Генератор звуковой частоты

  

    К числу наиболее необходимых в лаборатории радиолюбителя приборов по праву можно отнести генератор синусоидальных колебаний звуковой частоты . Наиболее часто в радиолюбительской литературе описываются генераторы с так называемым мостом Вина в цепи положительной обратной связи. К сожалению, несмотря на кажущуюся простоту таких генераторов, повторить их в любительских условиях  непросто, особенно, если учесть возросшие требования к нелинейным искажениям измерительного сигнала. Необходимое для снижения искажений сохранение идентичности сопротивлений органа перестройки частоты  требует применения весьма точных сдвоенных переменных резисторов, а они большинству радиолюбителей практически недоступны. Попытки повышения качества сигнала введением различных стабилизирующих цепей , как правило, приводят к улучшению одних параметров за счет ухудшения других.

Предлагаемый вниманию читателей измерительный генератор звуковой частоты  перестраивается одним переменным резистором, обладает достаточно хорошими техническими характеристиками и прост в налаживании.

Основные технические характеристики:

Диапазон частот, кГц  0,01 - 0,1 0,1 - 1 1 - 10 10 -100
Коэффициент гармоник, % 0,15 - 0,3 0,04 - 0,05 0,04 - 0,1 0,0б - 0,4

   Неравномерность АЧХ, дБ, не более   ±0,5
   Выходное напряжение, В . . .1,2,3,4
   Выходное сопротивление, Ом... 600

Упрощенная принципиальная схема генератора  синусоидальных колебаний звуковой частоты изображена на рис. 1.

Упрощенная принципиальная схема генератора

Рис.1. Генератор звуковой частоты. Упрощенная принципиальная схема

 

  На ОУ DA1 и элементах R1 - R3, С1 собран широко применяемый и описанный в литературе регулируемый фазовращатель, вносящий сдвиг фазы сигнала, который определяется отношением емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. С выхода фазовращателя сигнал поступает на цепь стабилизации амплитуды EL1 и R4,которая  компенсирует влияние таких дестабилизирующих факторов, как температура и неидеальность параметров ОУ.

На ОУ DA2 и резисторах R5 - R7 выполнен обычный инвертирующий усилитель. Вносимый им сдвиг фазы постоянен и равен 180° . Подстроечный резистор R6 служит для установки требуемого уровня выходного сигнала.

Конденсатор С2 с входным сопротивлением каскада на ОУ DA1 образует цепь, дополнительно сдвигающую фазу сигнала на угол, который в сумме со сдвигом фазы, вносимым этим каскадом, составляет 180°.

Таким образом выполняется одно из условий возникновения генерации — баланс фаз.

Полная принципиальная схема генератора показана на рис.2

 

Принципиальная схема генератора

Рис.2. Генератор звуковой частоты.  Принципиальная схема

 

   Регулируемый фазовращатель собран на ОУ DA1. Сигнал с его выхода поступает на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT1. Этот каскад создает условия для нормальной работы генератора на низкое сопротивление нагрузки и цепи стабилизации амплитуды, состоящей из ламп накаливания EL1—EL3 и подстроечного резистора R13, с помощью которого регулируют напряжение сигнала на выходе генератора. С одного поддиапазона на другой генератор переключают переключателем SA1, требуемую частоту сигнала устанавливают переменным резистором R3.

  С движка резистора R13 сигнал подается на инвертирующий усилитель (ОУ DA2), коэффициент передачи которого определяется отношением сопротивлений резисторов R16 и R14. Подключенная параллельно последнему цепь R15C10 компенсирует влияние паразитных фазовых сдвигов в ОУ, позволяя сохранить характер и масштаб изменения частоты как функции сопротивления резистора R3 в области высших частот рабочего диапазона.  Введение этой цепи сделало невозможным изменение сопротивления резистора в цепи ООС, охватывающей ОУ DA2, поэтому регулятор напряжения выходного сигнала пришлось включить в цепь стабилизации амплитуды.

Конденсатор С13 компенсирует небольшой подъем АЧХ в области высших частот, вызванный введением цепи R15C10, и уменьшает нелинейные искажения сигнала на этих частотах.

Выходное напряжение генератора устанавливают переключателем SA2, подключая нагрузку к той или иной части делителя R7—R11. При необходимости число значений выходного напряжения можно выбрать любым другим, включив соответствующее число резисторов в цепь эмиттера транзистора VT1. Суммарное сопротивление этих резисторов не должно превышать 150 Ом.

Детали и конструкция. Применение в фазовращателе и инвертирующем усилителе ОУ разных типов обусловлено необходимостью получения достаточно широкого рабочего диапазона частот при хорошей устойчивости генератора. При использовании двух ОУ серии К574УД1 генератор оказывается склонным к паразитному самовозбуждению на высших частотах, а при использовании в обоих каскадах ОУ серии К140УД8 верхнюю граничную частоту рабочего диапазона не удается поднять выше 20 кГц.

Транзистор КТ807Б можно заменить любым из серий КТ815, KT817. В любом случае транзистор эмиттерного повторителя необходимо закрепить на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности не менее 50 см2.

В качестве органа перестройки частоты (R3) желательно использовать переменный резистор марки СП4-2Ма или СП3-23а. Для уменьшения нелинейности шкалы этот резистор должен быть группы Б. Можно применить и резистор группы В, включив его соответствующим образом, однако частота в этом случае будет возрастать при повороте движка против часовой стрелки (это относится к резистору СП4-2Ма). Подстроечный резистор R13—СП4-1, СПЗ-16а, СП5-16В.

Переключатели SA1, SA2— любые галетные или кнопочные (например, П2К с зависимой фиксацией).

Конденсаторы С1 — С8 частотозадающей цепи желательно взять с возможно меньшим (во всяком случае — нормированным) ТКЕ и подобрать попарно (С1 и С2, СЗ и С4 и т. д.) с погрешностью не более +2 %. Это обеспечит требуемое постоянство амплитуды генерируемых колебаний при переходе с одного поддиапазона на другой.

Для питания генератора подойдет любой стабилизированный источник с выходными напряжениями 4-15 и —15 В при токе не менее 200 мА и напряжении пульсации не более 25 мВ (этим требованиям в полной мере отвечает, например, устройство, описанное в [2]).

Налаживание генератора начинают с установки подстроечным резистором R13 выходного напряжения 4В (переключатель SA1 —в положении “I”, SA2 — в положении “4 В”). Затем, установив движок переменного резистора R3 в верхнее (по схеме) положение (оно соответствует нижней граничной частоте поддиапазона), подбором резистора R1 добиваются частоты генерации, равной 10 Гц, после чего измеряют выходное напряжение и, если необходимо, устанавливают его равным 4 В еще раз (тем же резистором R13).

Далее переменный резистор R3 переводят в нижнее (по схеме) положение и подбором резистора R2 добиваются частоты колебаний 100 Гц. После этого переключатель SA1 устанавливают в положение “IV” и подбирают резистор R15 такого сопротивления, при котором частота выходного сигнала равна 100 кГц.

Конденсатор С13 подбирают, стремясь к тому, чтобы неравномерность АЧХ генератора на высших частотах рабочего диапазона не превышала +0,5 дБ.

Е. НЕВСТРУЕВ