — тоже плохо. Мотаем заведомо больше витков, отматываем и наблюдаем за работой устройства.
На схеме это выглядит как согласование антенны с задающей частотой контура. Один конец резонатора не совсем висит в воздухе, он создает емкость между свободным концом и землей. В общем тут все сложно. Мне впервые довелось работать с такими высокими частотами и все что вы видели ранее, настраивалось исключительно экспериментальным путем.
У кого-то может возникнуть вопрос. Имеет ли значение в какую сторону мотать четвертьволновой резонатор. Отвечаю — нет! Что по часовой, что против часовой, факел был практически одинаковым. Идеальной настройкой системы можно считать тогда, когда вся энергия с контура передается прямиком в резонатор, многократно усиливаясь по амплитуде, что в результате приводит к вырыванию факела с конца терминала. Резонанс тут настолько острый, что простое влияние руки, создающая дополнительную емкость, сносит его на нет. На самом деле частоты в 10 МГц не такие уж и большие, но все настолько тонко и критично.
В процессе работы MOSFET транзистор вместе с массивным радиатором будут сильно нагреваться, а пирометр показывал температуру от 80 до 100 градусов. Контурная катушка индуктивности греется примерно так же. Конденсатору К15У такие высокочастотные токи вообще нипочем, нагревается до 40 градусов. Отсюда вывод: что радиатор вместе с контуром нужно охлаждать, но тут есть одно но, в процессе работы поток воздуха будет сдувать факел. Потому лучше пусть схема три минуты работает и три обдувается.
Некоторые особенности и предостережения при работе с устройством. Все настройки, которые были показаны ранее проводились с напряжением питания схемы не превышающие 20 вольт. Этого достаточно чтобы получить факел размеров в сантиметр — полтора. Из-за большой напряженности поля вокруг резонатора, часто начинал мигать свет на осветительных приборах, там этим делом управляет процессор и ему становится плохо. Один человек говорил, что у него паяльная станция сгорела рядом с таким генератором. У меня же на фотоаппарате поле влияло на объектив и его электронную систему фокусировки.
Отсюда вывод: все измерения при настройке следует проводить дистанционно, не подключая щупы к отдельным частям схемы. Есть риск спалить осциллограф.
Так же старайтесь не касаться проводов питания и любых металлических предметов рядом с работающим генератором, есть риск получить ожог высокочастотным током, который в них наводится. Пока делал эксперименты с передачей энергии без проводов, все пальцы пообжигал. В квартире при этом стоял запах жареной курицы. Приготовление себя довольно интересное занятие, но такие вавки довольно долго заживают.
Передача энергии без проводов. Так как ранее мы намотали два практически идентичных резонатора, то по теории они должны работать в резонансе друг с другом. Это хорошо видно по горячей длинной дуге, которая тянется с нижней части никуда не подключенной катушки. Если тут наводится такая энергия, то ее можно использовать для питания какой-нибудь лампочки.
Подключаем ее к контактам катушки и видим, что ничего не горит. С проводов при этом продолжают тянутся довольно горячие дуги. Сопротивление в виде лампочки параллельно катушке похоже ухудшает ее добротность и потому ничего не выходит.
Если подключить ее последовательно с резонатором, то это кардинально все меняет. Конец лампы подключается на землю. Тут главное правильно подобрать расстояние между катушками, иначе нить накала перегорит. Если к земляному концу лампы коснутся рукой, через отвертку конечно же, чтобы ожоги не получить, то лампа тут же загорается, при этом через несколько секунд от ВЧ токов начинает активно нагреваться палец изнутри. Эффект микроволновки так сказать.
Многие писали в инстаграме, что ко мне домой вот-вот пожалуют радиочастотные службы на чашку чая с судебными письмами. А ведь интересно, можно ли считать факельник радиопередатчиком? В проверке этого мифа мне помог один радиолюбитель, с которым мы живем практически по соседству, примерно в 5-ти километрах друг от друга. Он прямо фанат своего дела, у него дома куча различного оборудования, антенн и прочего интересного для выхода в радио эфир, его сканирования и прослушивания.
Мы с ним скоординировались и ровно в назначенное время начался эксперимент. Прием осуществлялся на USB приёмник RTL-SDR. Грубо говоря это такая штуковина, которая позволяет оцифровать и передать на компьютер кусок радиодиапазона, который комп обрабатывает и выдает картинку в виде водопада, где видно любые колебания что происходят в эфире. На частоте 11 МГц на протяжении всего испытания не было ни единого шороха. Прибор включали и выключали. На водопаде чистота и это несмотря на то, что в передатчик вкачивается почти 200 Вт мощности, с потерями на нагрев правда, но то такое. Для примера, старенькая игрушечная рация «Моторола» имеет мощность передатчика всего лишь в 0.5 Вт, но при этом пеленг пытался пробиваться с расстояния в 5 км.
Отсюда вывод: факельник способен забить эфир разве что вашим соседям по дому, которые слушали радио или смотрели футбол по телевизору. Потому радиочастотные службы могут спать спокойно. В отличии от моих соседей.
Переходим к самой интересной части программы. Какое же максимальное напряжение можно подавать на схему генератора? На форумах внятного ответа я не нашел, а проверить это имея регулируемый блок питания как два пальца. С увеличением напряжения растет длинна факела и незначительно вырастает ток потребления. Преодолев отметку в 50 вольт начал мигать свет. Помигал и перестал. Дальше двигаться нет смысла, просто наблюдал как долго оно проработает.
Как и полагается, все сгорело. Теперь по крайней мере понятно верхнюю границу мощности устройства, которую преодолевать не стоит. Настоящий джентльмен всегда и с интересом оценит разрушения, вызванные его экспериментом. Главное все делать в очках!
Температура радиатора составила градусов 200. Реактивная тяга с под ног транзистора заровняла текстолит, оставив черные следы. Закоптился так же радиатор, расплавился припой на smd конденсаторах. Ситуация с транзистором не совсем понятна, похоже переход сток-исток не выдержал издевательств, та как именно между этими ногами образовался прогар.
Меняем сгоревшую деталь и возвращаем генератор обратно в строй. Довольно компактное получилось устройство, ему не хватает только защиты от перегрева. Можно поставить на радиатор биметаллический датчик температуры, который будет размыкать цепь питания. Это важно, мосфеты как показала реальная практика сильно боятся перегрева.
Теперь давайте рассмотрим какие терминалы лучше использовать для выхода факельного разряда. Первый и самый тонкий это платиновая проволока, второй вольфрамовый электрод для сварки, третий вольфрам-ториевый электрод и четвертый это быстрорежущее сверло.
И так, платина в первые секунды начинает плавится, несмотря на то, что температура ее плавления почти 1800 градусов. Не подходит. Дальше вольфрам-ториевый электрод, вольфрамовый электрод и быстрорежущее сверло. Сказать что между ними есть какое-то отличие в работе, это ничего не сказать. За исключение вольфрам-ториевого электрода. Когда он прогреется, радиоактивный торий слегка ионизирует атомы воздуха, тем самым облегчая выход разряда из терминала. Температура плавления вольфрама сумасшедшая — 3422 °C, это абсолютный чемпион по тугоплавкости из всех существующих металлов.
Теперь давайте посмотрим как в высокочастотном поле загораются различные газоразрядные лампочки. Лампу дневного света мы уже видели, а ультрафиолетовую нет. Свечение у нее какое-то зелено-голубоватое что ли, на нее лучше долго не смотреть, а то и ослепнуть можно. Лучше возьмем что-либо попроще, это неоновая газоразрядная лампа ТН-30. У нее цвета переливаются из синего в красный, из красного в синий, довольно красиво. Спектральная лампа ЛТ-2 с содержанием талия. Оранжевым светит не талий, а тот же неон в качестве буферного газа. Разноцветные неонки. В общем набросал под факельник всего что было в хозяйстве.
Как по мне, самое красивое в этом всем эксперименте, это наблюдать как светятся различные экзотические лампы в необычной высокочастотной среде. Я не знаю что там происходит с яйцами в штанах, но злоупотреблять здоровьем своих соседей, а уж тем более своим, с такими высокочастотными полями в течении длительного времени не стоит.
Этот выпуск снимался около двух месяцев, а материала было отснято намного больше чем было показано. В дальнейших планах, куча интересных проектов. Ламповый факельник, различные спектральные лампы в ВЧ полях и прочий беспредел. Если все пойдет по плану конечно. Как было сказано в одной советской хронике…
Для справки. Этот выпуск и возможно два следующих появились благодаря людям в инстаграме, которые поделились своим опытом, материалом и знаниями в разных областях науки и техники. Прям как то название в том советском журнале «Наука и техника». Я то на самом деле обычный двоечник, который мало что учил в школе пытаясь понять как работает мир вне страниц книг и рамок школьного дневника.
Полное видео проекта на YouTube
Архив с полезностями
Наш Instagram
Подписчик, который подал идею с факельником
Объяснение 10 схем генератора полезных функций
В этом посте мы узнаем, как построить 10 простых, но полезных схем генератора функций, используя IC 4049, IC 8038, IC 741, IC 7400, транзисторы, UJT и т. Д. Для генерации точных прямоугольных волн, треугольников волны и синусоиды за счет простых операций переключения.
1) Использование IC 4049
Используя только одну недорогую CMOS IC 4049 и несколько отдельных модулей, легко создать надежный функциональный генератор, который будет обеспечивать диапазон из трех форм волны вокруг звукового спектра и за его пределами.
Целью статьи было создание базового, экономичного генератора частоты с открытым исходным кодом, который легко сконструировать и использовать всем любителям и профессионалам лабораторий.
Эта цель, несомненно, была достигнута, поскольку схема обеспечивает множество синусоидальных, прямоугольных и треугольных сигналов, а частотный спектр примерно от 12 Гц до 70 кГц использует только одну ИС шестнадцатеричного инвертора CMOS и несколько отдельных элементов.
Без сомнения, архитектура может не обеспечивать эффективность более продвинутых схем, особенно с точки зрения согласованности формы сигнала на повышенных частотах, но, тем не менее, это невероятно удобный инструмент для анализа звука.
Для версии Bluetooth вы можете прочитать эту статью
Блок-схема
Основы работы схемы из показанной выше блок-схемы. Основная часть функционального генератора — это генератор треугольников / прямоугольных импульсов, который состоит из интегратора и триггера Шмита.
Когда на выходе триггера Шмитта высокий уровень, напряжение, возвращаемое с выхода Шмитта на вход интегратора, позволяет выходу интегратора становиться отрицательным, прежде чем он превысит нижний выходной уровень триггера Шмитта.
На этом этапе выход триггера Шмитта является медленным, поэтому небольшое напряжение, подаваемое на вход интегратора, позволяет ему положительно нарастать до того, как будет достигнут верхний уровень триггера Шмитта.
Выходной сигнал триггера Шмитта снова становится высоким, а выходной сигнал интегратора снова становится отрицательным, и так далее.
Положительная и отрицательная развертки на выходе интегратора представляют собой треугольную форму волны, амплитуда которой вычисляется с помощью гистерезиса триггера Шмитта (т.е. разница между верхним и нижним пределами триггера).
Триггер Шмитта, естественно, представляет собой прямоугольную волну, состоящую из чередующихся состояний высокого и низкого выходного сигнала.
Выходной сигнал треугольника подается на формирователь диода через буферный усилитель, который округляет максимумы и минимумы треугольника для создания сигнала, приближенного к синусоидальному.
Затем с помощью трехпозиционного селекторного переключателя S2 можно выбрать каждую из трех форм сигнала и подать ее на выходной буферный усилитель.
Как работает схема
Полная принципиальная схема функционального генератора CMOS, как показано на рисунке выше. Интегратор полностью построен с использованием КМОП-инвертора N1, в то время как механизм Шмитта включает 2 инвертора с положительной обратной связью. Это N2 и N3.
На следующем изображении показаны детали распиновки IC 4049 для применения в приведенной выше схеме.
Схема работает следующим образом; учитывая, что на данный момент дворник P2 находится в самом нижнем положении, а выход N3 высокий, ток эквивалентен:
Ub — U1 / P1 + R1
проходит через R1 и p1, где Ub указывает напряжение питания и Ut пороговое напряжение N1.
Поскольку этот ток не может пройти на вход с высоким импедансом инвертора, он начинает течь в направлении C1 / C2 в зависимости от того, какой конденсатор переключается в линию переключателем S1.
Таким образом, падение напряжения на C1 уменьшается линейно, так что выходное напряжение N1 линейно возрастает до достижения нижнего порогового напряжения триггера Шмитта, как только выход триггера Шмитта становится низким.
