Elektronika - baza wiedzy

Generator fali prostokątnej 9MHz


Przedstawiony generator pokrywa zakres od 200 Hz do 9 MHz w ośmiu podzakresach:


200 Hz - 1,1 kHz
800 Hz - 4,5 kHz
3,1 kHz - 18 kHz
17 kHz - 90 kHz
70 kHz - 360 kHz
330 kHz - 1,5 MHz
1 MHz - 4 MHz
3,5 MHz - 9 MHz
Układ składa się z następujących bloków funkcjonalnych:


Układu generującego impulsy zbudowanego na zlinearyzowanych bramkach B1 i B2 układu US1.
Układu umożliwiającego kluczowanie generatora z tranzystorem T2.
Układu formowania impulsów wyjściowych TTL na bramkach B3 i B4 układu US1.
Podwójnego buforu wyjściowego na układzie US2.
Stabilizatora napięcia dodatniego +5V do zasilania układów US1 i US2.
Zasadniczą częścią urządzenia jest układ astabilny zbudowany ze zlinearyzowanych bramek B1 i B2 ze sprzężeniem generujący impulsy. Bramka I-NIE ze sprzężeniem jak na schemacie z rys.1 stanowi wzmacniacz liniowy o przesunięciu fazowym 180° . Charakterystyka bramki z takim sprzężeniem jest charakterystyką liniową, w odróżnieniu od nieliniowej charakterystyki przejściowej bramki bez sprzężenia zwrotnego. Dwie zlinearyzowane w ten sposób bramki i połączone ze sobą szeregowo stanowią wzmacniacz liniowy o przesunięciu fazowym 360° . Jeżeli połączymy teraz dla prądów zmiennych wejście wzmacniacza z jego wyjściem to powstanie układ astabilny generujący impulsy. Częstotliwość generacji w tego typu układzie można zmieniać skokowo za pośrednictwem kondensatorów przełączanych za pośrednictwem przełącznika SW1, oraz płynnie za pomocą potencjometru R6 o charakterystyce liniowej. Maksymalna częstotliwość generowana w tego typu układzie w zasadzie może dochodzić do 12 MHz, należy jednak zaznaczyć tutaj że w trakcie prób technicznych uzyskano stabilną pracę generatora do 15 MHz przy wykorzystaniu układów serii LS. Generator w zależności od ustawienia przełącznika SW2 można ustawić w trybie pracy ciągłej lub jako generator kluczowany. Kluczowanie generatora odbywa się poprzez zwieranie styków wejścia CW KEY lub poprzez podanie na to wejście odpowiednich impulsów kluczujących odpowiadających standardowi TTL-CMOS. Dzięki takiemu rozwiązaniu konstrukcyjnemu istnieje możliwość uzyskania sygnałów w.cz. zmodulowanych sygnałem m.cz. Sygnał z generatora jest podawany do bramki B3 i dalej do B4. Bramki te stanowią układ formowania przebiegu wyjściowego TTL oraz sterują buforami wzmacniającymi sygnał zawartymi w układzie US2. Wyjścia OUT A TTL i OUT B TTL można wykorzystać jako dwa niezależne lub jedno przeciwsobne. W tym drugim przypadku obciążenie włączamy pomiędzy te dwa wyjścia, a nie między wyjście i masę. Amplituda sygnału na wyjściach A i B wynosi około 4V. Sygnał na wyjściu B jest odwrócony w fazie o 180° w stosunku do sygnału na wejściu A. W przypadku wykorzystania wyjść jako przeciwsobnych amplituda sygnału wyjściowego osiąga wartość około 8V. W celu wzmocnienia przebiegów wyjściowych zastosowano wzmacniacze buforowe typu otwarty kolektor zawarte w układzie US2. Amplituda wyjściowa na wyjściach OUT A i OUT B jest zbliżona do napięcia zasilającego przy wykorzystaniu tych wyjść jako niezależnych. Natomiast przy wykorzystaniu tych wyjść jako przeciwsobnych amplituda sygnału wyjściowego jest prawie dwukrotnie większa od napięcia zasilającego. Wszystkie wyjścia zostały tak zaprojektowane aby były całkowicie odporne na zwarcie. Ostatnim blokiem funkcjonalnym generatora jest stabilizator +5V zbudowany na tranzystorze T1. Jest to typowy prosty stabilizator parametryczny i ze względu na swoją prostotę nie wymaga on szczegółowego omówienia.

