Krug generatora funkcija pomoću jednog IC 4049

U ovom ćemo postu naučiti kako izraditi 3 jednostavna funkcijska sklopa generatora pomoću jednog IC 4049 za generiranje točnih kvadratnih valova, valova trokuta i sinusnih valova jednostavnim operacijama prebacivanja.

Upotreba samo jednog jeftinog CMOS IC 4049 i pregršt zasebnih modula, lako je stvoriti robustan funkcijski generator koji će pružiti niz od tri valna oblika oko i izvan audio spektra.

Svrha članka bila je stvoriti osnovni, isplativi, generator otvorenih izvora frekvencije koji je jednostavan za konstrukciju i koji koriste svi hobisti i laboratorijski profesionalci.

Ovaj je cilj nesumnjivo postignut, jer sklop pruža razne sinusne, kvadratne i trokutaste valove, a frekvencijski spektar od približno 12 Hz do 70 KHz koristi samo jednu CMOS hex hemijsku pretvarač i nekoliko zasebnih elemenata.

Bez sumnje, arhitektura možda neće postići učinkovitost naprednijih sklopova, posebno u pogledu konzistentnosti valnih oblika na povećanim frekvencijama, ali je ipak nevjerojatno prikladan instrument za audio analizu.

Za Bluetooth verziju možete Pročitajte ovaj članak

Blok dijagram

Osnove rada sklopa iz gore prikazanog blok dijagrama. Glavni odjeljak generatora funkcija je generator trokuta / kvadratnog vala koji se sastoji od integratora i Schmitovog okidača.

Jednom kada je izlaz Schmittovog okidača visok, napon koji se vraća sa Schmittovog izlaza na ulaz integratora omogućuje da izlaz integratora povisi negativnu vrijednost prije nego što pređe donju razinu izlaznog okidača Schmitta.

U ovoj je fazi izlaz Schmittova okidača spor, pa mu mali napon koji se vraća na ulaz integratora omogućuje pozitivno pojačavanje prije nego što se postigne gornja razina okidača Schmittova okidača.

Izlaz Schmittovog okidača ponovno se povisuje, a izlaz integratora ponovno skače negativan i tako dalje.

Pozitivni i negativni zamah izlaza integratora predstavljaju trokutasti valni oblik čija se amplituda izračunava Schmittovom histerezom okidača (tj. Razlika između gornje i donje granice okidača).

Schmittova proizvodnja okidača je, naravno, kvadratni val koji se sastoji od izmjeničnih visokih i niskih izlaznih stanja.

Izlaz trokuta isporučuje se oblikovaču diode kroz međuspremnik, koji zaokružuje vrhove i padove trokuta kako bi stvorio približni signal sinusnog vala.

Zatim se svaki od 3 valna oblika može odabrati trosmjernim preklopnim prekidačem S2 i isporučiti na pojačalo izlaznog međuspremnika.

Kako krug radi

Potpuni dijagram sklopa generatora CMOS funkcije kao što je prikazano na gornjoj slici. Integrator je u potpunosti izrađen pomoću CMOS pretvarača, Nl, dok Schmittov mehanizam uključuje dva pretvarača s pozitivnom povratnom spregom. To su N2 i N3.

Sljedeća slika prikazuje detalje pinout-a IC 4049 za primjenu u gornjoj shemi

Krug djeluje na ovaj način uzimajući u obzir da je P2 brisač trenutno na najnižem mjestu, a izlaz N3 je velik, struja ekvivalentna:

Ub - U1 / P1 + R1

putuje preko R1 i p1, gdje Ub označava napon napajanja, a Ut prag napona N1.

Budući da se ova struja ne može pomaknuti u ulaz visoke impedancije pretvarača, ona počinje putovati prema C1 / C2, ovisno o tome koji je kondenzator prebačen u liniju prekidačem S1.

Pad napona na C1 tako se linearno smanjuje tako da izlazni napon N1 raste linearno prije nego što se približi donjem pragu napona Schmittova okidača, baš kad izlaz Schmittovog okidača postane nizak.

Sada trenutni ekvivalent -Izlaz / P1 + R1 teče i kroz R1 i P1.