Теперь ток, эквивалентный -Ut / P1 + R1 , протекает через R1 и P1.
Этот ток всегда протекает через C1, так что выходное напряжение N1 увеличивается экспоненциально, пока не будет достигнуто максимальное предельное напряжение триггера Шмитта, выходное напряжение триггера Шмитта возрастет, и весь цикл начнется заново.
Для сохранения симметрии треугольной волны (т.е. с одинаковым наклоном как для положительной, так и для отрицательной части формы волны) токи нагрузки и разряда конденсатора должны быть идентичны, то есть Uj, -Ui должны быть идентичны Ут.
Однако, к сожалению, Ut, определяемое параметрами преобразователя CMOS, обычно составляет 55%! Напряжение источника Ub = Ut составляет примерно 2,7 В при 6 В и Ut примерно при 3,3 В.
Эта проблема решена с помощью P2, который требует изменения симметрии. На данный момент примите во внимание, что тайский R связан с положительной линией питания (позиция A).
Независимо от настройки P2, высокое выходное напряжение триггера Шмитта всегда остается 11.
Тем не менее, когда выход N3 низкий, R4 и P2 устанавливают делитель потенциала, так что, исходя из конфигурации дворника P2, напряжение между 0 В. до 3 В можно было вернуть обратно в P1.
Это гарантирует, что напряжение больше не -Ut, а Up2-Ut. Если напряжение ползунка P2 составляет около 0,6 В, тогда Up2-Ut должно быть около -2,7 В, поэтому токи зарядки и разрядки будут идентичными.
Очевидно, что из-за допуска в значении Ut регулировка P2 должна выполняться в соответствии с определенным функциональным генератором.
В ситуациях, когда Ut составляет менее 50 процентов входного напряжения, может оказаться целесообразным подключение верхней части R4 к земле (положение B).
Можно найти пару частотных шкал, которые будут назначены с помощью S1; От 12 Гц до 1 кГц и от 1 кГц до примерно 70 кГц.
Регулировка дискретной частоты осуществляется посредством P1, который изменяет ток заряда и разряда C1 или C2 и, таким образом, частоту, с которой интегратор нарастает и опускается.
Прямоугольный выходной сигнал от N3 отправляется в буферный усилитель через переключатель выбора формы сигнала S2, который состоит из пары инверторов, смещенных как линейный усилитель (подключенных параллельно для повышения эффективности их выходного тока).
Выходной сигнал треугольной волны обеспечивается через буферный усилитель N4, а оттуда переключателем выбора на выход буферного усилителя.
Кроме того, выходной сигнал треугольника от N4 добавляется к формирователю синусоиды, состоящему из R9, R11, C3, Dl и D2.
D1 и D2 потребляют небольшой ток примерно до +/- 0,5 вольт, но их различное сопротивление падает за пределы этого напряжения и логарифмически ограничивает максимумы и минимумы треугольного импульса, чтобы создать эквивалент синусоиды.
Синусоидальный выходной сигнал передается на выходной усилитель через C5 и R10.
P4, который изменяет коэффициент усиления N4 и, следовательно, амплитуду треугольного импульса, подаваемого на формирователь синуса, изменяет прозрачность синуса.
Слишком низкий уровень сигнала, и амплитуда треугольника будет ниже порогового напряжения диода, и он будет работать без изменений, а при слишком высоком уровне сигнала максимумы и минимумы будут сильно ограничены, тем самым обеспечивая не правильно сформированная синусоида.
Входные резисторы выходного буферного усилителя выбраны таким образом, чтобы все три формы сигналов имели номинальное выходное напряжение от пика до минимума около 1.2 В. Уровень выхода можно изменить через P3.
Процедура настройки
Метод регулировки заключается в простом изменении симметрии треугольника и чистоты синусоиды.
Кроме того, симметрия треугольника идеально оптимизирована путем исследования входной прямоугольной волны, поскольку симметричный треугольник получается, если скважность прямоугольной волны составляет 50% (интервал между отметками 1–1).
Для этого необходимо настроить предустановку P2.
В ситуации, когда симметрия увеличивается, когда дворник P2 перемещается вниз к выходу N3, но правильная симметрия не может быть достигнута, верхняя часть R4 должна быть соединена в альтернативном положении.
Чистота синусоиды изменяется путем регулировки P4 до тех пор, пока форма волны не станет «идеальной», или путем изменения минимального искажения только при наличии измерителя искажений, который необходимо проверить.
Поскольку напряжение питания влияет на выходное напряжение различных форм сигналов и, следовательно, на чистоту синуса, схема должна питаться от надежного источника питания 6 В.
Когда батареи используются в качестве источников питания, никогда не следует заставлять их разряжаться слишком сильно.
КМОП-микросхемы, используемые в качестве линейных схем, потребляют более высокий ток, чем в обычном режиме переключения, и, следовательно, напряжение питания не должно превышать 6 В, иначе ИС может нагреться из-за сильного рассеивания тепла.
Еще одним отличным способом построения схемы функционального генератора может быть IC 8038, как объяснено ниже
2) Схема функционального генератора с использованием IC 8038
IC 8038 — это прецизионный генератор сигналов IC, специально разработанный для создания синусоидальных, квадратных и треугольные формы выходного сигнала за счет минимального количества электронных компонентов и манипуляций.
Его рабочий частотный диапазон может быть определен с помощью 8 частотных шагов, начиная с 0,001 Гц до 300 кГц, путем соответствующего выбора подключенных элементов дистанционного управления.
Частота колебаний чрезвычайно устойчива независимо от колебаний температуры или напряжения питания в широком диапазоне.
Кроме того, функциональный генератор IC 8038 предлагает рабочий диапазон частот до 1 МГц. Ко всем трем выходным сигналам основной формы сигнала, синусоидальному, треугольному и квадратному, можно одновременно получить доступ через отдельные выходные порты схемы.
Частотный диапазон 8038 можно изменять с помощью внешнего источника напряжения, хотя ответ может быть не очень линейным.Предлагаемый генератор функций также обеспечивает как регулируемую симметрию треугольника, так и регулируемый уровень искажения синусоидальной волны.
3) Функциональный генератор с использованием IC 741
Эта схема функционального генератора на основе IC 741 обеспечивает повышенную гибкость тестирования по сравнению с типичным генератором синусоидального сигнала, давая вместе прямоугольные и треугольные волны 1 кГц, и это недорогое и очень простое строить. Судя по всему, выходной сигнал составляет примерно 3 В пикап на прямоугольную волну и 2 В среднеквадратичное значение. в синусоиде.Переключаемый аттенюатор может быть быстро включен, если вы хотите более бережно относиться к проверяемой цепи.
Как собрать
Начните набивать детали на печатную плату, как показано на схеме компоновки компонентов, и убедитесь, что полярность стабилитрона, электролитов и микросхем соблюдена правильно.
Как настроить
Чтобы настроить схему простого функционального генератора, просто выполните точную настройку RV1 до тех пор, пока синусоида не окажется немного ниже уровня ограничения. Это дает вам наиболее эффективную синусоиду через осциллятор.Квадрат и треугольник не требуют особых настроек или настроек.
Как это работает
- В этой схеме функционального генератора IC 741 микросхема IC1 сконфигурирована в виде генератора моста Вина, работающего на частоте 1 кГц.
- Регулировка амплитуды осуществляется диодами D1 и D2. Выход из этой ИС подается либо на выходной разъем, либо на схему возведения в квадрат.
- Он подключен к SW1a посредством C4 и представляет собой триггер Шмидта (Q1 -Q2).Стабилитрон ZD1 работает как триггер без истеризации.
- Интегратор IC2, C5 и R10 генерирует треугольную волну из входной прямоугольной волны.
4) Простой генератор функций UJT
Однопереходный генератор, показанный ниже, является одним из самых простых генераторов пилы. Два его выхода дают, а именно пилообразную форму волны и последовательность запускающих импульсов. Волна нарастает от примерно 2V (точка впадины, Vv) до максимального пика (Vp). Пиковая точка зависит от источника питания Vs и коэффициента выдержки BJT, который может варьироваться примерно от 0.От 56 до 0,75, при этом 0,6 является обычным значением. Период одного колебания составляет примерно:
t = — RC x 1n [(1 — η) / (1 — Vv / Vs)]
, где «1n» означает использование натурального логарифма. Принимая во внимание стандартные значения, Vs = 6, Vv = 2 и η = 0,6, приведенное выше уравнение упрощается до:
t = RC x 1n (0,6)
Поскольку зарядка конденсатора является инкрементальной, пилообразная величина увеличивается. наклон не линейный. Для многих аудиоприложений это не имеет особого значения.На рисунке (b) показан зарядный конденсатор через цепь постоянного тока. Это позволяет спуску идти прямо вверх.
Скорость заряда конденсатора теперь постоянна, независимо от Vs, хотя Vs по-прежнему влияет на точку пика. Поскольку ток зависит от усиления транзистора, простой формулы для измерения частоты не существует. Эта схема предназначена для работы с низкими частотами и реализована в виде генератора пилообразного сигнала.
5) Использование операционных усилителей LF353
Два операционных усилителя используются для построения точной схемы генератора прямоугольных и треугольных сигналов.В комплект LF353 входят два операционных усилителя JFET, которые лучше всего подходят для этого приложения.
Частоты выходного сигнала рассчитываются по формуле f = 1 / RC . Схема демонстрирует чрезвычайно широкий рабочий диапазон без каких-либо искажений.
R может иметь любое значение от 330 Ом до около 4,7 М; C может иметь любое значение от 220 пФ до 2 мкФ.
Как и в описанной выше концепции, два операционных усилителя используются в следующей синусоидальной схеме генератора косинусоидальной волновой функции.
Они генерируют синусоидальные сигналы почти идентичной частоты, но не совпадают по фазе на 90 °, поэтому выходной сигнал второго операционного усилителя называется косинусоидальной волной.
На частоту влияет набор допустимых значений R и C. R находится в диапазоне от 220k до 10 M; C составляет от 39 пФ до 22 нФ. Связь между R, C и / или немного сложна, так как она должна отражать значения других резисторов и конденсаторов.
Используйте R = 220 кОм и C = 18 нФ в качестве начальной точки, которая обеспечивает частоту 250 Гц.Стабилитроны могут быть маломощными диодами на выходе 3,9 В или 4,7 В.
6) Функциональный генератор, использующий TTL IC
Пара вентилей 7400 quad двухвходового логического элемента NAND составляет фактическую схему генератора для этой схемы генератора функций TTL. Кристалл и регулируемый конденсатор работают как система обратной связи на входе затвора U1-a и выходе затвора U1-b. Затвор U1-c функционирует как буфер между каскадом генератора и выходным каскадом U1-d.
Переключатель S1 действует как переключаемый вручную элемент управления затвором для включения / выключения прямоугольного выходного сигнала U1-d на выводе 11.При разомкнутом S1, как указано, прямоугольный сигнал генерируется на выходе, а после закрытия равный сигнал отключается.
Переключатель можно заменить логическим вентилем для цифрового управления выходом. Почти идеальная размах синусоидального сигнала от 6 до 8 В создается в точке соединения C1 и XTAL1.
Импеданс на этом переходе очень высок и не может обеспечить прямой выходной сигнал. Транзистор Q1, настроенный как усилитель эмиттер-повторитель, обеспечивает высокое входное сопротивление для синусоидального сигнала и низкое выходное сопротивление для внешней нагрузки.
Схема запускает почти все типы кристаллов и работает с частотами кристаллов от менее 1 МГц до более 10 МГц.
Как настроить
Настройка этой простой схемы генератора функций TTL может быть быстро инициирована следующими пунктами.
Если у вас есть осциллограф, подключите его к прямоугольному выходу U1-d на контакте 11 и расположите C1 в центре диапазона, который обеспечивает наиболее эффективную форму выходного сигнала.
Затем наблюдайте за выходным синусоидальным сигналом и отрегулируйте C2 для получения наилучшего вида сигнала.Вернитесь к ручке управления C1 и немного отрегулируйте ее взад и вперед, пока на экране осциллографа не будет получен наиболее здоровый синусоидальный сигнал.
Список деталей
РЕЗИСТОРЫ
(Все резисторы имеют -ватт, 5% единиц.)