Przedstawiony układ montujemy zgodnie ze schematem ideowym przedstawionym na rys.1 na płytce drukowanej wykonanej zgodnie z rys.2. Rozmieszczenie poszczególnych elementów przedstawia nam rys.3. Na uwagę zasługuje sposób montażu kondensatorów od C2 do C11. Na płytce drukowanej są przewidziane odpowiednie pola lutownicze dla tych pojemności, jednak zalecany sposób montażu polega na przylutowaniu ich bezpośrednio do wyprowadzeń przełącznika obrotowego ośmiopozycyjnego jednosekcyjnego na krótkich wyprowadzeniach. Przeciwległe wyprowadzenia kondensatorów łączymy razem stosując jak najkrótsze połączenia. Zmontowany w ten sposób agregat do przełączania zakresów montujemy na płytce czołowej urządzenia i łączymy go dwoma przewodami z płytką drukowaną urządzenia. Przewody łączące nie powinny być zbyt blisko siebie. Taki sposób montażu redukuje znacznie pojemności pasożytnicze jakie wystąpiłyby w przypadku łączenia przełącznika z płytką za pomocą przewodu taśmowego wielożyłowego. Sam przełącznik powinien być wykonany z materiałów mało stratnych dla prądów w.cz. tak aby nie wprowadzać zbytniego tłumienia na wyższych zakresach częstotliwości. Wszystko to pozwoli na uzyskanie większej stabilności pracy generatora. Do płynnego przestrajania generatora służy potencjometr R6 który powinien być dobrej jakości potencjometrem wieloobrotowym umożliwiającym precyzyjne strojenie generatora.

Uruchomienie generatora rozpoczynamy od podłączenia napięcia zasilającego, które powinno się zawierać w granicach od 9V do 18 V. (UWAGA! W przypadku zastosowania jako US2 układu 74LS06 maksymalne napięcie zasilające nie może przekroczyć 13V) Teraz należy sprawdzić napięcie wyjściowe ze stabilizatora z tranzystorem T1. Powinno być ono jak najbardziej zbliżone do 5V. Następnie ustawiamy przełącznik SW2 w pozycji "Praca ciągła" , styki A i B przełącznika zwarte, a potencjometr R6 w położeniu środkowym i sprawdzamy pracę generatora na wszystkich ośmiu podzakresach. Sprawdzenia tego można dokonać za pośrednictwem oscyloskopu, miernika częstotliwości, lub przy pomocy sondy do pomiaru napięć w.cz. współpracującej z multimetrem lub miernikiem uniwersalnym. W dalszej kolejności ustawiamy przełącznik SW2 w pozycji "Kluczowanie" styki B i C zwarte i sprawdzamy możliwość kluczowania generatora zwierając styki wejścia CW KEY. Sygnał na wyjściu generatora powinien pojawiać się w takt zwierania styków CW KEY. Jeżeli wszystkie próby techniczne wypadną pomyślnie to pozostaje nam jeszcze odpowiednio zaekranować cały generator i wmontować go do odpowiedniej obudowy. Jeżeli zastosujemy obudowę metalową połączoną z masą urządzenia to dodatkowe ekranowanie jest zbędne. Na płytce czołowej montujemy potencjometr wieloobrotowy R6 wyposażony w dużą gałkę, przełącznik zakresów SW1, przełącznik trybu pracy SW2, gniazdo do podłączenia klucza telegraficznego CW KEY, gniazda BNC1 i BNC2 (lub tylko jedno z nich według własnego uznania), oraz dwie pary gniazdek bananowych dla wyjść OUT1 i OUT2. Oprócz tego należy jeszcze przewidzieć miejsce dla wyłącznika zasilania niezaznaczonego na schemacie. Generator powinien być zasilany z dowolnego źródła prądu stałego o napięciu wyjściowym od 9V do 18V. Napięcie wyjściowe nie musi być stabilizowane lecz wtedy należy liczyć się z tym, że sygnały z wyjść OUT1 i OUT2 będą zmodulowane przydźwiękiem sieci.

Jako ciekawostkę należy dodać że przedstawiony tutaj generator może być również stabilizowany przez rezonator kwarcowy włączony w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego w zastępstwie jednego z kondensatorów przełączanych przełącznikiem SW1. Jeżeli wszystkie kondensatory zastąpimy rezonatorami to otrzymamy generator stałych wartości częstotliwości i wtedy zamiast rezystora R5 i potencjometru R6 montujemy tylko jeden rezystor o wartości 560 W . Należy jednak zaznaczyć że dla niektórych typów rezonatorów kwarcowych układ ma tendencje do wzbudzania się na częstotliwościach harmonicznych. Aby wyeliminować to zjawisko należy szeregowo z rezonatorem włączyć szeregowy obwód rezonansowy nastrojony na częstotliwość rezonatora kwarcowego.