Ova struja uvijek teče kroz C1, tako da se izlazni napon N1 eksponencijalno povećava sve dok se ne postigne maksimalni granični napon Schmittova okidača, ne poveća Schmittov izlazni okidač i cijeli ciklus započne ispočetka.

Da bi se zadržala simetrija vala trokuta (tj. Isti nagib i za pozitivne i za negativne dijelove valnog oblika), struja opterećenja i pražnjenja kondenzatora mora biti identična, što znači da bi Uj, -Ui trebali biti identični Ut.

Međutim, nažalost, Ut, koji se određuje parametrima CMOS pretvarača, obično iznosi 55%! Napon izvora Ub = Ut je približno 2,7 V sa 6 V, a Ut približno 3,3 V.

Taj se izazov prevladava s P2 koji zahtijeva izmjenu simetrije. Trenutno uzmite u obzir da je tajlandski R-povezan s pozitivnim opskrbnim vodom (položaj A).

Bez obzira na postavku P2, Schmittov visoki izlazni napon uvijek ostaje 11.

Ipak, kad je izlaz N3 nizak, R4 i P2 uspostavljaju potencijalni razdjelnik takav da bi se, na temelju P2-ove konfiguracije brisača, napon između 0 V i 3 V mogao vratiti natrag u P1.

To osigurava da napon više nije -Ut već Up2-Ut. U slučaju da je napon klizača P2 oko 0,6 V, tada Up2-Ut treba biti oko -2,7 V, stoga bi struje punjenja i pražnjenja bile identične.

Očito, zbog tolerancije u vrijednosti Ut, P2 podešavanje treba izvesti tako da odgovara generatoru specifičnih funkcija.

U situacijama u kojima je Ut manji od 50 posto ulaznog napona, možda bi bilo prikladno spojiti vrh R4 na masu (položaj B).

Može se naći nekoliko frekvencijskih skala, koje će se dodijeliti pomoću S1 12 Hz-1 kHz i 1 kHz do približno 70 kHz.

Granularnu kontrolu frekvencije daje P1 koji mijenja struju naboja i pražnjenja C1 ili C2, a time i frekvenciju kroz koju integrator raste gore-dolje.

Izlaz kvadratnog vala iz N3 šalje se u međuspremnik preko prekidača za odabir valnog oblika, S2, koji se sastoji od nekoliko pretvarača koji su pristrani poput linearnog pojačala (paralelno spojeni radi poboljšanja njihove izlazne strujne učinkovitosti).

Izlaz vala trokuta pruža se preko međuspremnika pojačala N4, a odatle pomoću prekidača za odabir na izlaz pojačala pojačala.

Također, trokut izlazni iz N4 dodaje se oblikovaču sinusa, koji se sastoji od R9, R11, C3, Dl i D2.

D1 i D2 povlače malo struje do oko +/- 0,5 volti, ali njihov raznoliki otpor pada izvan tog napona i logaritamski ograničava jake i najniže vrijednosti pulsa trokuta kako bi stvorio ekvivalent sinusnom valu.

Izlaz sinusa prenosi se na izlazno pojačalo preko C5 i R10.

P4, koji mijenja pojačanje N4, a time i amplitudu impulsa trokuta koji se isporučuje na oblikovatelj sinusa, mijenja transparentnost sinusa.

Preniska razina signala, a amplituda trokuta bila bi ispod praga napona diode, i nastavit će se bez izmjena, a previsoka razina signala, najviši i najniži nivoi bili bi snažno ošišani, pružajući tako loše formirani sinusni val.

Ulazni otpornici izlaznog međuspremnika pojačala odabrani su tako da sva tri valna oblika imaju nominalni maksimum do minimalnog izlaznog napona od oko 1,2 V. Razina izlaza može se mijenjati pomoću P3.

Postupak postavljanja

Način podešavanja je jednostavno promjena simetrije trokuta i čistoće sinusnog vala.

Uz to, simetrija trokuta idealno je optimizirana ispitivanjem ulaza kvadratnih valova, budući da se simetrični trokut stvara ako je radni ciklus kvadratnog vala 50% (razmak od 1 do 1 oznake).