RI, R2 = 560 Ом
R3 = 100k
R4 = 1k
Полупроводники
U1 = IC 7400
Q1 = IC 7400
Q1 = 2N3904 Кремниевый транзистор NPN
Конденсаторы
C1, C2 = 50 пФ, подстроечный конденсатор
C3, C4 = 0,1 мкФ, керамический дисковый конденсатор
Разное
S1 = Тумблер SPST
XTAL1 = Any Crystal (см. text)
7) Схема наилучшей синусоидальной формы с кварцевым управлением
Следующий генератор сигналов представляет собой двухтранзисторную схему кварцевого генератора, которая работает превосходно, дешево в сборке и не требует катушек или дросселей.Цена зависит в первую очередь от используемого кристалла, так как общая стоимость других элементов не должна составлять несколько долларов. Транзистор Q1 и несколько смежных частей образуют схему генератора.
Земля для кристалла направляется через C6, R7 и C4. В переходе C6 и R7, который имеет довольно маленький импеданс, РЧ передается на усилитель эмиттер-повторитель Q2.
Форма волны на переходе C6 / R7 действительно почти идеальная синусоида. Выходной сигнал на эмиттере Q2 имеет амплитуду от 2 до 6 вольт от пика до пика в зависимости от значений добротности кристалла и конденсаторов C1 и C2.
Значения C1 и C2 определяют частотный диапазон цепи. Для кварцевых частот ниже 1 МГц C1 и C2 должны быть 2700 пФ (0,0027 пФ). Для частот от 1 МГц до 5 МГц это могут быть конденсаторы емкостью 680 пФ; и для 5 МГц и 20 МГц. можно применить конденсаторы емкостью 200 пФ.
Вы могли бы попробовать протестировать эти конденсаторы, чтобы получить наилучший синусоидальный выходной сигнал. Кроме того, регулировка конденсатора C6 может влиять на два выходных уровня и общую форму сигнала.
Список деталей
РЕЗИСТОРЫ
(Все резисторы — ватт, 5% единиц.)
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270 Ом
R8-100k
КОНДЕНСАТОРЫ
C1, C2 —См. Текст
C3, C5-0,1-пФ, керамический диск
C6-10 пФ до 100 пФ, подстроечный резистор
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Q1, Q2-2N3904
XTAL1 — См. Текст
Цепь генератора с пилообразными зубьями
Пилообразный генератор В схеме части Q1, D1-D3, R1, R2 и R7 сконфигурированы как простая схема генератора постоянного тока, которая заряжает конденсатор C1 постоянным током.Этот постоянный зарядный ток создает линейно возрастающее напряжение по C1.
Транзисторы Q2 и Q3 устроены как пара Дарлингтона, чтобы протолкнуть напряжение через C1 на выход без нагрузки или искажающих эффектов.
Как только напряжение вокруг C1 увеличивается примерно до 70% от напряжения питания, активируется вентиль U1-a, запускающий выход U1-b на высокий уровень и кратковременное включение Q4; который продолжает гореть, пока конденсатор C1 разряжается.
Это завершает один цикл и запускает следующий.Выходная частота схемы регулируется R7, который обеспечивает нижнюю частоту около 30 Гц и верхнюю частоту около 3,3 кГц.
Частотный диапазон можно увеличить, уменьшив значение C1, и уменьшить, увеличив значение C1. Чтобы контролировать пиковый ток разряда Q4. C1 не должно быть больше 0,27 мкФ.
Список запчастей
8) Схема функционального генератора с использованием пары микросхем IC 4011
В основе этой схемы фактически лежит генератор моста Вина, который предлагает синусоидальный выходной сигнал.Затем извлекаются квадратные и треугольные формы сигналов.
Генератор моста Вина построен с использованием логических элементов CMOS NAND с N1 по N4, а стабилизация амплитуды обеспечивается транзистором T1 и диодами D1 и D2.
Эти диоды, возможно, должны быть подобраны комплектом из двух для минимального искажения. Потенциометр регулировки частоты P1 также должен быть высококачественным стереопотенциометром с дорожками внутреннего сопротивления, спаренными с допуском в пределах 5%.
Предустановка R3 дает возможность регулировки для минимального искажения, и в случае использования согласованных частей для D1, D2 и P1 общее гармоническое искажение может быть ниже 0.5%.
Выходной сигнал генератора моста Вина подается на вход N5, который смещен в свою линейную область и функционирует как усилитель. Логические элементы NAND N5 и N6 совместно усиливают и ограничивают выходной сигнал генератора для генерации прямоугольной волны.
На рабочий цикл формы волны относительно влияют пороговые потенциалы N5 и N6, однако он находится в непосредственной близости от 50%.
Выходной сигнал затвора N6 подается в интегратор, построенный с использованием логических элементов И-НЕ N7 и N8, который согласовывается с прямоугольной волной для получения треугольной формы волны.
Амплитуда треугольной формы сигнала наверняка зависит от частоты, а поскольку интегратор просто не очень точен, линейность дополнительно отклоняется относительно частоты.
На самом деле изменение амплитуды довольно тривиально, учитывая, что функциональный генератор часто используется вместе с милливольтметром или осциллографом, и выходной сигнал можно легко проверить.
9) Схема функционального генератора с использованием LM3900 Norton Op Amp
Чрезвычайно удобный функциональный генератор, который снизит стоимость оборудования, а также цену, может быть построен с помощью одного четырехъядерного усилителя Norton IC LM3900.
Если из этой схемы исключить резистор R1 и конденсатор C1, полученная установка будет общей для генератора прямоугольных импульсов с усилителем Norton, с током синхронизации, входящим в конденсатор C2. Подключение интегрирующего конденсатора C1 к генератору прямоугольных импульсов создает на выходе реалистично точную синусоидальную волну.
Резистор R1, который помогает дополнить постоянные времени схемы, позволяет регулировать выходную синусоидальную волну для минимального искажения. Идентичная схема позволяет вам подключить выход синусоидальной волны к стандартному подключению для генератора прямоугольных / треугольных волн, разработанного с двумя усилителями Norton.
Как показано на рисунке, треугольный выход работает как вход для синусоидального усилителя.
Для значений деталей, указанных в этой статье, рабочая частота схемы составляет приблизительно 700 герц. Резистор R1 можно использовать для регулировки наименьшего искажения синусоидальной волны, а резистор R2 можно использовать для регулировки симметрии прямоугольной и треугольной волн.
Четвертый усилитель в четырехъядерном корпусе Norton можно использовать в качестве выходного буфера для всех трех выходных сигналов.
10) Функциональный генератор с использованием IC 566
IC 566 идеально подходит для создания испытательного генератора с помощью его внутреннего генератора, управляемого напряжением (VOC). Схема предназначена для питания отдельных выходов, предлагающих треугольные и прямоугольные волны, а также набор положительных и отрицательных выходов пиковых сигналов. Амплитуда прямоугольного сигнала составляет 5 В пик-пик, остальные формы сигнала — 1,5 В пик-пик. Частота зависит от емкости конденсатора, подключенного к выводу 7 ИС.
Рекомендуется использовать танталовые конденсаторы вместо электролитических. Выходы этого функционального генератора IC 566 созданы для работы с высокоомными нагрузками. Транзисторный буферный каскад необходим в дополнение к оборудованию с низким входным импедансом.
Генератор функции точечной синусоиды
На следующем рисунке показана схема, в которой в качестве интегратора используется микросхема IC 7556.
Когда на интегратор подается сигнал прямоугольной формы от таймера, он преобразует его в сигнал треугольной формы.Когда треугольный сигнал подается на другой интегратор, он преобразуется в синусоидальную волну. С помощью очень простой схемы этот метод можно использовать для создания довольно чистой синусоидальной волны заданной частоты. В этой версии все три основные формы волны — квадрат, треугольник и синусоида — генерируются с почти одинаковыми размахом напряжения. Амплитуда синусоиды, размах 3 В при напряжении питания 9 В, почти сравнима со среднеквадратичным значением 1 В, что является полезной величиной для тестирования звука.
Цель этого точечного синусоидального генератора состоит в том, чтобы на всех трех выходах было примерно одинаковое выходное напряжение, чтобы другие схемы можно было быстро проверить на чувствительность к различным формам сигналов. При размахе напряжения, равном одной трети напряжения питания, треугольная волна определяет начальное значение.
Прямоугольная волна изначально имеет значение напряжения питания, поскольку оно меняется от шины к шине, хотя она ослабляется почти до требуемого значения с помощью двух резисторов R4 и R5.Эти два резистора можно удалить, если в них нет необходимости. Вход lC2b, второго интегратора, связан с треугольной волной.
Из-за входных напряжений и токов смещения, выход интегратора может окончательно дрейфовать в максимально возможной степени в сторону одной из шин питания, если не используется какая-либо форма обратной связи по постоянному току. Следовательно, lC2b связан по переменному току с входным сигналом через C4, а большой резистор обратной связи R8 поддерживает правый выходной уровень постоянного тока. Уровни этих двух компонентов достаточны для предотвращения искажения сигнала на рабочей частоте.Настройки R7 и C5 регулируют выходную амплитуду до желаемого уровня, составляющего примерно одну треть размаха напряжения питания. частота определяется. по формуле:
f = 1 / 1,333 x R6 x C5
Этот метод дает довольно хороший синусоидальный сигнал с единственным недостатком, заключающимся в том, что частота не может быть легко изменена. Любое изменение входной частоты для второго интегратора потребует изменения значений RT и C5 для сохранения правильной выходной амплитуды синусоидального сигнала, и быстрого метода для этого не существует.
Высоковольтный ВЧ-генератор — Химический факультет
Рональд М. Джонс
УНИВЕРСИТЕТ ЮТА
Химический факультет Лаборатория электроники
Этот сайт содержит руководство пользователя, фотографии, схемы, технические описания, и др. для ВЧ генераторов, разработанных отделом химии Университета штата Юта. электронная лаборатория. Устройство оптимизировано для питания волноводов и ловушек высокочастотных ионов, а также некоторые из его преимуществ перед другими схемами, а также некоторая история приведены в статья в Review of Scientific Instruments («Простой радиочастотный источник питания» для ионных проводников и ловушек », Рональд М.Джонс, Дитер Герлих и Скотт Л. Андерсон, Rev. Sci. Instrum. 68 (1997) 3357-62). Цель этого документа — предоставить дополнительная практическая информация по конструкции, и чтобы мы могли обновить схему диаграмму по мере того, как дизайн продолжает развиваться.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Приведенная здесь информация относится к генераторам, изготовленным в университете. штата Юта, и поэтому большая часть информации будет иметь лишь ограниченное использование, однако общие описания схем, фотографии и т. д.может быть полезным, помогая кому-либо желающие построить собственный генератор. В этой схеме используются ВЧ высокого напряжения и Потенциалы постоянного тока могут быть смертельными . Изготовление и эксплуатация этих устройств должны выполняться только теми, у кого есть хорошее понимание опасностей. Университет Юты и авторы принимают не несет ответственности за травмы или ущерб, вызванные недостатками нашей конструкции или вашей неспособностью выполнять упражнения уход при строительстве или эксплуатации.Если вас это не устраивает, то придерживайтесь к коммерческому оборудованию. Университет Юты и авторы не обязаны предоставлять любая дальнейшая техническая помощь.
Краткий обзор генератора:
Генератор представляет собой генератор высокого напряжения. Он используется в лаборатории для создания сбалансированного, ВЧ поле высокого напряжения. То есть есть два выходных вывода, которые повернуты на 180 градусов. не в фазе друг с другом.Генератор используется для доставки RF к многополюсным ионам. ловушки и направляющие, о которых говорилось в статье RSI. Генератор должен работать в любом аналогичная ситуация, когда нагрузка представляет собой стабильный конденсатор, а паразитные потери потребляют только небольшое количество мощности.
В конструкции используются две передающие вакуумные лампы 6146B, поперечно соединенные в двухтактном режиме.
конфигурация генератора.Настроенная схема генератора состоит из регулируемого
катушка с ответвлениями и переменный конденсатор высокого напряжения. Выходная нагрузка (ионовод / ловушка)
подключается непосредственно через настроенную схему и фактически становится частью настроенной
схема. Таким образом, он не требует схемы согласования импеданса и подаваемого напряжения.
к нагрузке точно такое же, как напряжение на настроенной цепи.
Генераторы также содержат схему ключей, которая позволяет переключать генераторы.
включение и выключение с помощью логического сигнала TTL, а время нарастания RF может быть отрегулировано.В
во многих приложениях эта схема ключа не требуется, и генератор просто
работал в режиме CW. В этом случае схему кодирования можно не включать.
На выходы может подаваться постоянное напряжение холостого хода, а дифференциальное напряжение
между двумя выходами может быть применена полярность. Частота регулируется от
от нескольких сотен кГц до примерно 25 МГц. Генератор RF содержится в шасси
это около 8 дюймов.(20,3 см) в ширину, 9 дюймов (22,9 см) в высоту и 12 дюймов (30,5 см) в глубину ..
