Funktsiya generatori: 12 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Bu ko'rsatma MAX038 Maxims analog analog sxemasi asosida ishlab chiqaruvchi generatorining dizaynini tavsiflaydi

Jeneratör funktsiyasi elektronika uchun juda foydali vositadir. Bu rezonans sxemalarini sozlash, audio va video uskunalarni sinash, analog filtrlarni loyihalash va boshqa maqsadlar uchun kerak.

Bugungi kunda funktsiya generatorlarining ikkita asosiy turi mavjud; Raqamli, (DSP -ga asoslangan, DDS …) tez -tez ishlatib turadigan va analoglari kelib chiqishi.

Har ikkala turning ham afzalliklari va kamchiliklari bor. Raqamli generatorlar juda barqaror chastotali signallarni ishlab chiqarishi mumkin, lekin ular juda sof sinus signallarini ishlab chiqarishda muammolarga duch kelishadi (bu analog uchun muammo emas). Bundan tashqari, DDS yondashuviga asoslangan asosan tarqalgan funktsiyali generatorlar chastotalar ishlab chiqarish diapazoni unchalik katta emas.

Uzoq vaqtdan beri men har ikkala turdagi (analog va raqamli) generatorlarning ba'zi afzalliklarini birlashtira oladigan foydali funktsiyali generatorni loyihalashni xohlardim. Men dizaynni Maxim chip MAX038* ga asoslashga qaror qildim.

* Izoh - bu chip endi Maksim tomonidan ishlab chiqarilmaydi va sotilmaydi. Bu eskirgan. Hali ham eBay, Aliexpress va elektron komponentlar uchun boshqa saytlarda topish mumkin.

Boshqa analog funktsiyali generator chiplari ham mavjud (Exar -dan XR2206, Intersildan icl8038), lekin menda

bitta MAX038 mavjud va men uni ishlatganman. Funktsiya generatorining raqamli xususiyatlari bitta Atmega328 chipi tomonidan bajarilgan. Uning vazifalari quyidagilardan iborat:

• chastota diapazonini tanlashni nazorat qiladi
• signal turini boshqaradi (sinus, to'rtburchaklar, uchburchak, arra tishi)
• signal amplitudasini o'lchaydi
• DC ofsetini o'lchaydi
• signal chastotasini o'lchaydi
• audio diapazonidagi sinus signalining THD ni o'lchaydi (bu hali bajarilishi kerak)
• bu ma'lumotlarning barchasini 16x2 o'lchamli LCD displeyda ko'rsatadi.

1 -qadam: MAX038 tavsifi

Men MAX038 ma'lumotlar jadvalini biriktirdim, eng muhim chip parametrlarini ko'rish mumkin:

♦ 0,1 Gts dan 20 MGts gacha ishlaydigan chastota diapazoni

♦ Uchburchak, arra tish, sinus, kvadrat va puls to'lqin shakllari

♦ Mustaqil chastotalar va vazifalar davrini sozlash

♦ 350 dan 1 gacha chastotali tozalash diapazoni

♦ 15% dan 85% gacha o'zgaruvchan ish tsikli

♦ Past empedansli chiqish buferi: 0.1Ω

♦ Past 200ppm/° S harorat o'zgarishi

Yana bir muhim talab - bu ikkilamchi ta'minotga ehtiyoj (± 5V). Chiqish amplitudasi sobit (~ 2 VP-P 0 V shahar ofsetli).

Ma'lumotlar varag'ining 8-sahifasida chipning blok-sxemasini ko'rish mumkin. 11 -sahifada sinus to'lqin signalini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan eng oddiy sxemani ko'rish mumkin. Bu sxema funktsiya generatorini loyihalash uchun asos qilib olingan.