Da biste to učinili, morat ćete podesiti unaprijed postavljeni P2.

U situaciji kada se simetrija povećava kako se P2 brisač pomiče prema dolje prema izlazu N3, ali ispravna simetrija nije postignuta, gornji dio R4 mora biti spojen u alternativnom položaju.

Čistoća sinusnog vala mijenja se podešavanjem P4 dok valni oblik 'ne izgleda savršeno' ili mijenjanjem minimalnih izobličenja samo ako postoji mjerač izobličenja koji treba provjeriti.

Kako opskrbni napon utječe na izlazni napon različitih valnih oblika, a time i na čistoću sinusa, krug se mora napajati iz robusnog napajanja od 6 V.

Kada se baterije koriste kao baterije za izvor napajanja, nikada ih ne treba prisiljavati da rade previše prema dolje.

CMOS IC-ovi koji se koriste kao linearni krugovi odvode veću struju nego u uobičajenom preklopnom načinu, pa stoga napon napajanja ne smije biti veći od 6 V, inače se IC može zagrijati zbog jakog odvođenja topline.

Još jedan izvrstan način izgradnje sklopa generatora funkcija može biti putem IC 8038, kao što je objašnjeno u nastavku

Krug generatora funkcija pomoću IC 8038

IC 8038 je precizni IC generator generatora valova, posebno dizajniran za stvaranje sinusnih, kvadratnih i trokutastih izlaznih valnih oblika, uključivanjem najmanjeg broja elektroničkih komponenata i manipulacija.

Njegov radni frekvencijski opseg mogao se odrediti kroz 8 frekvencijskih koraka, počevši od 0,001Hz do 300kHz, odgovarajućim odabirom priloženih R-C elemenata.

Frekvencija oscilacija je izuzetno stabilna bez obzira na kolebanje temperature ili napona napajanja u širokom rasponu.

Uz to, IC 8038 funkcijski generator nudi radni raspon frekvencija do čak 1MHz. Sva tri temeljna izlaza valnog oblika, sinusoidni, trokutasti i kvadratni, mogu se istodobno pristupiti kroz pojedinačne izlazne priključke sklopa.

Frekvencijski raspon 8038 može se mijenjati kroz vanjsko napajanje naponom, iako odziv možda neće biti vrlo linearan. Predloženi generator funkcija također pruža podesivu simetriju trokuta i prilagodljivu razinu izobličenja sinusnog vala.

Generator funkcija pomoću IC 741

Ovaj sklop generatora funkcija koji se temelji na IC 741 pruža povećanu testnu svestranost u usporedbi s tipičnim generatorom signala sinusnog vala, dajući zajedno kvadratne i trokutaste valove od 1 kHz, a istovremeno je i jeftin i vrlo jednostavan za konstrukciju. Čini se da je izlaz približno 3V ptp na kvadratnom valu i 2V r.m.s. u sinusnom valu. Preklopljeni atenuator može se brzo uključiti ako želite biti nježniji prema krugu koji se ispituje.

Kako sastaviti

Počnite puniti dijelove na tiskanu pločicu kako je prikazano na dijagramu rasporeda komponenata i pobrinite se da pravilno umetnete polaritet cijenera, elektrolita i IC-a.

Kako postaviti

Da biste postavili krug generatora jednostavnih funkcija, samo fino podesite RV1 dok sinusni val ne bude malo ispod razine odsječenja. To vam pruža najučinkovitiji sinusni val kroz oscilator. Kvadrat i trokut ne zahtijevaju nikakve posebne prilagodbe ili postavljanja.

Kako radi

1. U ovom krugu generatora funkcije IC 741, IC1 je konfiguriran u obliku bečkog oscilatora mosta, koji radi na frekvenciji od 1 kHz.
2. Kontrolu amplitude daju diode D1 i D2. Izlaz s ovog IC-a vodi se ili u izlaznu utičnicu ili u krug za kvadrat.
3. To je povezano sa SW1a pomoću C4 i to je Schmidtov okidač (Q1-Q2). Zener ZD1 djeluje poput okidača bez histerije.
4. Integrator IC2, C5 i R10 generira trokutasti val iz ulaznog kvadratnog vala.