Генератор питается от внешнего источника постоянного тока высокого напряжения, который должен быть регулируемым.
от 0 до 600 В, с выходным сигналом не менее 50 мА.
Технические характеристики:
частотный диапазон: приблизительно 100 кГц — 25 МГц
выходное напряжение от пика до пика. 75 Vpp — 1200 Vpp
напряжение холостого хода — 0 В — +/- 100 В постоянного тока
Ссылки на:
Домашняя страница ВЧ-генераторов
Фотогалерея
Схема и описание секции РФ
Схема и описание блока ключей
Источники труднодоступных запчастей
Руководство пользователя
Домашняя страница факультета химии Университета Юты
Технические характеристики SG380 | |
Установка частоты | |
| Частотные диапазоны | DC до 62.5 МГц (выход BNC, все модели) |
| SG382 | от 950 кГц до 2,025 ГГц (выход N-типа) |
| SG384 | от 950 кГц до 4,05 ГГц (выход N-типа) |
| SG386 | от 950 кГц до 6,075 ГГц (выход N-типа) |
| Стабильность частоты | <1 × 10 -11 (дисперсия Аллана 1 с) |
| Разрешение по частоте | 1 мкГц на любой частоте |
| Скорость переключения | <8 мс (с точностью до 1 ppm) |
| Погрешность частоты | <(10 –18 + ошибка временной развертки) × f C |
Выход BNC на передней панели | |
| Диапазон частот | DC до 62.5 МГц |
| Амплитуда | от 1,00 до 0,001 В среднекв. |
| Смещение | ± 1,5 В постоянного тока |
| Разрешение смещения | 5 мВ |
| Макс. экскурсия | 1,817 В (амплитуда + смещение) |
| Разрешение по амплитуде | <1% |
| Точность амплитуды | ± 5% |
| Гармоники | <-40 дБн |
| Ложный | <-75 дБн |
| Выходная муфта | постоянный ток, 50 Ом ± 2% |
| Пользовательская нагрузка | 50 Ом |
| Обратная защита | ± 5 В постоянного тока |
Передняя панель, выход типа N | |
| Диапазон частот | |
| SG382 | 950 кГц до 2.025 ГГц |
| SG384 | от 950 кГц до 4,05 ГГц |
| SG386 | от 950 кГц до 6,075 ГГц |
| Выходная мощность | |
| SG382 | от +16,5 дБм до -110 дБм |
| SG384 | +16.От 5 дБм до -110 дБм (<3 ГГц) |
| SG386 | от +16,5 дБм до -110 дБм (<4 ГГц) |
| Выход напряжения | |
| SG382 | от 1,5 В до 0,7 мкВ (среднекв.) |
| SG384 | от 1,5 В до 0,7 мкВ (<3 ГГц) |
| SG386 | 1.От 5 В до 0,7 мкВ (<4 ГГц) |
| Разрешение по мощности | 0,01 дБм |
| Погрешность мощности | ± 1 дБ (± 2 дБ выше 4 ГГц и выше +5 дБмВт или ниже -100 дБмВт) |
| Выходная муфта | переменный ток, 50 Ом |
| Пользовательская нагрузка | 50 Ом |
| КСВ | <1.6 |
| Обратная защита | 30 В постоянного тока, +25 дБмВт RF |
Спектральная чистота ( RF Out для 1 ГГц * ) | |
| Субгармоники | Нет (удвоитель не используется ниже 4 ГГц) |
| Гармоники | <-25 дБн (<+7 дБмВт на выходе типа N) |
| Ложный | |
| смещение <10 кГц | <-65 дБн |
| > смещение 10 кГц | <-75 дБн |
| Фазовый шум (тип.) | |
| Смещение 10 Гц | -80 дБн / Гц |
| Смещение 1 кГц | -102 дБн / Гц |
| Смещение 20 кГц | -116 дБн / Гц (SG382 и SG384), -114 дБн / Гц (SG386) |
| Смещение 1 МГц | -130 дБн / Гц (SG382 и SG384), -124 дБн / Гц (SG386) |
| Остаточный FM (тип.) | , среднеквадратичное значение, 1 Гц (полоса пропускания от 300 Гц до 3 кГц) |
| Остаточный AM (тип.) | 0,006% среднеквадратичного значения (полоса пропускания от 300 Гц до 3 кГц) |
| * Помехи, фазовый шум и остаточная шкала FM на 6 дБ / октаву по отношению к другим несущим частотам | |
Настройка фазы (выходы на передней панели) | |
| Макс.фазовый шаг | ± 360 ° |
| Фазовое разрешение | 0,01 ° (от 0 до 100 МГц) 0,1 ° (от 100 МГц до 1 ГГц) 1,0 ° (от 1 ГГц до 6,075 ГГц) |
Стандартный OCXO Timebase | |
| Генератор типа | Управление духовкой, 3-й ОТ, кристалл SC-огранки |
| Стабильность (от 0 до 45 ° C) | <± 0.002 частей на миллион |
| Старение | <± 0,05 частей на миллион / год |
Рубидиевый опорный сигнал (опция 04) | |
| Генератор типа | Управление духовкой, 3-й ОТ, кристалл SC-огранки |
| Физический пакет | Дискриминатор частоты паров рубидия |
| Стабильность (от 0 до 45 ° C) | <± 0.0001 частей на миллион |
| Старение | <± 0,001 частей на миллион / год |
Ввод временной развертки | |
| Частота | 10 МГц, ± 2 стр. / Мин |
| Амплитуда | от 0,5 до 4 В (размах) (от -2 до +16 дБм) |
| Входное сопротивление | 50 Ом, связь по переменному току |
Выходной сигнал развертки | |
| Частота | 10 МГц, синус |
| Источник | 50 Ом, подключение через трансформатор постоянного тока |
| Амплитуда | 1.75 Vpp ± 10% (8,8 ± 1 дБм) |
Ошибка выходной мощности | |
| Ошибка питания SG382 | от -30 дБм до +10 дБм (от 0 до 2 ГГц) |
| Ошибка питания SG384 | от -30 дБм до +10 дБм (от 0 до 4 ГГц) |
| Ошибка питания SG386 | от -30 дБм до +10 дБм (от 0 до 6 ГГц) |
Внутренний источник модуляции | |
| Формы сигналов | Синус, пандус, пила, квадрат, импульс, шум |
| Синус THD | -80 дБн (типично при 20 кГц) |
| Линейность рампы | <0.05% (1 кГц) |
| Оценка | от 1 мкГц до 500 кГц (f c ≤ 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c ≤ 93,75 МГц (SG386)) От 1 мкГц до 50 кГц (f c > 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c > 93,75 МГц (SG386)) |
| Оцените разрешение | 1 мкГц |
| Ошибка скорости | <1: 2 31 + ошибка временной развертки |
| Функция шума | Белый гауссов шум (среднеквадратичное значение = отклонение / 5) |
| Ширина полосы шума | 1 мкГц |
| Период генератора импульсов | от 1 мкс до 10 с |
| Ширина генератора импульсов | от 100 нс до 9999.9999 мс |
| Разрешение по времени импульса | 5 нс |
| Функция импульсного шума | ПРБС 2 5 -2 19 . Битовый период (100 + 5N) нс |
Выходной сигнал модуляции | |
| Выходное сопротивление | 50 Ом (для обратной оконечной нагрузки) |
| Пользовательская нагрузка | Коаксиальный кабель 50 Ом без оконечной нагрузки |
| AM, FM, ØM | ± 1 В для ± полное отклонение |
| Импульсный / пустой | «Низкий» = 0 В, «Высокий» = 3.3 В постоянного тока |
Вход внешней модуляции | |
| Режимы | AM, FM, ØM, импульсный, пустой |
| Немодулированный уровень | Вход 0 В для немодулированной несущей |
| AM, FM, ØM | Вход ± 1 В для ± полного отклонения |
| Ширина полосы модуляции | > 100 кГц |
| Модуляционные искажения | <-60 дБ |
| Входное сопротивление | 100 кОм |
| Входное смещение | <500 мкВ |
| Порог импульса / паузы | +1 В постоянного тока |
Амплитудная модуляция | |
| Диапазон | от 0 до 100% (уменьшается выше +7 дБмВт на выходе) |
| Разрешение | 0.1% |
| Источник модуляции | Внутренний или внешний |
| Модуляционные искажения | <1% (f c <62,5 МГц, f m = 1 кГц, выход BNC) <3% (f c > 62,5 МГц, f m = 1 кГц, выход N-типа) |
| Ширина полосы модуляции | > 100 кГц |
Частотная модуляция | |
| Мин.частота отклонение | 0,1 Гц |
| Макс. частота отклонение | SG382 и SG384 |
| Меньше f c или (64 МГц — f c ), (f c <62,5 МГц) | |
| 1 МГц, (62,5 МГц | |
| 2 МГц, (126.5625 МГц | |
| 4 МГц, (253,1250 МГц | |
| 8 МГц, (506,25 МГц | |
| 16 МГц, (1,0125 ГГц | |
| 32 МГц, (2.025 ГГц | |
| SG386 | |
| Меньше f c или (96 МГц — f c ), (f c <93,75 МГц) | |
| 1 МГц, (93,75 МГц | |
| 2 МГц, (189,84375 МГц | |
| 4 МГц, (379,6875 МГц | |
| 8 МГц, (759,375 МГц | |
| 16 МГц, (1,51875 ГГц | |
| 32 МГц, (3,0375 ГГц | |
| Разрешение отклонения | 0,1 Гц |
| Погрешность отклонения | <0,1% (f c ≤ 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c ≤ 93,75 МГц (SG386)) <3% (f c > 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c > 93,75 МГц (SG386)) |
| Источник модуляции | Внутренний или внешний |
| Модуляционные искажения | <-60 дБ (f c = 100 МГц, f M = 1 кГц, f D = 1 кГц) |
| Внешнее смещение несущей FM | <отклонение 1: 1000 |
| Ширина полосы модуляции | 500 кГц (f c ≤ 62.5 МГц (SG382 и SG384), f c ≤ 93,75 МГц (SG386)) |
| 100 кГц (f c > 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c > 93,75 МГц (SG386)) | |
Сканирование частоты | |
| Диапазон частот | 10 Гц для всего диапазона развертки |
| Диапазон развертки | SG382 и SG384 От постоянного тока до 64 МГц 59.От 375 до 128,125 МГц От 118,75 до 256,25 МГц От 237,5 до 512,5 МГц 475-1025 МГц От 950 до 2050 МГц От 1900 до 4100 МГц (SG384)) SG386 От постоянного тока до 96 МГц От 89,0625 МГц до 192,188 МГц От 178,125 МГц до 384,375 МГц От 356,25 МГц до 768,75 МГц От 712,5 МГц до 1537,5 МГц От 1425 МГц до 3075 МГц От 2850 МГц до 6150 МГц |
| Разрешение отклонения | 0.1 Гц |
| Источник развертки | Внутренний или внешний |
| Искажение развертки | <0,1 Гц + отклонение / 1000 |
| Смещение развертки | <отклонение 1: 1000 |
| Функция развертки | Треугольник, пилообразный или синусоидальный сигнал до 120 Гц |
Фазовая модуляция | |
| Отклонение | от 0 до 360 ° |
| Разрешение отклонения | 0.От 01 ° до 100 МГц, от 0,1 ° до 1 ГГц, на 1 ° выше 1 ГГц |
| Погрешность отклонения | <0,1% (f c ≤ 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c ≤ 93,75 МГц (SG386)) <3% (f c > 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c > 93,75 МГц (SG386)) |
| Источник модуляции | Внутренний или внешний |
| Модуляционные искажения | <-60 дБ (f c = 100 МГц, f M = 1 кГц, Ø D = 50 °) |
| Ширина полосы модуляции | 500 кГц (f c ≤ 62.5 МГц (SG382 и SG384), f c ≤ 93,75 МГц (SG386)) 100 кГц (f c > 62,5 МГц (SG382 и SG384), f c > 93,75 МГц (SG386)) |
Импульсная / пустая модуляция | |
| Импульсный режим | Логический «высокий» включает RF «на» |
| Пустой режим | Высокий логический уровень выключает RF |
| Коэффициент включения / выключения | |
| BNC выход | 70 дБ |
| Выход типа N | 57 дБ (f c <1 ГГц) 40 дБ (1 ГГц ≤ f c <4 ГГц) 35 дБ (f c ≥ 4 ГГц) |
| Проходной импульс | 10% несущей на 20 нс при включении (тип.) |
| Задержка включения / выключения | 60 нс |
| Время нарастания / спада RF | 20 нс |
| Источник модуляции | Внутренний или внешний импульс |
Внешняя I / Q-модуляция (опция 03) | |
| Несущая частота. диапазон | от 400 МГц до 2,025 ГГц (SG382) от 400 МГц до 4.05 ГГц (SG384) от 400 МГц до 6,075 ГГц (SG386) |
| Модулированный выход | Только передняя панель типа N |
| I / Q входы | 50 Ом, ± 0,5 В |
| Смещение входа I или Q | <500 мкВ |
| I / Q полная шкала | (I 2 + Q 2 ) 1/2 = 0.5 В |
| Подавление несущей | > 40 дБн (> 35 дБн выше 4 ГГц) |
| Ширина полосы модуляции | 200 МГц (-3 дБ) |
Выходы прямоугольных импульсов (опция 01) | |
| Дифференциальные часы | SMA на задней панели управляют нагрузкой 50 Ом |
| Диапазон частот | DC до 4.05 ГГц |
| Время перехода | <35 пс (от 20% до 80%) |
| Джиттер | |
| (f c > 62,5 МГц) | 300 фс среднеквадратичное значение (тип., От 1 кГц до 5 МГц, полоса пропускания на частоте 1 ГГц) |
| (f c ≤ 62,5 МГц) | <10 -4 U.I. (От 1 кГц до 5 МГц или f c /2 BW) |
| Амплитуда | 0.От 4 до 1 Впик |
| Смещение | ± 2 В постоянного тока |
| Разрешение усилителей и выкл. | 5 мВ |
| Точность амплитуды и выкл. | ± 5% |
| Выходная муфта | постоянный ток, 50 Ом ± 2% |