2 -qadam: O'chirish …

Rasmda har bir qurilma qiymatini to'g'ri o'qilishini kafolatlash uchun men bu tasvirni eng yuqori aniqlikda bajargan funktsiya generatorining sxemasi ko'rsatilgan. Sxemalar juda murakkab ko'rinadi va yaxshiroq tushunish uchun men uning asosiy qismlarini alohida tushuntirib beraman. Ko'pchilik o'quvchilar meni tuman juda ortiqcha deb ayblashlari mumkin edi. Bu haqiqat. Avvaliga uning tarkibida ikkita MAX038 chipi borligini ko'rishingiz mumkin. Buning sababi shundaki, PCB ikkala turdagi SO va DIP paketlarini qo'llab -quvvatlaydi. Ishdan bo'shatishni ba'zi funktsiyalarda ham ko'rish mumkin -

1) LEDlar joriy faol chastota diapazonini ko'rsatadi, lekin u ham LCD displeyda aks etadi;

2) LEDlar signal turini ko'rsatish uchun ham ishlatiladi, lekin LCD bu ma'lumotlarni ko'rsatadi

Dizayn foydalanuvchiga ko'proq moslashuvchanlikni ta'minlash uchun shunday qilingan - xohlagancha u LCD displeydan foydalana olmasdi yoki LEDlarning lehimlanishini o'tkazib yuborishi mumkin edi. Men ularni dizayn bosqichlarida funktsiyalarni tuzatish uchun lehimladim.

Shuni ham ko'rish mumkinki, men juda ko'p opamplardan foydalanaman. Ulardan ba'zilari muammosiz qoldirilishi mumkin - ayniqsa buferlar. Hozirgi vaqtda opamplar o'z -o'zidan katta ortiqcha taklif qilmoqdalar - bitta paketda siz 2, 4, hatto 8 ta alohida kuchaytirgichni topishingiz mumkin va bu nisbatan arzon narxda. Nega ulardan foydalanmaslik kerak?

Filtrlovchi kondansatkichlar ham ortiqcha - har bir ishlatilgan analog chipning o'z kondansatör banki bor (har ikkala ta'minot uchun tantal + keramik kondansatkichlar). Ulardan ba'zilari ham qoldirilishi mumkin.

3 -qadam: O'chirish bo'yicha tushuntirish - Quvvat manbai (1)

Aytganimdek, bu generator ikki tomonlama etkazib berishni talab qiladi. Ijobiy kuchlanish 7805 chiziqli voltaj regulyatori yordamida yaratiladi. Salbiy ta'minot 7905 chipi tomonidan ishlab chiqariladi. 2x6V transformatorining o'rta tegish nuqtasi taxtaning umumiy joyiga ulangan. Ishlab chiqarilgan quvvat manbalari - ham musbat, ham manfiy analog va raqamli bo'laklarga bo'linadi. Ikkita LED har bir ta'minot mavjudligini ko'rsatadi.

4 -qadam: O'chirish bo'yicha tushuntirish - chastota diapazonini boshqarish (2)

Katta chastota diapazonini qoplash uchun bir nechta kondansatkichli bank ishlatiladi. Kondansatkichlar har xil qiymatlarga ega va ular har xil chastotali diapazonlarni belgilaydi, ish paytida faqat bitta kondansatkich ishlatiladi - uning pastki plitasi MOS tranzistorli kalit bilan erga ulangan. Qaysi kondansatkichlarning pastki plitasi erga ulanishi 74HC238 demultiplexer chipi yordamida Atmega328 tomonidan boshqariladi. MOS kalitlari sifatida men BSS123 tranzistorlaridan foydalanardim. Ushbu kalitning asosiy talabi past Ronga ega bo'lishi va drenaj sig'imining eng past bo'lishi. Kondensator bankining raqamli boshqaruvini e'tiborsiz qoldirish mumkin - PCB mexanik aylanadigan kalit uchun simlarni lehimlash uchun teshiklarni o'z ichiga oladi.

5 -qadam: O'chirish bo'yicha tushuntirish - Chastotani sozlash (3)

Rasmda chastota va ish aylanishini boshqarish davrlari ko'rsatilgan. U erda men standart LM358 opampdan foydalanardim (bitta paketda ikkita kuchaytirgich). Men, shuningdek, er -xotin 10K potentsiometrlardan foydalanardim.

MAX038 chipi, odatda, barcha sozlashlar uchun mos yozuvlar sifatida ishlatiladigan 2,5V ichki kuchlanish moslamasini ishlab chiqaradi.

