Opisano konstrukcjê

generatora sygna³u

sinusoidalnego o dobrej

sta³oœci amplitudy 0,1%

i czêstotliwoœci.

Generator mo¿na

wykorzystaæ do pomiarów

parametrów wzmacniaczy

akustycznych oraz we

wszystkich tych

urz¹dzeniach, gdzie jest

potrzebny sygna³

sinusoidalny o bardzo

du¿ej stabilnoœci

parametrów.

G

enerator sygna³u sinusoidalne-

go o czêstotliwoœci w zakresie

akustycznym jest podstawo-

wym narzêdziem w pracowni

radioamatora. Najbardziej popularne s¹ ge-

neratory RC, opisywane wielokrotnie na ³a-

mach ReAV. Ich wad¹ jest niezbyt dobra sta-

bilnoœæ parametrów _ ”p³yniêcie” czêstotliwo-

œci i amplitudy, niekiedy w granicach kilku

procent. Rozwi¹zaniem zapewniaj¹cym ra-

dykaln¹ poprawê stabilnoœci obu tych wiel-

koœci jest zakup wysokiej klasy fabryczne-

go generatora z syntez¹ cyfrow¹. Samo-

dzielna konstrukcja takiego generatora jest

mo¿liwa, a jego parametry mog¹ byæ tak¿e

bardzo dobre.

Opisany poni¿ej amatorski generator z syn-

tez¹ cyfrow¹ wykazuje sta³oœæ amplitudy

przebiegu sinusoidalnego zbli¿on¹ do sta-

³oœci napiêcia zasilaj¹cego cyfrow¹ czêœæ

uk³adu (oko³o 0,01%). Napiêcie wyjœciowe

zmieniane jest skokowo w stosunku 10:1,

a dodatkowy dzielnik rezystorowy 100:1

PRECYZYJNY GENERATOR

PRZEBIEGU SINUSOIDALNEGO

giem schodkowym zosta³a opisana m.in.

w ksi¹¿ce Horowitza i Hilla [1].

Cztery wzmacniacze operacyjne (US4

÷

US7)

uk³adu scalonego TL084 pe³ni¹ kolejne

funkcje: przesuwania poziomu sygna³u za-

kresu (0, +5 V) do (_2,5 V, +2,5 V), filtru dol-

noprzepustowego, wzmacniacza napiêcio-

wego (o wzmocnieniu 0,1 lub 1) oraz

wzmacniacza koñcowego. Kszta³t ”g³ad-

kiej” sinusoidy uzyskuje siê po odfiltrowaniu

jedn¹ sekcj¹ filtru dolnoprzepustowego

(wzmacniacz US5). Filtr ma charakterysty-

kê dobran¹ tak, by ma³e zmiany jego para-

metrów w jak najmniejszy sposób wp³ywa-

³y na poziom amplitudy sygna³u, a prze³¹-

czane rezystory zmienia³y jego czêstotli-

woœæ graniczn¹ w zale¿noœci od genero-

wanej czêstotliwoœci. Pozosta³e dwa wzmac-

niacze operacyjne to wzmacniacz napiê-

ciowy o wzmocnieniu zmienianym w sto-

sunku 10:1 (US6) i wzmacniacz koñcowy

(US7) o wzmocnieniu dobranym tak, by

wartoœæ skuteczna napiêcia na jego wyj-

œciu by³a równa 1 V lub 0,1 V.

Realizacja generatora

Na rys. 2 przedstawiono cyfrow¹ czêœæ ge-

neratora sinusoidalnego 1 kHz/10 kHz.

Generator z rezonatorem kwarcowym 5,12

MHz i 5-stopniowy dwójkowy dzielnik czê-

stotliwoœci zrealizowano stosuj¹c uk³ad

4060. Uk³ad 4017 daje mo¿liwoœæ dodatko-

wego podzia³u czêstotliwoœci wyjœciowej

160 kHz przez 10. Prze³¹cznik P1 zmienia

wiêc czêstotliwoœæ na wejœciu uk³adu 4015

ze 160 kHz na 16 kHz.

Przetwornik cyfrowo/analogowy zrealizo-

daje mo¿liwoœæ wyboru czterech napiêæ

wyjœciowych: 1 V, 100 mV, 10 mV oraz 1 mV

(wartoϾ skuteczna). Dla zachowania pro-

stoty uk³adu zrezygnowano tak¿e z mo¿liwo-

œci p³ynnej zmiany czêstotliwoœci.