| Соответствие | ECL, PECL, RSECL, CML, NIM и LVDS |
Выход удвоителя частоты (опц.02) | |
| Выход | Задняя панель SMA |
| Диапазон частот | от 4,05 до 8,10 ГГц (SG384) от 6,075 до 8,10 ГГц (SG386) |
| Амплитуда RF | от -10 дБм до +13 дБм (от 4,05 ГГц до 7 ГГц) от -10 дБм до +7 дБм (от 7 ГГц до 8,10 ГГц) от +13 до +16,5 дБм (спецификация не гарантируется) |
| Субгармоника (f c /2) | <-25 дБн (fC <6.5 ГГц) <-12 дБн (fC <8,1 ГГц) |
| Смешивание продуктов (3f c /2) | <-20 дБн |
| Гармоники (n x f c ) | <-25 дБн |
| Паразитные (8 ГГц) | <-55 дБн (отстройка> 10 кГц) |
| Фазовый шум (8 ГГц) | -98 дБн / Гц при отстройке 20 кГц (тип.) |
| Разрешение по амплитуде | 0,01 дБм |
| Точность амплитуды | ± 1 дБ (от 4,05 ГГц до 6,5 ГГц) ± 2 дБ (от 6,5 ГГц до 8,1 ГГц) |
| Режимы модуляции | FM, ØM, развертки |
| Выходная муфта | переменный ток, 50 Ом |
| Обратная защита | 30 В постоянного тока, +25 дБмВт RF |
Источник смещения постоянного тока (поставляется с опцией.02) | |
| Выход | Задняя панель SMA |
| Диапазон напряжения | ± 10 В |
| Напряжение смещения | <20 мВ |
| Погрешность по постоянному току | ± 0,2% |
| Разрешение по постоянному току | 5 мВ |
| Выходное сопротивление | 50 Ом |
| Ограничение тока | 20 мА |
Компьютерные интерфейсы | |
| Ethernet (LAN) | 10/100 Base-T.TCP / IP и DHCP по умолчанию |
| GPIB | IEEE-488.2 |
| RS-232 | от 4800 до 115 200 бод, поточная линия RTS / CTS |
| Общие | |
| Линия питания | <90 Вт, от 90 до 264 В переменного тока, от 47 до 63 Гц с PFC |
| Размеры | 8,5 дюймов × 3.5 дюймов × 13 дюймов (WHL) |
| Масса | 10 фунтов. |
| Гарантия | Один год на запчасти и ремонт дефектов материалов и изготовления |
Проекты в области электроники: генератор четырех частот
При разработке, тестировании и обслуживании цифровых и аналоговых электронных схем и встроенных систем возникает потребность в сигналах TTL и CMOS, создаваемых источниками стабильной частоты.Эти источники также полезны для быстрой проверки осциллографов, пробников, мультиметров, частотомеров и другого измерительного оборудования. Эта схема генератора четырех частот производит фиксированные частоты 4 МГц, 6 МГц, 10 МГц и регулируемую прямоугольную волну с переменными частотами от примерно 10 Гц до более 100 кГц.
Схема и рабочая
На рис. 1 показана схема четырехчастотного опорного источника. Он состоит из трех шестнадцатеричных микросхем инвертора 74C04 (IC1, IC2 и IC3) и одной шестнадцатеричной микросхемы триггера Шмитта 74C14 (IC4).Каждый из четырех блоков схемы на рис. 1 производит прямой и инвертированный буферизованный сигнал.
IC1 использует кристалл XTAL1 для генерации сигнала с частотой 10 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON1. Номиналы конденсаторов C1, C2 и C3 зависят от параметров кристалла XTAL1 и IC1.
IC2 использует кристалл XTAL2 для генерации сигнала с частотой 6 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON2.
IC3 использует кристалл XTAL3 для генерации сигнала с частотой 4 МГц. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON3.
Как показывает практика, R2 = реактивное сопротивление C3 для IC1. То же самое и с IC2 и IC3.
IC4 и связанные с ним компоненты генерируют прямоугольный сигнал с частотой от 10 Гц до более 100 кГц. Частотные диапазоны выбираются переключателями S1, S2, S3 и S4.
Потметры VR1 и VR2 используются для настройки частоты.VR1 предназначен для более точной настройки частоты, а VR2 — для грубой настройки частоты. Создаваемый выходной сигнал и инвертированный сигнал доступны на разъеме CON4. Частоту можно рассчитать в соответствии с соотношением, указанным в таблице данных IC4.
Питание генераторов должно быть регулируемым; это осуществляется регулируемым регулятором LM317. Подстроечный потенциометр VR3 используется для настройки напряжения питания 5 В.
Строительство и испытания
Односторонняя печатная плата реального размера для четырехчастотного генератора показана на рис.2 и его составная часть на рис. 3.
Загрузите PDF-файлы с макетами печатных плат и компонентов: нажмите здесьПетре Цв Петров был исследователем и доцентом Софийского технического университета (Болгария), а также экспертом-лектором в OFPPT (Casablance), Королевство Марокко. Сейчас он работает инженером-электронщиком в частном секторе Болгарии.
Этот проект был впервые опубликован 1 октября 2015 г. и обновлен 4 июня 2020 г.
Я спроектировал и построил собственный генератор функций
Последние два-три месяца я провел, работая над bFunc, платой генератора функций с открытым исходным кодом. У меня давний зуд было спроектировать небольшую часть оборудования с открытым исходным кодом, и мне нужен был генератор функций для моего собственного стенда. Я также немного увлекся микросхемами прямого цифрового синтеза, и мне нужен был предлог, чтобы использовать их в проекте.
Это моя рецензия на мою работу и небольшой предварительный обзор того, что готовится к следующему этапу проекта.
Мне часто задавали этот вопрос — в основном от моих друзей и членов семьи, которые не являются инженерами-электриками. Я воспринимаю это как знак того, что веду очень уравновешенный образ жизни. Так же важно, чтобы в вашей жизни были люди, которые не знали, что , что такое генераторы функций, как и чтобы люди, которые знают, что такое , знают, что они из себя представляют.
Функциональные генераторы на самом деле являются обычным оборудованием для электрических испытаний. На самом базовом уровне они используются для генерации наиболее распространенных типов электрических сигналов: синусоидальных, треугольных и прямоугольных.Эти три типа сигналов — это хлеб с маслом из лота концепций электротехники. Наличие известного источника сигналов такого типа чрезвычайно полезно в лабораторных условиях. Если вам нужна демонстрация, это видео на YouTube из Ноттингемского университета — отличное введение в то, что делают генераторы функций.
Более дорогие генераторы функций могут делать более причудливые вещи: генерацию шума, генерацию сигналов произвольной формы и даже схемы модуляции RF (OOK, ASK, PSK, FSK).Это великолепно, но я бы сказал, что 99% их использования и полезности исходит от этих трех исходных типов сигналов.
Причин множество.
У меня не было, а мне нужно было.
Само по себе это ужасная причина создавать собственное испытательное оборудование. Если, конечно, вы не работаете в какой-то действительно нишевой области физики, где у вас нет другого выбора, кроме как создать собственное испытательное оборудование.
Я начал изучать микросхемы прямого цифрового синтеза несколько месяцев назад и подумал, что они классные.Я также занимался разработкой некоторых настольных схем, но без генератора функций мне было трудно сравнивать их производительность с LTSpice. В конце концов я решил: «Это не так уж сложно». Итак, я начал создавать генератор функций на базе микросхемы DDS. Почесывание собственного зуда казалось довольно верным способом мотивировать себя завершить это. К счастью для меня, этот проект почесал несколько проблем: потребность в генераторе функций, желание использовать микросхему DDS, желание заниматься дополнительным встроенным программированием и т. Д.(Подробнее о встроенном программировании чуть позже.)
Я не единственный любитель, у которого нет генератора функций.
Я видел достаточно снимков рабочего места на / r / electronics, чтобы знать, что существует , так много производителей в сети с очень небольшим количеством надлежащего испытательного оборудования. Более того — так много из них, кажется, не понимают, почему необходимо или полезно иметь испытательное оборудование. Многие люди создают проекты, не беспокоясь о том, чтобы поделиться действительно основными рабочими характеристиками своей работы.Никого не волнуют частотные характеристики своих схем? А как насчет фазовой характеристики ?!
Я бы также сказал, что многие люди действительно не могут позволить себе испытательное оборудование известных марок. У меня точно нет 1500 долларов, чтобы потратить на генератор функций Keysight. Я должен представить, что то же самое верно и для значительной части любителей электроники в Интернете.
Моя гипотеза создания bFunc на самом деле двояка:
- Многие производители не имеют доступа к приличному, доступному по цене испытательному оборудованию и
- Многие производители не понимают, зачем им эти инструменты.
Я рассматриваю этот проект как прекрасную возможность убить двух зайцев одним выстрелом — дать сообществу производителей более совершенные инструменты и дать им инструмент, на котором они могут чему-то научиться.
Хотел еще программировать.
В последнее время у меня не так много шансов заниматься программированием. Мне не хватало встроенного C. Пришло время снова почесать этот зуд.
По совпадению, я тусовался во многих уголках Интернета, которым действительно очень нравятся микроконтроллеры ST Micro серии STM32.Я подумал, что это была еще одна возможность убить двух зайцев одним выстрелом.
Я хотел попробовать начать (очень) малый бизнес.
Моей первоначальной целью для этого проекта было создать прототип и построить его вовремя для OSHWA Summit 2020. Я надеялся, что смогу пойти на конференцию и продать несколько из этих плат людям, которым нужна была недорогая небольшая функция. генератор для стимуляции цепей, которые они строят. Почему? Потому что я ни разу не продал ничего в своей проклятой жизни, и потому что я провел так много времени в Hacker News, что мне промыли мозги, заставив поверить в то, что предпринимательство — это ответ на все ваши проблемы.
Хотя серьезно. Я хотел попробовать свои силы в продаже продукта. Я никогда раньше этого не делал. Я хотел проверить свои идеи на рынке и посмотреть, как рынок отреагирует. Я рад сообщить, что пока что рынок положительно отреагировал!
Я хотел узнать про USB.
Универсальная последовательная шина— это везде . Он заряжает наши телефоны. Он регистрирует наши нажатия клавиш. Он передает наши данные между компьютерами — попробуйте, как Dropbox и Google Drive могут его вытеснить.
Я считаю, что USB — это фундаментальная технология для нашего современного цифрового общества. Такие технологии заслуживают изучения!
Я хотел отвлечься.
OSHWA Summit 2020 — это крайний срок, установленный мной для подготовки этого проекта.
С другой стороны, я уложился в срок!
С другой стороны, из-за COVID-19 саммит OSHWA был переведен на полностью цифровую конференцию.
В результате я не поехал в Нью-Йорк, я не представил свои работы, я не встретил других хакеров оборудования, я не прошел Go, я не собрал 200 долларов.