Jednostavan generator UJT funkcija

The jednosmjerni oscilator dolje prikazani, jedan je od najlakših generatora pilastih zuba. Dva izlaza iz toga daju, naime, pilasti valni oblik i niz impulsa okidača. Val se hvata od oko 2V (točka doline, Vv) do maksimalnog vrha (Vp). Vršna točka se oslanja na napajanje Vs i odvojeni omjer BJT, koji se može kretati od oko 0,56 do 0,75, pri čemu je 0,6 uobičajena vrijednost. Period jednog titranja je otprilike:

t = - RC x 1n [(1 - η) / (1 - Vv / Vs)]

gdje '1n' označava upotrebu prirodnog logaritma. Uzimajući u obzir standardne vrijednosti, Vs = 6, Vv = 2 i = 0,6, gornja jednadžba pojednostavljuje na:

t = RC x 1n (0,6)

Budući da se punjenje kondenzatora povećava, nagib pila koji raste povećava nije linearan. Za mnoge audio aplikacije to je jedva važno. Slika (b) prikazuje kondenzator za punjenje putem kruga s konstantnom strujom. To omogućuje padinu da ide ravno prema gore.

Brzina punjenja kondenzatora sada je konstantna, neovisna od Vs, iako Vs još uvijek utječe na vrh točke. Budući da struja ovisi o pojačanju tranzistora, ne postoji jednostavna formula za mjerenje frekvencije. Ovaj je sklop dizajniran za rad s niskim frekvencijama i ima izvedbe kao generator rampe.

Korištenje optičkih pojačala LF353

Dva opcijska pojačala koriste se za konstrukciju preciznog kruga generatora kvadratnih valova i valova trokuta. Set LF353 uključuje dva JFET opcijska pojačala koja su najprikladnija za ovu primjenu.

Frekvencije izlaznog signala izračunavaju se prema formuli f = 1 / RC . Krug pokazuje izuzetno širok radni raspon s gotovo nikakvim izobličenjima.

R može imati bilo koju vrijednost između 330 Ohma i oko 4,7 M C može biti bilo koje vrijednosti od oko 220pF do 2uF.

Baš kao i gornji koncept, u ​​sljedećem se koriste dva opcijska pojačala sinusni val kosinusni val sklop generatora funkcija.

Oni generiraju gotovo identične frekvencijske sinusne signale, ali izvan faze za 90 °, i stoga se izlaz drugog opcijskog pojačala naziva kosinusnim valom.

Na učestalost utječe prikupljanje prihvatljivih vrijednosti R i C. R je u rasponu od 220k do 10M C je između 39pF i 22nF. Veza između R, C i / ili je malo složena, jer mora odražavati vrijednosti drugih otpornika i kondenzatora.

Upotrijebite R = 220k i C = 18nF kao početnu točku koja daje frekvenciju od 250Hz. Zener diode mogu biti izlazne diode male snage od 3,9 V ili 4,7 V.

Generator funkcija pomoću TTL IC

Nekoliko vrata a 7400 četverostruka NAND vrata s dva ulaza čini stvarni krug oscilatora za ovaj krug generatora TTL funkcije. Kristal i podesivi kondenzator rade poput sustava povratne sprege na ulazu ulaza U1-a i izlazu vrata U1-b. Vrata U1-c funkcioniraju poput međuspremnika između stupnja oscilatora i izlaznog stupnja, U1-d.

Prekidač S1 djeluje poput ručno preklopljive kontrole vrata za uključivanje / isključivanje kvadratnog vala U1-d na pin 11 ON / OFF. S otvorenim S1, kao što je naznačeno, kvadratni val se generira na izlazu, a nakon zatvaranja kvadratni valni oblik isključuje se.

Prekidač se može zamijeniti logičkim vratima za digitalno zapovijedanje izlazom. Gotovo idealan sinusni val od vrha do vrha od 6 do 8 volti stvara se na spojnoj točki C1 i XTAL1.

Impedancija na ovom spoju je vrlo velika i ne može pružiti izravni izlazni signal. Tranzistor Q1, postavljen kao pojačalo sljednika emitera, isporučuje visoku ulaznu impedansu sinusnom signalu, a malu izlaznu impedansu vanjskom opterećenju.