W opisanym uk³adzie proponuje siê prze³¹-

czanie dwóch wybranych wartoœci czêsto-

tliwoœci: 1 kHz i 10 kHz.

Zasada dzia³ania

Schemat blokowy generatora przedstawio-

no na rys.1. ród³em sygna³u prostok¹tne-

go o stabilnej czêstotliwoœci jest uk³ad 4060

(US1) wraz z rezonatorem kwarcowym.

Czêstotliwoœæ sygna³u jest dzielona w uk³a-

dach dzielnika dwójkowego 4060 i dziesiêt-

nego 4017 (US2) do wartoœci szesnastokrot-

nie wiêkszej od czêstotliwoœci koñcowej:

160 kHz i 16 kHz. Zadaniem 8-bitowego

rejestru przesuwaj¹cego 4015 (US3) i sied-

miu odpowiednio dobranych rezystorów jest

uformowanie sygna³u prostok¹tnego w 16

schodków daj¹cych w przybli¿eniu kszta³t

sinusoidy o czêstotliwoœci f = 10 kHz lub

f = 1 kHz. Zasada dzia³ania uk³adu aproksy-

muj¹cego przebieg sinusoidalny przebie-

r

MIERNICTWO

18

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 6/2002

Rys. 2. Generator kwarcowy, dzielnik

czêstotliwoœci i przetwornik c/a generatora

Rys. 1. Schemat blokowy generatora sinusoidalnego 1 kHz/10 kHz

19

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 6/2002

wano stosuj¹c uk³ad 4015. Tranzystor T1 po

w³¹czeniu zasilania wytwarza sygna³ RE-

SET, natomiast T2 pe³ni funkcjê inwertera.

Istotn¹ rolê odgrywa siedem rezystorów

R1, R2, R3, R4, R3, R2 i R1, od których za-

le¿y wiernoœæ realizacji przebiegu schod-

kowego, aproksymuj¹cego sinusoidê. Ponie-

wa¿ rezystory podczas pracy uk³adu spe³-

niaj¹ funkcjê dzielników napiêcia, nie jest

wa¿ne, aby ich wartoœci by³y dok³adnie rów-

ne wartoœciom podanym na schemacie _

powinny byæ do nich jedynie proporcjonalne,

a wartoœci rezystancji powinny byæ zawarte

w granicach od oko³o 20 k

Ω

do 100 k

Ω

. Dla

przyk³adu, gdy zamiast dwóch rezystorów

R2 = 31,6 k

Ω

dysponujemy par¹ stabilnych

termicznie rezystorów 20,0 k

Ω,

mo¿na u¿yæ

je jako R3, a pozosta³e nietypowe wartoœci

R1 = 42,8 k

Ω

, R2 = 26,1 k

Ω

i R4 = 18,5 k

Ω

mo¿na uzyskaæ ³¹cz¹c szeregowo po dwa

stabilne rezystory o odpowiednich warto-

œciach.

W dalszych stopniach uk³adu przedstawio-

nych na rys. 3, tworz¹cych analogow¹ czêœæ

generatora, zastosowano popularny po-

czwórny wzmacniacz operacyjny TL084.

W pêtlach sprzê¿enia zwrotnego powinny

byæ u¿yte stabilne termicznie rezystory me-

talizowane, a kondensatory C9, C10 w filtrze

dolnoprzepustowym powinny byæ styrofle-

ksowe (KSF). Prze³¹cznik P2 s³u¿y do zmia-

ny czêstotliwoœci granicznej filtru przez prze-

³¹czanie par odpowiednich rezystorów:

1,00 k

Ω

i 10,0 k

Ω

. Filtr mo¿e dzia³aæ popraw-

nie w ca³ym zakresie akustycznym. Dla przy-

k³adu, gdy przeprojektujemy uk³ad dla czê-

stotliwoœci f = 100 Hz, nale¿y u¿yæ w nim pa-

ry rezystorów 100 k

Ω

, dla f = 50 Hz dwóch

rezystorów 200 k

Ω

, itd. Prze³¹czniki P1 i P2

powinny byæ sprzê¿one, tak by zmiana czê-

stotliwoœci prze³¹cznikiem P1 powodowa³a

odpowiedni¹ zmianê czêstotliwoœci granicz-

nej filtru za pomoc¹ prze³¹cznika P2.