Это была краткосрочная неудача, но долгосрочная победа. Во-первых, у меня был хороший маленький проект, над которым нужно было работать в условиях изоляции от COVID-19. Это был действительно, очень ценный . Всякий раз, когда мне скучно или тревожно, я могу на несколько часов исчезнуть в лаборатории электроники в подвале и раскрыть новую функцию, или провести несколько тестов, или написать краткое описание функций. Это похоже на головоломку, но с гораздо большим количеством таблиц данных и ошибок компилятора.
Все это дополнительное время привело к созданию лучшего продукта, более крутого и полезного маленького гаджета.За время, прошедшее после OSHWA, мне уже удалось добавить в bFunc множество важных функций, в том числе:
- Добавление номеров версий в кодовую базу и идентификаторов сборок в мою прошивку.
- Добавление поддержки загрузчика, чтобы прошивка могла быть обновлена через USB.
- Добавление функции пилообразной волны.
Я полагаю, что через несколько месяцев работы этот уровень функциональности станет еще богаче и полнее.
Ненавижу программировать большую часть тестового оборудования.
Я когда-либо имел дело только с дорогим тестовым оборудованием с дерьмовыми интерфейсами сценариев. Я ненавижу SCPI особенно страстно. Похоже, что это стандарт связи де-факто для большинства электронного испытательного оборудования. Я уверен, что он используется только потому, что у него много наследия. Мне трудно запоминать, излишне вложены и сложно запрашивать «на лету».
Я хотел иметь шанс стать тем изменением, которое я хотел видеть в мире, в области программирования программируемого испытательного оборудования.Как спросите вы? К написал свой проклятый тестовый аппарат с последовательным интерфейсом .
Самая лучшая часть этого проекта, без сомнения, — это все классные вещи, которым я научился. Все эти высокие цели потребовали чертовски много знаний.
Последовательные интерфейсы нетривиальны.
Вступая в этот проект, я просто предположил, что последовательные консольные терминалы — это просто стандартизированная вещь, которую все поняли, и что был согласован единственный «правильный путь».
Как я был очень, очень неправ.
Кажется, что каждая отдельная операционная система и пакет эмуляции терминала имеют свой собственный специальный набор управляющих символов и функций. Я этого не понимаю. Это похоже на то, что должно было быть стандартизовано много лет назад, но все мы знаем, как это получается:
Например: вы знаете, что такое большая проблема, чтобы правильно работать с несколькими ОС? Возврат. Позвольте мне объяснить:
- Mac отправляют символ DEL (
0x7F) при нажатии клавиши Backspace.Это связано с тем, что клавиша клавиатуры, которая обычно является «Backspace», на клавиатуре Mac является клавишей «Удалить». - Компьютеры Windows отправляют символ возврата (
\ b), как обычные машины. Я читал несколько сообщений на форуме в Интернете, в которых говорится, что это поведение различается в зависимости от программного обеспечения эмуляции терминала. PuTTY, мой эмулятор терминала, работал как чемпион, безупречно удаляя и стирая символы в буфере. Однако мне интересно, когда я получу сообщение об ошибке несовместимости терминала.
Я нахожу немного странным и удивительным, что в Windows было намного проще заставить последовательный терминал работать должным образом. Мак, я так и не понял. (Это то, что вы знаете, как исправить? Я был бы очень рад вашей помощи в этом проекте, если вы это сделаете.)
Это должна быть более сложная проблема, чем кажется — или, может быть, мне просто не хватает исторического контекста полностью решить сам.
ST Micro серьезно относится к опыту разработчиков.
Об этом я мог бы написать целый пост.Раньше я думал, что Microchip — настоящая стая ботаников в мире микроконтроллеров. Я могу сказать, просто из документации, что ST Micro дает им возможность за свои деньги. Когда начать? Есть так много вещей, которые показывают, насколько они заботятся о хороших впечатлениях для своих конечных пользователей.
Исчерпывающая, подробная документация.
Тот факт, что сейчас 2020 год, и я должен назвать это аплодисментами, является настоящим шоком, но, эй, вот оно.
ST Micro явно интересует о хорошей документации.Их таблицы данных: отлично .
Более того: ST написала уровень аппаратной абстракции для своих микроконтроллеров, и — руководство по программированию для него. Поставщики довольно часто поставляют HAL. Я не могу сказать, что когда-либо работал с человеком, который предоставил вместе с ним достойный бесплатный пакет документации. Браво!
A с батареями, встроенный загрузчик.
Эта единственная особенность серии STM32 — глоток свежего воздуха. Я мог бы написать целый пост фаната про встроенный загрузчик.Я работал со многими поставщиками микроконтроллеров, которые рекомендуют покупать следующую по величине деталь всякий раз, когда мы спрашиваем о возможностях загрузчика, потому что «вам понадобится дополнительное флеш-пространство для хранения загрузчика». Затем, когда мы предварительно согласились выложить большую часть, они вскользь упоминают, что их эталонный дизайн загрузчика поддерживает только UART и I2C — и что, если вам нужна поддержка USB, вам нужно будет написать его самостоятельно. Кажется, что каким-то образом протокол, для которого нам нужна поддержка загрузчика, — это , всегда — тот, который производитель не реализовал.
У меня нет ни хрена , почему полупроводниковым компаниям это кажется хорошей бизнес-логикой.
Подумайте об этом. Периферийные USB-устройства полезны только в контексте USB-хоста, к которому они подключены. Сейчас 2020 год, и большинство USB-хостов являются подключенными к Интернету персональными компьютерами, поэтому почти невозможно представить, что вы не сможете:
- Загрузить новое программное обеспечение из Интернета на свой персональный компьютер, а затем:
- Загрузить указанное новое программное обеспечение с с компьютера на периферийное USB-устройство.
У вас есть как минимум 12 Мбит / с канал передачи данных к периферийному устройству и подключение к Интернету на хосте. Почему не , вам нужна возможность обновления периферийных устройств ?!
Дополнительно — почему вы намеренно ограничиваете возможности обновления программного обеспечения, доступные вашим клиентам? На этом этапе вы просто накладываете искусственные ограничения на последующих клиентов и ограничиваете их возможности.
Вдобавок ко всему — ST принял еще одно отличное решение в отношении своего загрузчика.Они хранят это в ПЗУ. Единственный способ получить загрузчик из этого чипа — вырезать его из матрицы. Это абсолютно необходимо. Подключив загрузчик к кремнию, вы гарантированно получите встроенный метод восстановления.
Просто включение этой хорошо продуманной функции загрузчика телеграфирует мне лот о ST Micro. Здравый смысл, личный опыт и разговоры с множеством других инженеров по микропрограммам привели меня к выводу, что многие компании хотят иметь возможность обновить микропрограммное обеспечение своих микроконтроллеров в полевых условиях.Также выясняется, что у многих из тех же компаний нет времени, опыта или пустяков, чтобы написать свою поддержку загрузчика. И зачем им это? Бутлоадеры трудны, достать правильно, а хоть отбавляй, с крайними случаями!
ST Micro явно сделали свою домашнюю работу в своем сегменте рынка. Они заметили проблемы, с которыми сталкиваются их клиенты, и проявили достаточно уважения к своим клиентам, чтобы решить их проблемы. Это называется конкурентным преимуществом , друзья.
Огромная, богатая экосистема заметок приложений.
ST объяснит вам, как достичь практически любого низкоуровневого варианта использования, связанного с их микросхемами, программным обеспечением или периферийными устройствами. Везде, где ST не хватает — онлайн-сообщество любителей воспользуется слабостью.
Это действительно замечательно с точки зрения интересного проекта. На форумах Stack Overflow и ST достаточно информации о , чтобы охота за ней была увлекательной, но не настолько, чтобы достижение моих целей на уровне приложения начинало казаться невыполнимой задачей.
Инструменты Codegen чертовски полезны.
STM32CubeMX — фантастический инструмент для создания кода. Я думаю, что отчасти это связано с разумным использованием ограждений от комментированного кода. Совершенно ясно, куда должен идти ваш собственный код — просто оставайтесь в пределах удобной границы комментариев / * USER CODE * / ! Если вы будете следовать этому руководству, то действительно легко, снова вызвать инструмент кодогенерации позже в проекте, не опасаясь, что ваш код будет растоптан.
Это похоже на обман, конечно, но честно говоря — мне нравится знать, что я могу положиться на инструмент кодогенерации.Инициализация периферийного таймера сама по себе не является чрезвычайно ценной вещью. Важно то, что вы собираетесь использовать, этот таймер действительно имеет значение. Пусть инструмент кодогенерации запомнит, какие биты нужно установить. Я сосредоточусь на функциональности на уровне приложений. 🙂
Конкурентоспособные цены
ST не ругает цены на свои чипы. Digikey перечисляет цены чуть более $ 2,00 за штуку при количестве 5 тыс. Для линейки чипов STM32F103. Это отличный вариант для 32-разрядного микроконтроллера, работающего на частоте 120 МГц, с 64 КБ ОЗУ и 128 КБ флэш-памяти.
В сторону — я буду классифицировать этот побочный проект как с огромным успехом , если мне удастся продать достаточно плат, чтобы получить объемную цену в 5 тысяч.
Пусть рынок проверит, что люди купят.
В начале этого проекта я прочитал Роба Фитцпатрика «Тест для мамы ». Если вы когда-нибудь задумывались о создании продукта, я настоятельно рекомендую The Mom Test . У него много отличных практических советов по проведению собеседований с пользователями по поводу ваших продуктовых идей.
В любом случае — одна из вещей, которые Роб указывает в книге, — это то, как вы должны быть осторожны, рассказывая людям, в чем заключается ваша идея.Это побуждает их учитывать свое мнение и чувства, а не свой опыт.
Это был урок, который я усвоил на собственном горьком опыте, когда отправил свой первоначальный проектный документ в Reddit для обратной связи. Боже, я когда-нибудь получал отзывы. Этот комментарий, в частности, был реальным трудным для чтения:
Честно говоря, разработка генератора 1 МГц не имеет для меня никакого смысла, если вы хотите, чтобы это было что-то большее, чем проект личного обучения.
Особенно, когда есть хорошо задокументированные комплекты с использованием хорошо известных клонов XR2206 на AliExpress, которые делают это за 2–3 доллара.Вы не можете конкурировать с этим, даже если у них нет USB (зачем вам вообще USB для генерации основных функций?) И они не подходят для макетов (что, вероятно, глупая идея — зачем вам хотите, чтобы генератор занимал место на вашей макетной плате вместо использования двух проводов для его подключения?). Гаджет с открытым исходным кодом не продаст его, это не аргумент в пользу устройств этой ценовой категории.
И если вы хотите усовершенствовать и разработать генератор 10-20 МГц, тогда вы начнете выступать против конкурентов, как FeelTech FY6900 — генератор сигналов полной произвольной частоты, работающий на частоте до 60 МГц и стоящий около 100 долларов.У него действительно куча проблем, но дешевле, чем эта, вы не сможете построить собственное.
Если ваша цель — узнать что-то новое, во что бы то ни стало — вперед — это может быть интересный проект. Однако, если вы намерены создать что-то для продажи, как вы указали, вас ждет большое разочарование.
Этот комментарий почти убедил меня отказаться от всей проделанной работы и выйти из проекта.
Это было бы настоящим позором, потому что этот комментарий оказался неверным практически в каждом сделанном ими утверждении.
Итак, почему я обращаюсь к книге Роба Фицпатрика?
Один скептик в Интернете — это не рынок. Не принимайте строго сформулированное мнение одного человека по поводу реакции вашего целевого рынка.
Жесткие части генерации функций не являются цифровыми.
Цифровая часть этого проекта была на удивление простой. SI кристалла приличный. Сроки толерантности кристалла достойные. SI интерфейса SPI приличный. Заставить драйвер SPI заработать тоже было не так уж сложно.
Аналоговая электроника — вот где все начинает усложняться.
Мне уже сообщали об одной ошибке против этого проекта на GitHub. В чем основная причина? Без фильтра сглаживания . Классическая ошибка младшего курса электротехники. Но эй! Это столько же возможностей для следующей ревизии, сколько и немного постыдный недостаток текущего оборудования.
Раз уж мы говорим о досадных ошибках: микросхемы DDS полагаются на ЦАП текущего режима.Я неправильно понял, что это означало входить внутрь. Я ожидал, что это будет двухтактный источник тока — выталкиваю 3 мА, входящие 3 мА. Вместо этого я получил модулированный источник постоянного тока. Средний ток составляет 1,5 мА, что дает максимум 3 мА на выходе и минимум 0 мА. В результате — выход микросхемы DDS имеет приятное постоянное смещение постоянного тока 0,3 [В]! Это определенно , от чего я хочу избавиться в следующей сборке.
