Функциональный генератор на max038 своими руками

Простой аналоговый функциональный генератор (0,1 Гц — 8 МГц). Статья перепечатана с сайта .

У радиолюбителей заслуженной популярностью пользуется микросхема MAX038, на основе которой можно собрать несложный функциональный генератор, перекрывающий полосу частот 0,1 Гц — 20 МГц. Преобрести микросхему MAX038 стало проще простого, как это сделать указано . Появившиеся клоны MAX038 имеют по сравнению с ней весьма скромные параметры. Так, у ICL8038 максимальная рабочая частота составляет 300 кГц, а у XR2206 — 1 МГц. Встречающиеся в радиолюбительской литературе схемы простых аналоговых функциональных генераторов также имеют максимальную частоту в несколько десятков, и очень редко, сотен кГц.

Для вашего внимания предложена схема аналогового функционального генератора, формируюего сигналы синусоидальной, прямоугольной, треугольной формы и работающий в диапазоне частот от 0,1 Гц до 8 МГц.

Вид спереди:

Вид сзади:

Генератор имеет следующие параметры:

амплитуда выходных сигналов:

синусоидальный……………………………1,4 В;

прямоугольный……………………………..2,0 В;

треугольный…………………………………2,0 В;

диапазоны частот:

0,1…1 Гц;

1…10 Гц;

10…100 Гц;

100…1000 Гц;

1…10 кГц;

10…100 кГц;

100…1000 кГц;

1…10 МГц;

напряжение питание………………………….220 В, 50 Гц.

За основу разработанной схемы функционального генератора, приведенной ниже, была взята схема из :

Генератор выполнен по классической схеме: интегратор + компаратор, только собран на высокочастотных компонентах.

Интегратор собран на ОУ DA1 AD8038AR, имеющем полосу пропускания 350 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 425 В/мкс. На DD1.1, DD1.2 выполнен компаратор. Прямоугольные импульсы с выхода компаратора (выв. 6 DD1.2) поступают на инвертирующий вход интегратора. На VT1 выполнен эмиттерный повторитель, с которого снимаются импульсы треугольной формы, управляющие компаратором. Переключателем SA1 выбирают требуемый диапазон частот, потенциометр R1 служит для плавной регулировки частоты. Подстроечным резистором R15 устанавливается режим работы генератора и регулируется амплитуда треугольного напряжения. Подстроечным резистором R17 регулируется постоянная составляющая треугольного напряжения. С эмиттера VT1 напряжение треугольной формы поступает на переключатель SA2 и на формирователь синусоидального напряжения, выполненный на VT2, VD1, VD2. Подстроечным резистором R6 выставляются минимальные искажения синусоиды, а подстроечным резистором R12 регулируется симметрия синусоидального напряжения. С целью уменьшения коэффициента гармоник верхушки треугольного сигнала ограничиваются цепями VD3, R9, C14, C16 и VD4, R10, C15, C17. С буфера DD1.4 снимаются импульсы прямоугольной формы. Сигнал, выбранный переключателем SA2, подаётся на потенциометр R19 (амплитуда), а с него — на выходной усилитель DA5, выполненный на AD8038AR. На элементах R24, R25, SA3 выполнен выходной аттенюатор напряжения 1:1 / 1:10.

Для питания генератора использован классический трансформаторный источник с линейными стабилизаторами, формирующими напряжения +5В, ±6В и ±3 В.

Для индикации частоты генератора была использована часть схемы от уже готового частотомера, взятая из :

