|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Генератор сигналів із малим коефіцієнтом гармонік. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка Нелінійні спотворення сигналів ЗЧ, що характеризують якість звукозаписної та звуковідтворювальної апаратури, зазвичай оцінюють коефіцієнтом гармонік, який для високоякісних пристроїв не повинен перевищувати орієнтовного граничного значення 0,1%. Для виміру спотворень такого рівня необхідний генератор сигналів з коефіцієнтом гармонік у кілька разів меншим, тому при розробці пропонованого приладу основну увагу було приділено зниженню нелінійних спотворень сигналу. Основні технічні характеристики:
Діапазон генерованих частот приладу розбитий на чотири піддіапазони, у кожному з яких частоту змінюють здвоєним змінним резистором. Вихідну напругу можна регулювати плавно та дискретно з кроком 20 дБ. Функціональна схема генератора показано на рис. 1. Його основа - широкосмуговий підсилювач А1, ланцюг позитивної ОС (ПОС) якого утворена смуговим фільтром R1C1R2C2 (мостом Вина), а негативною (ООС) - вузлами та елементами стабілізації амплітуди вихідної напруги R3, R4, U1, A2-A7.
Смужний RC-фільтр подібний до паралельного коливального контуру і на частоті квазірезонансу fp=1/2piRC (при R1=R2=R і С1=С2=С) забезпечує максимальний коефіцієнт передачі, рівний 1/3, найбільшу добротність і найкращі селективні властивості. Частоту коливань можна перебудовувати узгодженою зміною опору резисторів R1 та R2 або ємності конденсаторів С1 та С2. Очевидно, що для самозбудження генератора коефіцієнт передачі підсилювача А1, що задається ланцюгом ООС, повинен дорівнювати трьом. При такому малому коефіцієнті передачі за допомогою глибокої ООС неважко досягти широкого діапазону частот і дуже малого (менше 0,01%) рівня спотворень підсилювача. Щоб одержати малий коефіцієнт гармонік генератора, амплітуду вихідної напруги необхідно стабілізувати певному рівні. Для цього підсилювач охоплюють ланцюгом нелінійної ООС, в яку як керований атенюатор часто включають терморезистор або польовий транзистор. Однак у першому випадку важко добитися простим шляхом коефіцієнта гармонік генератора на середніх частотах менше 0,05%, у другому - менше 0,1%, тому зменшення спотворень саме в керованому атенюаторі було приділено особливу увагу. Напруга ООС, що надходить на підсилювач А1, можна представити у вигляді суми двох складових: постійної, амплітуда якої завжди дорівнює 1/3 вихідної напруги, і змінної, характер якої обгинає обумовлений властивостями ланцюга ООС, а розмах залежить від дестабілізуючих факторів: температурного та тимчасового дрейфу параметрів елементів, зміни коефіцієнта передачі фільтра в діапазоні частот тощо (амплітуда другої складової на кілька порядків менше, ніж першої). Це наштовхнуло на думку використовувати для зниження нелінійних спотворень двоканальний ланцюг ООС, подавши постійну складову на інвертуючий вхід підсилювача А1 каналу, що містить тільки лінійні елементи (дільник R3R4 і суматор А7), а змінну - каналом стабілізації амплітуди (A) , Виробляє коригуючий сигнал, який складається в суматорі А1 з постійною складовою. Працює другий канал в такий спосіб. Вихідний сигнал підсилювача А1 випрямляється випрямлячем U1, і напруга, що знімається з нього, порівнюється в інтеграторі A2 зразковим, що задає рівень вихідних коливань. Проінтегрована різницева напруга управляє атенюатором А4 безпосередньо, а атенюатором А5 - через інвертуючий повторювач A3. У стаціонарному (встановленому) режимі роботи генератора при коефіцієнтах передачі дільника R3R4 і фільтра, рівних 1/3, різниця вхідної напруги, а також вихідна напруга інтегратора А2 і повторювача A3 близькі до нуля. Тому амплітуди сигналів на виходах атенюаторів А4 та А5 виявляються однаковими і вихідна напруга диференціального підсилювача А6 також близько до нуля. У нестаціонарному режимі зміна амплітуди вихідного сигналу підсилювача А1 викликає відхилення випрямленої напруги в той чи інший бік щодо зразкового і, отже, вихідної напруги інтегратора А2 і повторювача A3. Під дією цих керуючих сигналів коефіцієнти передачі атенюаторів А4 і А5 змінюються в протилежних напрямках, і на виході підсилювача А6 виникає напруга синусоїдальна, що призводить генератор в стаціонарний режим. При збільшенні амплітуди вихідних коливань щодо стаціонарного значення на виході підсилювача А6 з'являється синфазний сигнал з вихідним, а при зменшенні - протифазний. Використання керованих атенюаторів, що працюють при малому сигналі, та часткова компенсація продуктів нелінійних спотворень дозволили суттєво зменшити рівень гармонік генератора.