Zasilacz

Generator wymaga trzech napiêæ zasila-

j¹cych. Czêœæ analogowa mo¿e byæ zasila-

Rys. 3. Przesuwnik poziomu, filtr dolnoprzepustowy, wzmacniacz 0,1x/1x, wzmacniacz koñcowy

oraz dzielnik napiêcia wyjœciowego 100:1

na z typowego zasilacza

±

12 V/100 mA, na-

tomiast cyfrowa czêœæ uk³adu generatora

powinna byæ zasilana starannie stabilizowa-

nym napiêciem +5 V pochodz¹cym z uk³a-

du bardziej rozbudowanego. Nale¿y pa-

miêtaæ, ¿e popularny stabilizator napiêcia

LM317 przy kilkunastostopniowych zmia-

nach temperatury pokojowej nie zapewni

lepszej stabilizacji napiêcia ni¿ 0,1%. Takim

te¿ co najmniej zmianom podlegaæ bêdzie

amplituda wyjœciowego sygna³u sinusoi-

dalnego generatora. Jeszcze gorszy rezul-

tat osi¹gniemy stosuj¹c stabilizator 78L05.

Aby w pe³ni wykorzystaæ zalety generatora

cyfrowego, radzimy do wytworzenia stabil-

nego napiêcia +5 V zastosowaæ odpowie-

dnie scalone Ÿród³o napiêcia odniesienia

5 V lub 2,5 V, np. REF-02 lub ³atwiej dostêp-

ny uk³ad LM385-2.5.

Przyk³adowy uk³ad zasilacza +5 V z zasto-

sowaniem Ÿród³a napiêcia 2,5 V typu

MC1403 (odpowiednik AD580) przedsta-

wiono na rys. 4. Wzmacniacz operacyjny

OP07 wraz z tranzystorem T3 pe³ni funkcjê

precyzyjnego wzmacniacza napiêcia sta³e-

go 2,5 V o wzmocnieniu K = 2. U¿ycie ter-

mistora w pêtli sprzê¿enia zwrotnego

wzmacniacza OP07 nie jest bezwzglêdnie

konieczne. W opisanym uk³adzie dobór od-

powiedniego termistora (R = 16

Ω

/20

o

C,

R = 8

Ω

/40

o

C) umo¿liwi³ skompensowanie

niewielkich termicznych zmian napiêcia na

wyjœciu zastosowanego egzemplarza uk³adu

MC1403 z +24 ppm/

o

C do +6 ppm/

o

C. Zmie-

rzona w komorze cieplnej zmiana napiêcia

wyjœciowego wynosi³a wiêc zaledwie 0,01%

przy zmianie temperatury z 20

o

C do 40

o

C.

Uruchomienie i kalibracja

Podczas uruchamiania uk³adu generatora

warto sprawdziæ oscyloskopem funkcjono-

wanie poszczególnych stopni porównuj¹c

obserwowane przebiegi z przedstawionymi

na rys.1. Nastêpnie przez dobór wartoœci

kondensatora C2* przeprowadza siê korek-

tê czêstotliwoœci 160 kHz na wyprowadze-

niu 5 uk³adu 4060. Rezystor R20* nale¿y do-

braæ tak, by skuteczna wartoœæ napiêcia

wyjœciowego generatora zmierzona za po-

moc¹ precyzyjnego multimetru laboratoryj-

nego by³a równa 1 V lub 0,1 V w zale¿noœci

od po³o¿enia prze³¹cznika P3. Dzielnik R22,

R23 mo¿na dok³adnie wykalibrowaæ u¿y-

waj¹c napiêcia sta³ego, np. z ogniwa 1,5 V.

Po kalibracji generator utrzymuje przez wie-

le lat sta³¹ amplitudê sinusoidy z dok³adno-

œci¹ lepsz¹ ni¿ 0,1 %.

n

Pawe³ Turkowski SP8GYD

L I T E R A T U R A

[1] Horowitz, P., Hill, W.: Sztuka elektroniki, tom 2, WK£,

Warszawa 1996, str. 213 i 217

Rys. 4. Schemat zasilacza generatora