На транзисторе VT3 выполнен усилитель-формирователь прямоугольных импульсов, с выхода которого сигнал поступает на вход микроконтроллера DD2 PIC16F84A. МК тактируется от кварцевого резонатора ZQ1 на 4 МГц. Кнопкой SB1 выбирается по кольцу цена младшего разряда 10, 1 или 0.1 Гц и соответствующее время измерения 0.1, 1 и 10 сек. В качестве индикатора использован WH1602D-TMI-CT с белыми символами на синем фоне. Правда угол обзора у этого индикатора оказался 6:00, что не соответствовало его установке в корпус с углом обзора 12:00. Но эта неприятность была устранена, как будет описано ниже. Резистор R31 задаёт ток подсветки, а резистором R28 регулируется оптимальная контрастность. Следует отметить, что программа для МК была написана автором для индикаторов типа DV-16210, DV-16230, DV-16236, DV-16244, DV-16252 фирмы DataVision, у которых процедура начальной инициализации по-видимому не подходит к индикаторам WH1602 фирмы WinStar. В результате после сборки частотомера на индикатор ничего не выводилось. Других малогабаритных индикаторов в продаже на тот момент не было, поэтому пришлось вносить изменения в исходник программы частотомера. Попутно в ходе экспериментов была выявлена такая комбинация в процедуре инициализации, при которой двухстрочный дисплей с углом обзора 6:00 становился однострочным, причём достаточно комфортно читаемым при угле обзора 12:00. Выводимые в нижней строке надписи-подсказки о режиме работы частотомера стали не видны, но они особо и не нужны, т.к. дополнительные функции этого частотомера не использованы.

Конструктивно функциональный генератор выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 110х133 мм, разработанной под стандартный пластиковый корпус Z4. Индикатор установлен на палате вертикально на двух уголках. С основной платой он соединён при помощи шлейфа с разъёмом под IDC-16. Для соединения высокочастотных цепей в схеме использован тонкий экранированный кабель. Вот фото генератора со снятой верхней крышкой корпуса:

После первого включения генератора необходимо проконтролировать питающие напряжения, а также установить подстроечным резистором R29 напряжение -3В на выходе DA7 LM337L. Резистором R28 устанавливается оптимальная контрастность индикатора. Для настройки генератора необходимо подключить осциллограф к его выходу, переключатель SA3 установить в положение 1:1, SA2 — в положение, соответствующее напряжению треугольной формы, SA1 — в положение 100…1000 Гц. Резистором R15 добиваются устойчивой генерации сигнала. Переместив движок резистора R1 в нижнее по схеме положение, подстроечным резистором R17 добиваются симметричности треугольного сигнала относительно нуля. Далее переключатель SA2 необходимо перевести в положение, соответствующее синусоидальной форме выходного сигнала, и подстроечными резисторами R12 и R6 добиться соответственно симметричности и минимальных искажений синусоиды.

Вот что получилось в итоге:

Меандр 1 Мгц: Меандр 4 Мгц: Треугольник 1 Мгц:

Треугольник 1 Мгц: Синус 8 Мгц:

Следует отметить, что на частотах свыше 4 Мгц на треугольном и прямоугольном сигналах начинают наблюдаться искажения, связанные с недостаточной полосой пропускания выходного усилителя. При желании этот недостаток можно легко устранить, если перенести усилитель выходного каскада DA5 в цепь от истока VT2 к SA2, т.е. использовать его как усилитель синусоидального сигнала, а вместо выходного усилителя применить повторитель на ещё одном ОУ AD8038AR, пересчитав соответственно сопротивления делителей треугольного (R18, R36) и прямоугольного (R21, R35) сигналов на меньший коэффициент деления.

Файлы:

Литература:

1) Широкодиапазонный функциональный генератор. А.Ишутинов. Радио №1/1987г.

2) Экономичный многофункциональный частотомер. А.Шарыпов. Радио №10-2002.

Способный одновременно генерировать сигналы прямоугольной и пилообразной формы, обычно состоит из двух частей (рис. 36.1):

♦ неинвертирующего триггера Шмитта на микросхеме DA1;

♦ интегратора на микросхеме DA2.

При С 1=4,7 нФ частота генерации — 30 кГц, при 0=47 нФ —

20 Гц. Напряжение питания генератора может варьироваться в пределах 4,5-18 В.

Учитывая высокую актуальность функциональных генераторов, были созданы специализированные микросхемы таких генераторов. Примером является ICL8038 фирмы Harris Semiconductor.