Принципова схема приладу. Його основний підсилювач містить два диференціальних вхідних каскаду (VT1, VT2 і VT5, VT6), включених для сигналу, що посилюється паралельно. Завдяки цьому підсилювач симетричний для обох напівхвиль змінної напруги, що істотно знижує рівень парних гармонік, особливо другий, найбільшою складовою спектра сигналу в більшості високоякісних RC-генераторів. Інша особливість підсилювача - малий струм, що протікає через резистори R39, R32.2 та R40, підключені до баз транзисторів диференціальних каскадів. Він дорівнює різниці струмів баз, тому підбором транзисторів з близькими коефіцієнтами передачі струму h21е можна значно зменшити. В результаті виявилося можливим знизити вимоги до узгодженості секцій здвоєного змінного резистора R32 і підключити його першу секцію (R32.1) безпосередньо до транзисторів баз VT1, VT5 (без роздільного конденсатора). З метою зменшення власних шумів підсилювача струм спокою диференціальних каскадів обраний відносно невеликим (близько 100 мкА). Сигнали з колекторів транзисторів VT1 та VT5 надходять на симетричний підсилювач напруги, виконаний на транзисторах VT7, VT9 та VT8, VT10. Для зниження нелінійності він охоплений місцевою ООС (резистори R13 і R15), що зменшує його коефіцієнт передачі до 8...12. Резистори R19, R20 створюють умови, близькі до джерела напруги, для вихідного каскаду на складових транзисторах VT12VT14 і VT13VT15, що також сприяє підвищенню лінійності підсилювача. Струм спокою цього каскаду встановлюють підстроювальним резистором R16. Для стійкої роботи при великій глибині ООС та широкій смузі пропускання в підсилювачі передбачена частотна корекція ланцюгами R1C1 та R11C2, включеними паралельно резисторам навантаження (R2 та R10) диференціальних каскадів. Частота зрізу АЧХ підсилювача із розімкнутою ООС, що задається цими ланцюгами, знаходиться в межах 20...25 кГц. В результаті сполучення АЧХ некоректованого підсилювача та ланцюгів корекції ділянка характеристики з крутістю 6 дБ на октаву стала більш протяжною. Частота зрізу підсилювача напруги знаходиться в області кількох мегагерц. Крім того, для підвищення запасу стійкості всього підсилювача в ланцюг ООС включено ланку форсування C19R69. Вихідний сигнал підсилювача проходить через повторювач на транзисторі VT16, діодом випрямляється VD6 і надходить на інтегратор, виконаний на ОУ DA1. Зразкова напруга подається з двигуна підстроювального резистора R35. З виходу ОУ напруга, що дорівнює результату інтегрування різниці зазначених сигналів, впливає на затвор транзистора VT17.1, а через повторювач, що інвертує, на ОУ DA2 - на затвор транзистора VT17.2. Разом з резисторими R52-R55 ці транзистори утворюють керовані атенюатори. Нелінійність характеристик транзисторів зменшується ланцюгами ООС, що складаються з резисторів R49, R50 та R56, R57. Експериментально встановлено, що для отримання найкращих результатів постійна напруга на затворах польових транзисторів має бути в межах 20...50 % від напруги відсікання, а опір резисторів у ланцюгах ООС - набагато більший за опір їх каналів. Це враховано в описуваних атенюаторах, причому напруга на вході, що інвертує, ОУ DA2 можна регулювати підстроювальним резистором R33 з метою встановлення найкращого співвідношення напруг, що управляють атенюаторами в стаціонарному режимі. Різниця вихідних сигналів атенюаторів посилюється диференціальним підсилювачем на ОУ DA4 і через суматор напруг ООС, виконаний на резисторах R66-R68, R70-R72, R40, впливає на вхід основного підсилювача, що інвертує. Коефіцієнт передачі ланцюга ООС, близький1/3, встановлюють підстроювальними