Bu kuchlanish IC8a teskari kirishda qo'llaniladi va u DADJ (ish aylanishini sozlash) uchun ishlatiladigan manfiy zo'riqish hosil qiladi. Ikkala kuchlanish ham DADJ uchun potentsiometrda qo'llaniladi, uning o'rta tapasi tamponlanadi va MAX038 chipining DADJ piniga qo'llaniladi. JP5 o'tish moslamasi erga ulanganida DADJ funktsiyasini o'chirish uchun ishlatilishi mumkin. "Kurs" chastotasini boshqarish MAX038 "IIN" pinidagi joriy cho'kma / manbani o'zgartirish orqali amalga oshiriladi. Bu oqim R41 qarshiligi va opampning chiqish voltaji kurs chastotasini boshqarish potansiyometrining o'rta kranini aniqlaydi. Bularning barchasi REF va IIN MAX038 pinlari orasidagi bitta potansiometrga (reostat ulanishida) almashtirilishi mumkin.

6 -qadam: O'chirish bo'yicha tushuntirish - Amplitudani boshqarish, SYNC signallarini ishlab chiqarish … (4)

Ma'lumotlar varag'ida yozilgandek pf MAX038 chiqish signali ~ 1 V amplitudaga ega, shahar voltaji er potentsialiga teng.

Men signal amplitudasini nazorat qilish imkoniyatiga ega bo'lishni va o'z -o'zidan DC tokini belgilashni xohlardim. Qo'shimcha xususiyat sifatida men chiqish signaliga parallel ravishda CMOS darajali SYNC signaliga ega bo'lishni xohlardim. Odatiy bo'lib, MAX038 chipi bunday signalni ishlab chiqaradi, lekin ma'lumotlar sahifasida men o'qiganmanki, agar bu funksiya yoqilgan bo'lsa (5V ga ulangan DV+ pin), analog analog signalda ba'zi cho'qqilar (shovqin) kuzatilishi mumkin. iloji boricha toza va shuning uchun men SYNC signalini tashqi tomondan yaratdim. PCB DV+ pinini asosiy ta'minotga osongina ulash mumkin bo'lgan tarzda amalga oshiriladi. SYNC pin BNC ulagichiga yo'naltiriladi - faqat 50 Ohm qarshilik lehimlanishi kerak. Bunday holda, SYNC signal ishlab chiqarish sxemasini o'tkazib yuborish mumkin. Ko'rib turganingizdek, men ikkita potentsiometrdan foydalanaman, lekin ular parallel ulanmagan. Buning sababi - men amplitudani nisbatan o'lchayman. Bitta potansiyometrning o'rta nuqtasidagi kuchlanish Atmega328 ADC tomonidan seziladi va signal amplitudasi shu qiymat asosida hisoblab chiqiladi. Albatta, bu usul juda aniq emas (bu har doim ham sodir bo'lmaydigan potentsiometr bo'limlarining mos kelishiga asoslanadi), lekin bu mening ilovalarim uchun etarlicha aniq. Ushbu sxemada IC2A kuchlanish buferi sifatida ishlaydi. IC4A ham. IC2B opampi yig'uvchi kuchaytirgich sifatida ishlaydi - bu funktsional generatorning chiqish signalini ofset kuchlanishining yig'indisi va sozlangan amplitudali asosiy signalni yaratadi. R15. R17 kuchlanish bo'luvchi doimiy oqimning asosiy ofsetini o'lchash uchun mos kuchlanish signalini ishlab chiqaradi. Buni Atmega328 ADC sezadi. IC4B opampi taqqoslagich sifatida ishlaydi - ikkita MOS tranzistorlari (BSS123 va BSS84) tomonidan ishlab chiqarilgan SYNC avlod inverterini boshqaradi. U6 (THS4281 - Texas Instruments) MAX038 DC tomonidan ishlab chiqarilgan chiqish signalini 2,5 V ga o'zgartiradi va uni 1,5 barobar kuchaytiradi. Shunday qilib, ishlab chiqarilgan signal AVR ADC tomonidan seziladi va FFT algoritmi bilan qayta ishlanadi. Bu qismda men 130 MGts tarmoqli kengligi (TI - LMH6619) ga ega bo'lgan opamplarni yuqori sifatli temir yo'ldan ishlatardim.

SYNC signallari qanday ishlab chiqarilishini tushunish oson bo'lishi uchun men LTSpice elektron simulyatsiyasining ba'zi rasmlarini qo'shaman. Uchinchi rasmda: ko'k signal - bu ofset kuchlanish (IC2B ning kirishi). Yashil - bu o'rnatilgan amplitudali chiqish signali. Qizil - bu funktsional generatorning chiqish signali, ko'k egri - SYNC signalidir.

