Простой функциональный генератор на цифровых КМОП микросхемах
Низкочастотный генератор сигналов синусоидальной формы, а также прямоугольной
формы с изменяемой скважностью импульсов и очень низким потреблением тока
«Пиво - величайшее изобретение!
Колесо, конечно, тоже ничего, но колесо с рыбой - как-то все-таки не то…»
А современные цифровые технологии, захватившие верхний ярус, где обычно рисуют лики святых? Величайшее ведь изобретение человечества!
Весчь!
И куда деваться бедному крестьянину, еврею, или простому энтузиасту-электронщику, собравшемуся замутить самодельный
аналоговый агрегат?
"В топку", - крикнет кочегар кочегару в окружающую даль, продвинутый юзер процессорных приблуд согласится и понимающе кивнёт головой,
программист оскалится в счастливой улыбке.
А тем временем, на одной из страниц мы уже познакомились с простыми схемами
генераторов синусоидальных сигналов, выполненных на цифровых микросхемах. Там же мы в концентрированной форме изложили преамбулу
в виде целей и достоинств применения подобных устройств. Напомню:
«Генератор сигналов - вещь, немаловажная в радиолюбительском хозяйстве.
Конечно, при нашей всесторонней занятости и умении здраво оценивать ситуацию, оптимальными явились бы такие логические построения:
1. купить готовый DDS генератор у мастеровитых китайских хунвейбинов;
2. загрузить и пользовать программный продукт под названием - генератор сигналов на базе ПК.
Отличное умозаключение, но немного скучноватое... К тому же в некоторых случаях куда удобней пользоваться миниатюрным и почти
ничего не потребляющим приборчиком на батарейке. Его можно систематически забывать выключить, ронять (желательно не в унитаз), шпынять
и подвергать прочему физическому насилию... Всё равно работать будет как папа Карло, за себя и за всех отсутствующих!
Вот такой малопотребляющий и трудолюбивый персонаж легко можно соорудить на логических КМОП микросхемах.»
Генераторы колебаний треугольной и пилообразной форм в измерительной практике используются крайне редко. Они имеют скорее утилитарный
характер, определяемый их пользой от применения в схемах ШИМ, различных времязадающий цепях, таймерах и так далее. Поэтому устройство
усложнять не станем, решительно обойдёмся без них. Ограничимся измерительным генератором колебаний синусоидальной формы, а
также прямоугольной с регулируемой скважностью.
А вот теперь с чистой совестью и чувством сдержанного спокойствия можно переходить к схеме электрической принципиальной.
Рис.1 Функциональный генератор на цифровых КМОП микросхемах
На первый взгляд схема, приведённая на Рис.1, кажется довольно громоздкой. Но это только лишь на первый. Четыре корпуса микросхем с
обвесом без напряга разместятся на небольшой макетной платке, размером со спичечный коробок, плюс, конечно, нелишним окажется пространство
для переменного резистора, переключателей и батарейки системы «Крона».
За основу генератора была взята схема, опубликованная в журнале Radioelektronik Audio-HiFi-Video, 1997, №11,
с коэффициентом нелинейных искажений - около 1% во всем диапазоне генерируемых частот. Для некоторого улучшения этого параметра
авторы ввели в устройство простейший фильтр нижних частот с переключаемыми по диапазону частотозадающими элементами.
Поскольку подобный способ борьбы за линейность имеет ряд недостатков, было решено обойтись без переключаемых фильтров, а приемлемое
значение коэффициента нелинейных искажений получить увеличением разрядности сдвигового регистра.
Результатом явился 16-разрядный сдвиговый регистр на двух ИМС CD4094, который посредством суммирующей матрицы,
образованной резисторами R4-R22, формирует на выходе сигнал синусоидальной формы с частотой, в 32 раза меньшей частоты поступающих
тактовых импульсов.
При использовании наиболее распространённых резисторов с допуском 5%, коэффициент нелинейных искажений составляет:
около 0,5% без предварительного отбора номиналов сопротивлений,
менее 0,3% - при условиях отбора номиналов, либо употребления элементов с 1% точностью.
Если установить выходную частоту генератора 1кГц и замкнуть контакты переключателя S3, на выходе поймаем чистую синусоиду
с коэффициентом нелинейности 0,01% - хорошее подспорье при настройке различных УНЧ.
С 10 вывода микросхемы IC3 снимаются колебания прямоугольной формы со скважностью 2 (меандр).
Посредством переключателя S2 можно ступенчато регулировать скважность импульсов на выходах IC4.2 и IC4.3 в интервале 1,2 - 64.
Частота тактовых импульсов, поступающих на вход сдвигового регистра, находится в диапазоне 64-640000 Гц. С ролью генератора,
формирующего весь этот частотный интервал, как нельзя лучше справляется низкопотребляющая КМОП микросхема CD4046, содержащая
внутренний узел в виде стабильно работающего генератора, управляемого напряжением (ГУН).
Необходимый частотный диапазон выбирается посредством переключателя S1.
Переменный резистор R1, осуществляющий плавную регулировку частоты, удобно было бы употребить многооборотный.
Подстроечник R3 позволяет сдвигать общий интервал генерируемых частот, как в верхнюю, так и в нижнюю сторону.
Представленный генератор имеет стабильную, не зависящую от частоты амплитуду и низкое (около 2мА) потребление тока. Диапазон
генерируемых частот 2Гц - 20кГц.
И в заключение для наглядности сказанного приведу диаграмму выходного сигнала синусоидальной формы.
|