резисторами R68, R70-R72 у кожному піддіапазоні окремо. Регулювання частоти, перемикання піддіапазонів, а також фактори, що дестабілізують, викликають зміни вихідної напруги, що супроводжується процесами, що відновлюють його колишній рівень. Наприклад, при збільшенні вихідного сигналу зростає напруга на виході випрямляча (VD6) і, отже, зменшується напруга керування на затворі транзистора VT17.1, а на затворі транзистора VT17.2 збільшується. Тому коефіцієнти передачі атенюаторів змінюються в протилежних напрямках і амплітуда синфазного вихідного сигналу підсилювача на ОУ DA4 збільшується, а коефіцієнт передачі основного підсилювача зменшується. В результаті амплітуда вихідного сигналу генератора і випрямлену напругу на вході, що інвертує, ОУ DA1 повертаються до колишнього, стаціонарного значення. Вихідна напруга генератора вимірюється вольтметром змінного струму ОУ DA3. Мікроамперметр РА1 включений в діагональ випрямного мосту VD7-VD10 в ланцюзі ООС, що охоплює ОУ. Вихідну напругу генератора встановлюють змінним резистором R26 і східчастим атенюатором, що складається з резистивного дільника R27-R30 та перемикача SA2. Генератор живиться від двополярного джерела стабілізованого. Споживаний від нього струм - менше 100 мА. Деталі та конструкція. У пристрої переважно використані резистори МЛТ з допусканим відхиленням опору від номіналу ±5 і ±10 %. Резистори R31, R39, і R27- R30 підібрані з точністю ±0,5...1 %. Підстроювальні резистори - СП3-44, СП3-27 або СП3-16. Для перебудови частоти застосований здвоєний дротяний змінний резистор ПТП, але це не виключає використання резисторів інших типів опором 2...50 кОм (при відповідній зміні ємності конденсаторів С8-С15). Для полегшення налагодження генератора та отримання коефіцієнта гармонік, зазначеного на початку статті, розбаланс секцій резистора R32 не повинен перевищувати 2..3%. Конденсатори С1, С2, С4, С5, С7, С19 – КМ4 або КМ5; С3, С6 – К50-6; С16-С18 – К50-3; С8-С15 – К73, К76, МБМ. Для зменшення похибки встановлення частоти в піддіапазонах ємність останніх необхідно підібрати з точністю не гірше за 1...2%. Зазначені на схемі значення ємності одержують паралельним з'єднанням двох конденсаторів (наприклад, С8, С12 становлять конденсаторів ємністю 3,3 і 0,68 мкФ). Діоди КД521А можна замінити на КД522А, КД522Б, КД509А, КД510А, стабілітрон КС162А – на КС156А. Статичні коефіцієнти передачі струму h21е транзисторів VT1, VT2, VT5, VT6 не повинні відрізнятися більш ніж на 20%, а транзисторів VT7-VT10 – на 30%. У транзисторів VT1-VT6 ці коефіцієнти повинні бути в межах 150...250, VT7-VT10 - в межах 100...200, VT12-VT15 - 80...200. Замість зазначених на схемі можливе застосування транзисторів серій КТ315 (VT1-VT3, VT10-VT12, VT14) і КТ361 (VT4-VT7, VT9, VT13, VT15), замість складання КПС104В - КПС104Е - КПС303Е, а також , різними лише на 303 %. ОУ К30УД140 можна замінити на К7УД140А, К8УД140Б, К8УД140. У приладі встановлено мікроамперметр М261М із струмом повного відхилення 100 мкА та опором рамки близько 800 Ом. Перемикачі SA1, SA2 – ПГ3, гніздо XS1 – СР50-73. Більшість елементів генератора розміщена на друкованій платі зі склотекстоліту товщиною 2 мм. Резистор R25 припаяний до висновків регулятора рівня R26, резистори дільника R27-R30 - висновків перемикача SA1. Конденсатори С8-С15, С19 та резистори R31, R39, R67-R72, R40 змонтовані на додатковій друкованій платі, встановленій поруч із здвоєним змінним резистором R32 (оскільки розміри та малюнок друкованих провідників плати залежать від габаритів). Резистор R60 та конденсатор С17 змонтовані на висновках мікроамперметра РА1.