В-третьих, это сложная задача — разработать выходной каскад, позволяющий регулировать выходные параметры сигнала.Следующие вопросы сильно отняли у меня в голове за последние несколько недель:
- Как мне настроить смещение постоянного тока?
- Как отрегулировать амплитуду?
- Как подключить сигнал по переменному току?
На все эти вопросы необходимо ответить за пределами цифровой области. И на все эти вопросы сложно ответить. Эта сложность усугубляется тем фактом, что мне нужно найти способ ответить на них, а также контролировать их в цифровой области. Помните — это генератор функций с цифровым управлением! Все в системе контролируется MCU.
Я так рада, что вы спросили!
В начале этого проекта я поставил перед собой пять целей:
- Узнать больше о USB.
- Подробнее о STM32.
- Собираю, программирую и отправляю что-нибудь самостоятельно.
- Согните мои программистские мускулы.
- Попробуйте продать крошечный товар.
Я рад сообщить, что мне удалось достичь всех пяти целей. Еще лучше — у некоторых из них все еще есть тонн места для дальнейшего обучения.Я едва прикоснулся к возможностям STM32 и только начал исследовать небольшую часть возможностей USB.
bFunc Rev2 уже на горизонте. Я вижу много возможностей улучшить текущий дизайн.
Исправьте некоторые проблемы с разъемом.
Неуклюже оторвал один из разъемов USB Micro на одной из плат. При более внимательном рассмотрении выяснилось, что на разъеме на самом деле не было надлежащих удерживающих штифтов, поэтому удерживающие функции на печатной плате не использовались.Я ожидаю, что это станет драйвером некоторых возвратов и звонков клиентов в первой версии.
Частично причина, по которой мне удалось оторвать этот разъем, заключалась в том, что в то время плата была подключена к кабелю BNC. Платы rev1 на самом деле маленькие и не могут стоять, когда подключен кабель BNC — у них недостаточно массы или размеров, чтобы уравновесить силу тяжести на кабеле BNC. Это, по сути, создаст скручивающую силу на USB-разъеме. Чтобы решить эту проблему, я хотел бы заменить вертикальный разъем BNC на угловой разъем BNC с краевым креплением, который свешивается с края платы.Я не думаю, что это полностью устранит скручивание USB-разъема, но это должно значительно снизить нагрузку на него.
Разработайте лучший выходной каскад.
Я действительно хочу добавить контроль амплитуды, контроль смещения постоянного тока и связь по переменному току. Я также хочу, чтобы все эти функции были полностью программируемыми. Есть также разумное количество функций, которые я должен добавить, чтобы сделать этот генератор «правильным» функциями, которым я пренебрегал / прямо забыл добавить в первой версии:
- Добавление фильтра сглаживания к выходу DDS.
- Добавление выходного драйвера,
- Завершение выходного драйвера резистором 50 Ом,
- Связь по постоянному току по умолчанию, без смещения постоянного тока.
- Добавление какой-то защиты от перегрузки по току.
- Добавление какой-то функции обнаружения пересечения нуля.
Добавьте возможности модуляции.
Мне бы очень хотелось включить в bFunc некоторые базовые возможности модуляции. Я мог бы сделать это сейчас, но я думаю, что дождусь следующей версии сборки — в основном потому, что я довольно серьезно подумываю о переходе с AD9837 на чипсет AD9834 в следующей версии.AD9834 добавляет GPIO-управление регистрами выбора фазы и частоты. У меня есть мысленное представление о том, как это активирует схемы PSK и FSK, и я почти уверен, что и то, и другое будет проще реализовать с помощью управления GPIO. У меня также есть подозрение, что функция обнаружения пересечения нуля, о которой я упоминал ранее, также улучшит это.
Добавьте шум.
Встроенный ЦАП STM32F103 может генерировать псевдослучайный шум. Я хотел бы добавить эту возможность в следующую версию.
Улучшение функций графического интерфейса.
Мне бы хотелось сделать графический интерфейс Python более богатым, более отзывчивым и более полезным для создания заданной формы выходного сигнала. Вот некоторые идеи для этого:
- Добавление изображения формы волны, которую генератор будет выводить, с аннотациями временной развертки и амплитуды,
- Добавление всплывающих подсказок к кнопкам и полям в приложении,
- Добавление строки меню чтобы переместить некоторые менее используемые функции из окна графического интерфейса пользователя в область уведомлений.
Улучшение адаптации графического интерфейса пользователя.
Насколько я могу судить, ни один из моих пользователей не пользуется преимуществами (по общему признанию, довольно тонкого) GUI-клиента, который я написал как оболочку для интерфейса командной строки. Думаю, я мог бы значительно улучшить это, сделав несколько вещей:
- Рекламировать свое существование.
- Улучшение процесса установки / настройки. Сейчас он доступен только как программа, запускаемая из командной строки. Я бы хотел, чтобы это была программа, которая запускается из меню «Пуск» Windows или док-станции OS X.
Создайте автоматическое тестовое приспособление.
Программирование каждой платы и выполнение исходящего контроля качества на каждой убедило меня, что это область, созрела для некоторой автоматизации. Это повторяющаяся задача, и это довольно скучно. Такие вещи допускают ошибки.
Я бы убил прибор с фиксацией pogo, который выполнял бы некоторую комбинацию из следующего:
- Обеспечивает питание платы bFunc,
- Запрограммировал начальный образ прошивки (либо через ST-Link, либо через загрузчик USB DFU),
- Устанавливает соединение USB CDC с платой и подтверждает, что был запрограммирован правильный идентификатор сборки.
- Задайте тестовый сигнал на выходе, выполните выборку сигнала и выполните небольшие вычисления, чтобы подтвердить правильность работы.
Я думаю, что это было бы относительно просто сделать с Raspberry Pi и прибором для тестирования оборудования. Мне пришлось бы добавить несколько тестовых точек в следующую версию, чтобы дополнить это.
Лучше создавайте спрос.
Одна из моих целей — превратить это в скромный побочный бизнес. Это самая сложная часть процесса.
На данный момент я в основном генерировал спрос, публикуя свой прогресс на Reddit.Меня немного беспокоит, что я засыпаю этот канал до смерти. Я, , действительно, не хочу, чтобы меня забанили из / r / electronics, что я люблю. Но в то же время там полно людей, которых я считаю своими клиентами: любителей электроники.
Думаю, имеет смысл провести простейший тест целевой страницы, подкрепленный несколькими сотнями долларов, потраченными на Google AdWords, просто чтобы увидеть, есть ли еще один сегмент рынка, который мне не хватает.
Также пора потратить немного усилий на привлечение еще нескольких клиентов.Это просто базовая документация о том, как начать пользоваться созданными мной досками, вносить свой вклад в проект и, возможно, вики или форум, чтобы помочь людям получить ответы на свои вопросы.
Это было намного более вдохновляюще, чем решение головоломки в условиях изоляции, это точно.
Я хотел бы получить известие от вас, если вам нужна печатная плата, вы хотите получить отзывы о дизайне или просто хотите поделиться своим мнением по электронной почте.
⤧ Следующее сообщение Иногда вам просто нужен новый Linux Box ⤧ Предыдущий пост Почему вы должны писать вместо собрания?Не покупайте генератор сигналов, не приняв во внимание эти 6 вещей!
Покупка нового генератора сигналов может оказаться довольно значительным вложением в вашу лабораторию.Прежде чем остановиться на идеальной модели, вам следует рассмотреть несколько пунктов (а точнее 6). Без лишних слов …
6 вещей, которые следует учесть перед покупкой отличного генератора сигналов.
1. Формы сигналов и модуляция
Само собой разумеется, но очень важно учитывать типы сигналов, которые могут быть получены с помощью генератора сигналов. Почти все генераторы сигналов могут генерировать сигналы очень распространенной формы, такие как прямоугольные, синусоидальные, треугольные, пилообразные и т. Д.Более продвинутые генераторы сигналов могут создавать произвольные сложные сигналы, такие как аналоговые и цифровые модулированные сигналы, которые могут имитировать формы радиочастотных сигналов или схемы модуляции, подобные тем, которые используются в современных SDR или программно-определяемых радиостанциях. (174-7945) .
2. Пределы частоты
Одиночные генераторы используются для проверки отклика цепи на аналоговое входное напряжение. В зависимости от проверяемых цепей или сигналов, которые должны подаваться на вход проверяемого устройства, необходимо учитывать частотный диапазон генератора сигналов.С развитием высокоскоростных АЦП и ЦАП и увеличением низкочастотного радиочастотного спектра, схемы постоянно переходят на все более высокие частоты. Убедитесь, что вы выбрали генератор сигналов с используемым частотным диапазоном, чтобы удовлетворить текущие и будущие потребности в тестировании.
3. Разрешение
Еще одним важным фактором является точность выходного сигнала генератора сигналов, которую обычно называют разрешением. Поскольку большинство генераторов сигналов преобразуют цифровые сигналы в аналоговые напряжения, разрешение ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) становится критически важной характеристикой способности генераторов сигналов воссоздавать спроектированный сигнал.Если вам нужно высокое разрешение, поищите на их ЦАП генераторы сигналов с многобитным разрешением.
4. Частота дискретизации
Согласно теореме выборки Найквиста, любой сигнал, дискретизируемый с частотой, в два раза превышающей его самую высокую частотную составляющую, может быть полностью восстановлен. По этой причине частота дискретизации, а также частотный диапазон являются важными факторами при выборе хорошего генератора сигналов.
5. Выходное сопротивление
Еще одним важным фактором при покупке генератора сигналов является его способность управлять нагрузкой на его выходе.Эта максимальная нагрузка определяется как функция выходного импеданса, измеренного в омах. Важно, чтобы сопротивление нагрузки соответствовало выходному сопротивлению. Большинство генераторов сигналов имеют выходное сопротивление 50 Ом, что является обычным для большинства компонентов цепи радиосигналов.
6. Возможность фазовой синхронизации
Многие радиочастотные системы требуют, чтобы различные сигналы синхронизировались по фазе. Чаще всего используется синхронизация фазы с общим гетеродином, гетеродином или часами. Если это необходимо для схем, которые вы будете тестировать, важно, чтобы ваш генератор сигналов включал эту возможность ввода внешних сигналов для фазовой синхронизации.
Ищете рекомендации по генератору сигналов?
На сайте FromDC2Daylight.com мы собрали список из 5 отличных генераторов сигналов для любого бюджета.
Микроволны101 | Импульсные источники РЧ
Мы выделили целую страницу о создании макетного радиочастотного модулятора с использованием бесплатного усилителя Hittite, при участии некоторых людей из НАСА! Нажмите сюда, чтобы проверить это!
Импульсный РЧ-сигнал важен как в радарных, так и в коммуникационных приложениях.Прочтите это руководство, чтобы получить базовые знания о том, как можно получить импульсные сигналы в лаборатории, а также в реальных системах. Соберите макетный усилитель с импульсным стоком, описанный на отдельной странице, и вы получите полезное испытательное оборудование для своей микроволновой лаборатории за очень небольшие деньги, скряга!
Эта страница появилась в результате разговоров со студентом Стэнфордского университета, который нуждался в лабораторной установке для импульсных радиочастотных измерений, и она выросла из-за большого спроса!
Есть два простых способа создать импульсный сигнал из сигнала CW.Один — использовать РЧ-переключатель, другой — использовать импульсный РЧ-усилитель. В нашем первом примере мы покажем вам, как создать импульсный сигнал с помощью ВЧ-усилителя.
На данный момент мы предположим, что требуются только прямоугольные импульсные волны, что не требуется ни амплитудной, ни широтно-импульсной модуляции. Может быть, когда-нибудь мы разберемся с более сложной схемой модуляции …
Если эта тема вас интересует, посетите нашу страницу, посвященную измерениям с помощью осциллографов. У нас также есть неплохая страница о микроволновых переключателях.
Некоторые определения
Создание импульсных сигналов с помощью переключателя
Создание импульсных сигналов с помощью усилителя
Дренаж пульсирующий
Импульсный строб
Изготовление макетного импульсного источника (отдельная страница)
Некоторые определения
Во-первых, вот несколько определений, связанных с импульсным РЧ.
Непрерывный сигнал — это РЧ-сигнал, который поддерживает полную мощность, т.е.е. не выключается периодически. Импульсный РЧ-сигнал является периодическим в том смысле, что он имеет два различных и повторяющихся состояния; состояние включения обеспечивает стабильный сигнал средней или высокой мощности, состояние выключения имеет значительно пониженную мощность сигнала (в идеале сигнал отсутствует в выключенном состоянии).
Видео Входной терминал модулятора — это сигнал, который вызывает переключение формы волны RF. Слово «видео» здесь было заимствовано из телевидения, где видеосигнал (изображение) передается в сигнале VHF или UHF.