Напряжение питания ±(5-15) В при двуполярном питании или 10-30 В — при однополярном. Потребляемый микросхемой ток не превышает 20 мА (номинальный — 12 мА) при напряжении питания ±10 В. Амплитуда выходного напряжения треугольной формы на сопротивлении нагрузки 100 кОм достигает 1/3 от напряжения питания, для сигнала синусоидальной формы — до 0,22 от напряжения питания.

Варианты подключения внешних элементов регулировки режима работы микросхемы ICL8038 приведены на рис. 36.6.

При использовании микросхемы ICL8038 (рис. 36.7) удобно

Рис. 36.6. Варианты подключения резистивных элементов к микросхеме ICL8038

Рис. 36.7. Вариант включения микросхемы ICL8038 с частотной модуляцией генерируемых сигналов

осуществлять частотную модуляцию генерируемых сигналов. Используя эту особенность микросхемы несложно создать сигналов прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы, одновременно управляемых уровнем внешнего напряжения.

Для уменьшения искажений сигнала синусоидальной формы применяют регулировки, предусмотренные схемным решением, представленным на рис. 36.8.

Рис. 36.8. включения микросхемы ICL8038 с минимизацией искажения сигнала синусоидальной формы

Для того чтобы повысить нагрузочную способность генератора используют схему, показанную на рис. 36.9. Использован обычный буферный каскад, который можно использовать для каждого из выходов . нагрузки определяется выбором

микросхемы ОУ; для приведенного случая нагрузки не должно быть менее 1 кОм.

Рис. 36.9. на микросхеме ICL8038 с повышенной нагрузочной способностью для сигнала синусоидальной формы

Рис. 36Л0. на микросхеме ICL8038 с регулировкой частоты от 20 Гц до 20 кГц

Практическая широкодиапазонного , перекрывающего весь диапазон звуковых частот, приведена на рис. 36.10. Потенциометром R7 минимизируют искажения сигнала синусоидальной формы. R3 предназначен для регулировки соотношения импульс/ пауза (или симметрии) генерируемых сигналов. Потенциометром R10 регулируют частоту генерируемых сигналов.

Аддитивный формирователь сигналов треугольной формы

Электрические сигналы треугольной формы обычно получают при использовании зарядно-разрядных процессов в RC-цепочках. В работах описан и проанализирован принцип формирования сигналов треугольной формы путем противофазного сложения выпрямленных с использованием двухполупериодных выпрямителей сигналов синусоидальной формы, сдвинутых между собой на угол 90°. Ниже приведен вариант практической реализации перестраиваемого по частоте генератора сигналов треугольной формы, использующий данный принцип синтеза.

DA1-DA3 собран LR- сигналов синусоидальной формы, с выходов которого снимаются сдвинутые по фазе на угол 90° сигналы (точки А и В). Эти сигналы подаются на входы двух прецизионных выпрямителей, выполненных DA4, DA5 и DA6, DA7, соответственно. Сигналы с выходов выпрямителей (точки С и D) смешиваются на резистивном сумматоре-делителе напряжения R13, R15, R16 (точка Е). Выходной сигнал (точка Е) имеет треугольную форму с отклонением от линейности до 3 %.

Рабочая частота генератора определяется номиналами частотозадающих цепей — индуктивностей LI, L2, сдвоенного потенциометра R9, R10 и резисторов R7, R8. Для указанных номиналов диапазон частоты перестройки составляет 3300-4000 Гц.

Ступенчато изменить частотный диапазон работы можно переключением катушек индуктивности LI, L2. При расширении диапазона перестройки путем дальнейшего изменения соотношения элементов

Рис. 36.11. беземкостного перестраиваемого генератора сигналов треугольной формы

R7/R9=R8/R10 становится заметной выраженная зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. Для исключения этого недостатка необходимо либо сузить диапазон перестройки генератора, либо использовать промежуточные усилители с автоматической регулировкой усиления.

Инверсного построения

При создании функциональных генераторов традиционно используют прямоугольных импульсов, к выходу которого подключают формирователь треугольного напряжения, основанный на зарядно-разрядных процессах. Затем сигнал треугольной формы преобразуют в подобие синусоидального, выделяя из нее первую гармонику . Недостатки таких схемных решений очевидны: это явно выраженная нелинейность зарядноразрядных процессов, особенно заметная при перестройке частоты генератора и заметные искажения синусоидального сигнала в результате некачественной фильтрации высших гармоник сложного сигнала.