Krug će pokrenuti gotovo sve vrste kristala i radit će s frekvencijama kristala ispod 1 MHz do iznad 10 MHz.

Kako postaviti

Postavljanje ovog jednostavnog sklopa generatora TTL funkcije može se brzo pokrenuti sa sljedećim točkama.

Ako je s vama dostupan osciloskop, spojite ga na kvadratni val izlaza U1-d na pin 11 i postavite C1 u središte raspona koji daje najučinkovitiji izlazni valni oblik.

Dalje, promatrajte izlaz sinusnog vala i prilagodite C2 kako biste dobili najfiniji valni oblik. Vratite se na upravljačku tipku C1 i fino je podesite amo-tamo dok se na zaslonu opsega ne postigne najzdraviji sinusni izlaz.

Popis dijelova

OTPORI
(Svi otpornici su -watt, 5% jedinica.)
RI, R2 = 560 ohma
R3 = 100k
R4 = 1k

Poluvodiči
U1 = IC 7400
Q1 = 2N3904 NPN silicijski tranzistor

Kondenzatori
C1, C2 = 50 pF, kondenzator trimera
C3, C4 = 0,1 uF, kondenzator s keramičkim diskom

Razno
S1 = SPST preklopni prekidač
XTAL1 = Bilo koji kristal (vidi tekst)

Kristalno kontrolirani najbolji sinusni valni krug

Sljedeći generator valnog oblika dvokrilni je kristalni oscilatorni krug koji radi izvrsno, jeftino za izradu i ne zahtijeva zavojnice ili prigušnice. Cijena ovisi prvenstveno o korištenom kristalu, jer ukupni trošak ostalih elemenata ne smije iznositi nekoliko dolara. Tranzistor Q1 i nekoliko susjednih dijelova čine oscilatorni krug.

Put tla za kristal usmjeren je pomoću C6, R7 i C4. U spoju C6 i R7, što je prilično mali položaj impedancije, RF se primjenjuje na pojačalo sljednik emiter, Q2.

Oblik valnog oblika na spoju C6 / R7 zaista je gotovo savršen sinusni val. Izlaz na emiteru Q2 kreće se u amplitudi od oko 2 do 6 volti od vrha do vrha, na temelju Q faktora vrijednosti kristala i kondenzatora C1 i C2.

Vrijednosti C1 i C2 odlučuju o frekvencijskom rasponu kruga. Za kristalne frekvencije ispod 1 MHz, C1 i C2 trebaju biti 2700 pF (, 0027 p, F). Za frekvencije između 1 MHz i 5 MHz, to mogu biti kondenzatori od 680 pF i za 5 MHz i 20 MHz. možete primijeniti kondenzatore od 200 pF.

Možete probati testirati vrijednosti tih kondenzatora kako biste dobili najfiniji sinusni izlaz. Uz to, podešavanje kondenzatora C6 može utjecati na dvije izlazne razine i ukupni oblik valnog oblika.

Popis dijelova

OTPORI
(Svi otpornici su -watt, 5% jedinica.)
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270-ohm
R8-100k
KAPACITORI
C1, C2 - vidi tekst
C3, C5-0,1-p.F, keramički disk
C6-10 pF do 100 pF, trimer
POLUVODNICI
Q1, Q2-2N3904
XTAL1 — Pogledajte tekst

Kružni krug generatora pile

U krugu testerisanog generatora dijelovi Q1, D1-D3, R1, R2 i R7 konfigurirani su poput jednostavnog kruga generatora s konstantnom strujom koji kondenzator C1 puni konstantnom strujom. Ova konstantna struja punjenja stvara linearni rastući napon preko C1.

Tranzistori Q2 i Q3 postavljeni su poput Darlingtonovog para kako bi progurali napon kroz C1 do izlaza bez utjecaja opterećenja ili izobličenja.

Čim se napon oko C1 poveća na oko 70% opskrbnog napona, vrat U1-a se aktivira, pokrećući izlaz U1-b da se povisi i nakratko uključuje Q4 koji nastavlja biti UKLJUČEN dok se kondenzator C1 prazni.