Огибающая импульса — это форма РЧ-импульса после его преобразования с помощью схемы детектора.
Время нарастания импульса — это время, необходимое для того, чтобы огибающая импульса прошла два условия, например, от 10% от конечного значения до 90% от конечного значения. Время спада импульса также является временем от 90% до 10%.
Частота повторения импульсов (PRF) совпадает с частотой повторения (также известной как частота повторения) и представляет собой частоту включения и выключения сигнала в течение полного цикла, измеряемую в герцах.Это величина, обратная периоду импульсов .
Ширина импульса — это время, в течение которого РЧ включается за один период импульса.
Коэффициент заполнения — это время, в течение которого находится импульс, деленное на период. 100% коэффициент заполнения означает, что у вас есть непрерывный волновой сигнал. Коэффициент заполнения может быть выражен как в децибелах, так и в процентах; коэффициент заполнения 10% составляет -10 дБ.
Прямоугольный импульсный РЧ-сигнал — это особый случай, когда РЧ-сигнал включается и выключается в течение одной и той же длительности периода.Прямоугольная волна имеет коэффициент заполнения 50%.
Пиковая мощность — это мощность сигнала во время импульса. Средняя мощность равна пиковой мощности, умноженной на рабочий цикл.
Изоляция включения / выключения — это отношение сигнала, обычно выражаемое в дБ. Если вы думали, что «выключено» означает «выключено» в аналоговом мире, вы ошибались!
Независимо от того, используете ли вы усилитель или переключатель для модуляции сигнала, обратите внимание, что если вы усиливаете после , создается импульс, но вы можете добавить заметную мощность шума между импульсами.
Создание импульсных сигналов RF с помощью переключателя
Посетите нашу страницу о РЧ-переключателях для получения более общей информации о переключателях.
Переключатель SPST RF может быть размещен на пути прохождения сигнала и путем управления видеосигналом с желаемой частотой повторения. Терминирован ли ваш SPST-коммутатор или нет, это не проблема, если все активные компоненты в вашей цепочке безусловно стабильны. Переключатель без оконечной нагрузки SPDT представляет ужасный КСВ для ВЧ-сигнала в его выключенном состоянии, в то время как оконечный переключатель пытается обеспечить 50-омное соответствие, включенное или выключенное.
Слух о том, что полевые транзисторы переключаются медленно, преувеличен. Скорость, с которой вы можете переключать полупроводник, определяется простыми постоянными времени RC. Радиочастотные переключатели могут быть разработаны с использованием полевых транзисторов, которые переключаются всего за одну наносекунду. В переключателе на полевом транзисторе линия смещения к затвору обычно представляет собой резистор большого номинала для подавления ВЧ, иногда до 10 000 Ом. Учет входной емкости затвора полевого транзистора-переключателя порядка одного пФ дает постоянную времени RC 10 наносекунд. Уловка для создания переключателя на одну наносекунду состоит в том, чтобы использовать резистор меньшего размера (возможно, 250 Ом) и, возможно, некоторую последовательную индуктивность, чтобы подавить ВЧ.
Для управления переключателем на полевых транзисторах мы предпочитаем использовать логику из семейства ACT (усовершенствованная CMOS), потому что эти устройства относительно быстрые, а их выходы могут тянуться почти от шины к шине. На рисунке ниже однокристальный четырехканальный вентиль X-OR используется для управления двумя переключателями (SW1 и SW2) с двойной комплементарной логикой, которая необходима для переключателей FET SPDT. В этом случае логические напряжения на переключателе составляют 0 и +5 вольт. Состояние высокого входного уровня на SW1 приводит к низкому уровню SW1A и высокому уровню SW1B, в то время как низкий уровень входного сигнала на SW1 приводит к возникновению высокого уровня SW1A и низкого уровня SW1B.Эта схема драйвера должна обеспечивать время переключения 10 наносекунд или меньше. Посетите нашу страницу о цифровой логике для микроволновых схем!
Микроволновые полевые транзисторытребуют отрицательного напряжения переключения, в то время как схема, показанная выше, обеспечивает положительное напряжение … что нам с этим делать? Есть три решения. Вы можете спроектировать свой коммутатор так, чтобы полевые транзисторы были «плавающими» при +5 В (создайте ВЧ-заземление с помощью конденсатора), или вы можете поставить весь переключатель на +5 В на гибридной или печатной плате, или вы можете запустить 54ACT86 Элемент X-OR с заземленным контактом 14 и контактом 7 на -5 В.Обратите внимание, что последнее решение потребует отрицательного напряжения для команд SW1 и SW2.
ПереключателиPIN могут легко обеспечить время нарастания <1 наносекунды, если позаботиться о реализации схемы драйвера. Но переключатели на ПИН-диодах неудобно использовать, потому что вы должны управлять ими с помощью постоянного тока (в отличие от полевых транзисторов, которым требуется только напряжение). Лучшие схемы драйверов для ПИН-диодов производятся Whozzat.
Изоляция выключения переключателя FET или PIN зависит от того, чей переключатель вы используете, и в какой полосе частот.Если вы не можете найти выключатель с хорошей изоляцией, просто соедините два из них последовательно.
Создание импульсных радиочастотных сигналов с помощью усилителя
Усилителиможно быстро включать и выключать, изменяя напряжение питания и ток на выходной клемме (сток в случае полевого транзистора). Это может быть достигнуто путем подачи импульсного сигнала на сток или вывод затвора усилителя на полевых транзисторах.
Импульсный режим усилителя часто может дать вам лучшую изоляцию, чем переключатель.Это потому, что когда усилитель выключен, он может дать вам прекрасную изоляцию. Вы можете получить разницу более 50 дБ между включенным и выключенным S21 для усилителя. К сожалению, производители усилителей не имеют обыкновения указывать S-параметры для своих продуктов, когда они выключены, поэтому вам, возможно, придется измерить их самостоятельно!
Пульсирующий слив
Эта тема является предметом нашей макетной платы импульсного модулятора РЧ. Принцип работы пульсации стока прост: вы периодически меняете напряжение стока между двумя состояниями: нулевым вольт и напряжением VDS, при котором работает ваш усилитель.Вам нужна схема, способная подавать напряжение стока по команде от генератора импульсов. Мы покажем вам два способа сделать это в зависимости от того, какой ток утечки вам нужно обеспечить.
Для усилителей средней мощности, возможно, с током стока до 100 мА, вы можете использовать драйвер MOSFET , такой как TSC427, для прямого импульса смещения стока усилителя (см. Рисунок ниже). Их обычно можно приобрести у многих поставщиков. Драйверы MOSFET обычно продаются в виде микросхем с двумя драйверами, с возможностью выбора между инвертирующим или неинвертирующим режимом (TSC426 — двойное инвертирование, TSC427 — двойное неинвертирующее, а TSC428 — одно из каждого).Обязательно отключите все неиспользуемые входы, как хороший цифровой компьютерщик. Хотя никто другой не откроет вам этот маленький секрет, вы действительно можете уменьшить время нарастания и спада импульса, управляя обоими двойными драйверами параллельно, но вы, вероятно, аннулируете гарантию!
Примечание 1: рекомендуется устанавливать согласующий резистор на входе схемы драйвера для высокоскоростной работы. В зависимости от вашего генератора импульсов, от 50 до 200 Ом должны позаботиться об этом, но не забудьте проанализировать, сколько слышимости будет рассеиваться, если модулятор оставить постоянно включенным.
Примечание 2: мы предпочитаем двойной неинвертирующий драйвер TSC427 для этого приложения, потому что после его завершения на входе модулятор останется в выключенном состоянии, если входной импульсный сигнал будет потерян.
В техническом описании типичного драйвера MOSFET указано время нарастания 20 наносекунд. Это наихудший случай, когда используется нагрузка до 1000 пФ (большой МОП-транзистор имеет довольно высокую емкость). При пульсации стока вы будете управлять емкостной нагрузкой, если для обеспечения правильной работы усилителя требуется стабилизирующий конденсатор, но усилитель также обеспечивает путь с низким сопротивлением к земле, что помогает разрядить емкость.Даже с пределом стабильности в 1000 пФ время включения и выключения будет меньше 20 наносекунд, и вы впервые услышали это здесь! Если это не так, взгляните на конденсатор (конденсаторы) обхода стока (стабильности) вне кристалла, который есть в вашей схеме. Если на стоке есть ограничение на 10000 пФ, возможно, он будет работать нормально с крышкой на 100 пФ. В этом случае драйвер MOSFET должен переключиться менее чем за 5 наносекунд.
Для усилителей большей мощности можно использовать полевой МОП-транзистор с каналом P для подачи импульсного тока в несколько ампер, как показано на рисунке ниже.Здесь вы используете драйвер MOSFET для того, для чего он был предназначен (включение и выключение MOSFET). В зависимости от размера MOSFET, который вы выбираете, это может замедлить схему до 20 наносекунд. Unknown Rectifier — отличный выбор для полевых МОП-транзисторов, они настолько популярны, что их торговая марка «HEXFET» часто используется инженерами, когда они означают «MOSFET», так же как «Xerox» используется всеми для обозначения «копии»!
Примечание 3: мы предпочитаем двойной инвертирующий драйвер TSC426 для этого приложения, потому что после его завершения на входе модулятор останется в выключенном состоянии, если входной импульсный сигнал потерян (P-канальный MOSFET действует как второй инверторный каскад).
Накопитель заряда относится к емкости, которая фактически питает усилитель, когда импульс находится в переходном состоянии. Индуктивность проводов источника питания предотвращает мгновенный скачок постоянного тока с нуля до IDS. Требуемый объем накопителя заряда можно смоделировать или оценить, но на практике его необходимо проверить экспериментально. Вы узнаете, что у вас достаточно заряда, когда осциллограмма напряжения стока падает всего на несколько десятых вольта во время импульса.Начните с использования не менее 4,7 мкФ.
Вы можете использовать танталовые колпачки для поверхностного монтажа для хранения заряда с номинальным напряжением выше VDD источника питания (очевидно!). Если напряжение стока составляет 6 вольт, используйте конденсатор с номинальным напряжением не менее 10 вольт. Обязательно соблюдайте полярность. Можно использовать осевые свинцовые заглушки, но «враг» здесь — электрические длины между всем остальным. Не устанавливайте схему трехфутовыми измерительными проводами и не ждите, что она сработает!
Конденсаторы стабильности относятся к внешним конденсаторам, которые необходимы для предотвращения низкочастотных (УВЧ) колебаний.В случае импульсной схемы вы хотите минимизировать значение конденсатора стабильности для высокой скорости переключения. Попробуйте сначала использовать 100 пФ, а при необходимости увеличьте до 1000 пФ.
Строб импульсный
Усилитель на полевом транзисторе или PHEMT может быть отключен путем ограничения тока стока. Здесь вам нужно переключить вентиль из его состояния покоя (состояние включения, вероятно, примерно на полпути к отключению) в состояние выключения (ниже защемление).
Есть одно очевидное преимущество, которое дает импульсный режим затвора усилителя по сравнению с импульсным режимом стока: вам не нужно переключать тонны тока, вывод затвора представляет собой практически разомкнутую цепь.Сначала вы могли подумать, что в любой конструкции импульсного усилителя будет использоваться импульсный сигнал затвора. Но вы очень ошибаетесь, большинство используют пульсирующий сток. Это связано с двумя недостатками импульсов затвора.
Во-первых, многие усилители мощности работают при пределе пробоя напряжения затвор-сток в точке покоя. Когда вы вводите затвор в область отсечки, вы увеличиваете потенциал напряжения затвор-сток и, возможно, попадаете в область пробоя. Это повышенное напряжение может представлять проблему с надежностью.
Вторая проблема заключается в том, что вам нужно переключаться между двумя напряжениями, которые не так уж далеко друг от друга, и напряжение затвора во время работы гораздо более критично для производительности, чем напряжение стока. V1 и V2 могут быть -0,9 В и -1,5 В для усилителя мощности PHEMT. Любой шум или проблемы с урегулированием на V1 и ваш импульсный сигнал пострадают.
Для хорошей схемы импульсов затвора мы рекомендуем «ограничивающий усилитель» AD8036 аналогового устройства, показанный ниже. Он позволяет независимо настраивать напряжения смещения затвора при включении и выключении; например, если вы используете усилитель мощности PHEMT, вы можете установить VG (on) на -0.9 вольт, а VG (выкл.) До -1,5 вольт. Вам по-прежнему требуется накопитель заряда на линиях смещения стока и заглушки на смещения затвора и стока как можно ближе к усилителю.