Налагодження приладу починають з вимірювання напруги на виходах стабілізованого джерела живлення, які повинні знаходитися в межах ±14,5...16 В. Після цього тимчасово випаюють один з висновків резистора R66 і перевіряють режим підсилювача роботи по постійному струму. Падіння напруги на резисторах R2, R10 має бути в межах 2,3...2,7, на резисторах R12, R14 - 1,7...2,1, а на R13, R15 - 1,1. .1,5 В. Підстроювальним резистором R16 встановлюють струм спокою вихідного каскаду 1,5...2,5 мА. Постійна напруга на виході підсилювача має бути не більше ±10 мВ. При необхідності домагаються шунтуванням резистора R5 або R6 додатковим резистором великого опору (15...150 кОм). Потім переконуються у відсутності паразитного самозбудження підсилювача. Якщо воно є, збільшують ємність коригувальних конденсаторів C1, C2 і підбирають елементи форсуючого ланцюга R69C19. Після цього балансують ОУ DA1, DA2, DA4, припаюють висновок резистора R66 і встановлюють двигуни резисторів R32, R33, R35, R37 в середнє положення, а перемикач SA1 - положення "х10" (100 ... 1000 Гц). Підстроювальними резисторами R70 і R35 домагаються виникнення генерації в цьому піддіапазоні, резистором R35 встановлюють максимальну вихідну напругу 5 В. Далі до виходу генератора підключають вхід синхронізації осцилографа та перевіряють форму сигналу на виході ОУ DA4. Підстроювальними резисторами R70 і R33 домагаються можливо меншої амплітуди цього сигналу і близьких керуючих напруг на затворах транзисторів VT17 (їх вимірюють вольтметром з високоомним входом), які повинні перебувати в межах -0,4...-1,6 В. Стійкої генерації і Амплітуди неспотвореного сигналу на виході ОУ DA4 в інших піддіапазонах домагаються підстроювальними резисторами R68, R71, R72. При недостатній стабільності амплітуди сигналу частотою збільшують опір резистора R44. Низькочастотні (0,1...1 Гц) коливання, що виникають з метою стабілізації амплітуди, усувають послідовно включенням з конденсатором С16 резистора опором в кілька кілоом. Градуюють шкалу та перевіряють кратність зміни частоти при перемиканні піддіапазонів за допомогою цифрового частотоміра. Налагодження вольтметра на ОП DA3 зводиться до встановлення необхідної чутливості підбором резистора R59. Нерівномірність коефіцієнта передачі вольтметра смузі частот 10... 105 Гц має перевищувати 1 %. Автор: Н. Шиянов
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Мініатюрні PMIC MAX77650/1 від Maxim Integrated ▪ Водоблок EK-Vector RX 5700+XT ▪ Нанокристали, що захищають фруктові дерева від заморозків.
▪ Розділ сайту Основи першої медичної допомоги (ОПМП). Добірка статей ▪ стаття За хвостик тітоньки триматися. Крилатий вислів ▪ стаття Які слова зашифровані у сигналі SOS? Детальна відповідь ▪ стаття Начальник загального відділу. Посадова інструкція ▪ стаття Дрібниці (для дерева, шкіри, матерії тощо). Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page