С. И. Семенова — прецизионные двухполупериодные выпрямители (микросхемы DA4, DA5 и DA9, DA10), выходные сигналы которых складываются в противофазе, формируя тем самым сигнал треугольной формы. Сигнал треугольной формы поступает затем на схему формирования биполярных импульсов прямоугольной формы (микросхемы DA6-DA8).

Диаграммы сигналов в различных точках устройства показаны на рис. 36.12.

Работает в диапазоне частот: для сигналов синусоидальной формы — 50-500 Гц, для сигналов треугольной и прямоугольной формы (с удвоением исходной частоты) — 100-1000 Гц. Рабочую частоту плавно меняют перестройкой сдвоенного потенциометра R9, R10. Ступенчатое переключение диапазона генерируемых частот вплоть до субгерцовых может быть обеспечено переключением частотозадающих конденсаторов С2 и СЗ. Так, при уменьшении емкостей конденсаторов С2 и СЗ в 10 раз, т. е. до 3,3 нФ, диапазон генерируемых частот составляет 1000-10000 Гц по пилообразному и прямоугольному сигналам; по синусоидальному — 500-5000 Гц.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.

Генераторы сигналов на ICL8038.

В одной из наших статей мы уже рассмотрели принципиальную схему функционального генератора, это был DIY kit конструктор китайского производства, ссылка на статью:

В этой статье мы делимся с вами похожей схемой генератора, она также способна выдавать синусоиду, сигнал треугольной и прямоугольной формы. Как и в предыдущей статье за основу взята микросхема ICL8038 сигналы которой усиливаются операционным усилителем TL071. Схема показана ниже:

На выходе TL071 установлен резистивный делитель напряжения, что позволяет иметь выходной сигнал нормального и высокого уровня. Так же возможна регулировка усиления с помощью потенциометра номиналом 100 кОм. Между самим генератором и усилителем установлен галетный переключатель на 3 положения, посредством которого выбирается форма выходного сигнала.

В цепи 10-й ножки микросхемы ICL8038 также установлен галетный переключатель, у него 5 положений, его предназначение заключается в выборе частотного диапазона, который зависит от номинала емкости стоящей в этой цепи.

Подстроечными резисторами настраивается форма сигнала выдаваемого генератором, то есть чтобы геометрия сигнала была правильная, без искажений.

Микросхема ICL8038 способна генерить сигналы частотой от 0.001 Hz до 300 kHz. Даташит на нее вы сможете найти в архиве для скачивания.

Питание схемы двуполярное, реализуется с помощью двух интегральных стабилизаторов 7812 и 7912. На плате расположен диодный мост, собранный на 1N4007 или им подобных диодах, и сглаживающими емкостями номиналом 2200 mF. На клеммы питания подается переменка с трансформатора, напряжение может быть от 2 х 10 до 2 х 15 Вольт.

Исходники печатной платы следующие:

Исходник платы, вид со стороны элементов:

Ну и как обычно, наша переделка изображений в формат LAY6:

Фото-вид LAY6 формата:

Плата генератора на ICL8038 + TL071 в сборе:

Формы выходных сигналов генератора показаны на следующем изображении:

Есть еще одна очень похожая схема, отличие в том, что в ней применен операционный усилитель LM741, смотри следующее изображение:

Исходники платы следующие:

Плата этого варианта генератора, преобразованная в формат LAY6:

Фото-вид платы LAY6 формата:

Обращаем ваше внимание, при сборке второго варианта генератора не забудьте поставить перемычки между точками “A” и “В”, смотрите снимки ниже:

Плата генератора на ICL8038 + LM741 в сборе:

Принципиальные схемы функциональных генераторов на ICL8038, даташит на микросхему генератора, а также печатные платы обоих вариантов можно скачать одним файлом по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится на этой же странице после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер архива – 3 Mb.