Time se završava jedan ciklus i započinje sljedeći. Izlaznom frekvencijom kruga upravlja R7, koji daje nisku frekvenciju od približno 30 Hz i gornju frekvenciju od oko 3,3 kHz.

Frekvencijski raspon mogao bi se povećati smanjenjem vrijednosti C1, a smanjivanjem povećanjem vrijednosti C1. Da bi se očuvala vršna struja pražnjenja Q4 pod kontrolom. C1 ne smije biti veći od 0,27 uF.

Popis dijelova

Krug generatora funkcija koji koristi par IC 4011

Temelj ovog kruga zapravo je Wien-most oscilator, koji nudi izlaz sinusnog vala. Iz toga se naknadno izvlače kvadratni i trokutasti valni oblici.

Wien-most oscilator konstruiran je pomoću CMOS NAND vrata N1 do N4, dok se stabilizacija amplitude napaja tranzistorom T1 i diodama D1 i D2.

Ove diode, eventualno, moraju biti usklađene s dvije, za najmanja izobličenja. Potenciometar za podešavanje frekvencije P1 također mora biti visokokvalitetni stereo potenciometar s unutarnjim tragovima otpora uparenim u toleranciji unutar 5%.

Unaprijed postavljena R3 omogućuje prilagodbu za najmanje izobličenja, a u slučaju da se za D1, D2 i P1 koriste usklađeni dijelovi, ukupna harmonijska izobličenja mogu biti ispod 0,5%.

Izlaz Wien-mostovog oscilatora primjenjuje se na ulaz N5, koji je pristran u svoje linearno područje i funkcionira kao pojačalo. NAND vrata N5 i N6 zajednički poboljšavaju i isječu izlaz oscilatora kako bi generirali kvadratni valni oblik.

Na radni ciklus valnog oblika relativno utječu granični potencijali N5 i N6, no on je u neposrednoj blizini 50%.

Izlaz vrata N6 isporučuje se u integrator izgrađen pomoću NAND ulaza N7 i N8, koji se usklađuje s kvadratnim valom dajući trokutasti valni oblik.

Amplituda trokutastog valnog oblika zasigurno ovisi o frekvenciji, a kako integrator jednostavno nije vrlo precizan, linearnost dodatno odstupa u odnosu na frekvenciju.

U stvarnosti je varijacija amplitude zapravo prilično trivijalna, s obzirom na to da će se generator funkcija često koristiti zajedno s milivoltmetrom ili osciloskopom i izlaz bi se mogao lako provjeriti.

Krug generatora funkcija pomoću LM3900 Norton Op Amp

Izuzetno praktičan generator funkcija koji će smanjiti hardver, a ujedno i cijenu, mogao bi se konstruirati s jednim Nortonovim četverostrukim pojačalom IC LM3900.

Ako se otpornik R1 i kondenzator C1 uklone iz ovog kruga, rezultirajuća postavka bit će uobičajena za generator kvadratnih valova Norton-pojačala, s vremenskom strujom koja ulazi u kondenzator C2. Uključivanje integrirajućeg kondenzatora C1 u generator kvadratnih valova stvara realno precizan sinusni val na izlazu.

Otpornik R1, koji omogućuje nadopunjavanje vremenskih konstanti sklopa, omogućuje vam podešavanje izlaznog sinusnog vala za najmanja izobličenja. Identičan krug omogućuje vam da sinusnim valom ubacite standardni priključak za kvadratni / trokutasti generator dizajniran s dva Nortonova pojačala.

Kao što je prikazano na slici, trokutasti izlaz djeluje poput ulaza za sinusno pojačalo.

Za vrijednosti dijelova dane u ovom članku, pogonska frekvencija sklopa je približno 700 herca. Otpornik R1 može se koristiti za podešavanje najmanjih izobličenja sinusnih valova, a otpornik R2 za podešavanje simetrije kvadratnih i trokutastih valova.

Četvrto pojačalo u četverokutnom paketu Norton moglo bi se spojiti kao izlazni međuspremnik za sva 3 izlazna valna oblika.