7 -qadam: PCB dizayni

Men "burgut" dan PCB dizayni uchun foydalanardim. Men PCB -ni "PCBway" ga buyurtma qildim. Ularga taxtalarni ishlab chiqarish uchun atigi to'rt kun va etkazib berish uchun bir hafta kerak bo'ldi. Ularning sifati yuqori, narxi esa juda past. Men 10 ta PCB uchun atigi 13 dollar to'ladim!

Bunga qo'shimcha ravishda, men narxni oshirmasdan boshqa rangli PCBlarga buyurtma berishim mumkin edi. Men sariq ranglarni tanladim:-).

Men gerber fayllarini "PCBway" dizayn qoidalariga muvofiq biriktiraman.

8 -qadam: Lehimlash

Avval men elektr ta'minoti sxemalarini lehimladim.

Ta'minot blokini sinab ko'rganimdan so'ng, men Atmega328 chipini qo'llab -quvvatlovchi qurilmalari bilan lehimladim: kvarts kristalli, kondansatkichlar, filtr qopqoqlari va ISP ulagichi. Ko'rib turganingizdek, menda AVR chipining besleme liniyasida o'tish kabeli bor. Chipni ISP orqali dasturlashda men uni uzaman. Men USBtiny dasturchisidan shu maqsadda foydalanaman.

Keyingi qadamda men 74HC238 de-mux chipini lehimladim, bu LED chastota diapazonini ko'rsatadi. Men multiplekslashni sinovdan o'tkazayotgan Atmega chipiga kichik Arduino dasturini yukladim. (yuqoridagi havola ostidagi videoni ko'ring)

9 -qadam: Lehimlash …

Keyingi qadam sifatida men DC rejimida (LM358) ishlaydigan opamplarni, chastota va DADJ sozlash potentsiometrlarini lehimladim va ularning barcha funktsiyalarini tekshirdim.

Keyin men BSS123 kalitlarini, chastotani aniqlaydigan kondansatörlarni va MAX039 chipini lehimladim. Men signalni mahalliy chip signal chiqishida tekshiradigan funktsional generatorni sinab ko'rdim. (Siz mening eski sovetimni ko'rishingiz mumkin, 1986 yilda ishlab chiqarilgan, hali ham ishlayotgan osiloskop:-))

10 -qadam: Ko'proq lehim …

Shundan so'ng, men LCD displey uchun rozetkani lehimladim va uni "Salom dunyo" eskizi bilan sinab ko'rdim.

Qolgan opamplarni, kondansatörlarni, potansiyometrlarni va BNC ulagichlarini lehimladim.

11 -qadam: dasturiy ta'minot

Atmega328 dasturiy ta'minotini yaratish uchun men Arduino IDE -dan foydalandim.

Chastotani o'lchash uchun men "FreqCounter" kutubxonasidan foydalandim. Eskiz fayli va ishlatilgan kutubxona yuklab olish uchun mavjud. Men hozir ishlatiladigan rejimni (sinus, to'rtburchaklar, uchburchak) ifodalash uchun maxsus belgilar yaratdim.

Yuqoridagi rasmda LCD displeyda ko'rsatilgan ma'lumotlarni ko'rish mumkin:

• F = xxxxxxxx chastotasi
• Chastota diapazoni Rx
• MVda amplitudasi A = xxxx
• MV 0 = xxxx bo'yicha ofset
• signal turi x

Jeneratorning old tomonida ikkita chap tugmachasi bor - ular chastota diapazonini o'zgartirish uchun ishlatiladi (yuqoriga - pastga). Ularning o'ng tomonida rejimni boshqarish uchun slaydni almashtirish tugmasi joylashgan, keyin chapdan o'ngga chastotani (kurs, mayda, DADJ), amplitudani va ofsetni boshqarish potentsiometrini kuzatib boring. Ofset sozlamalari potentsiometrining yonida 2,5V doimiy tok bilan sozlangan va sozlangan o'rtasida almashish uchun ishlatiladigan kalit joylashgan.

ZIP faylidagi "Generator.ino" kodida kichik xato topdim - sinus va uchburchak to'lqin shakllari uchun belgilar almashtirildi. Bu erda biriktirilgan bitta "Generator.ino" faylida xato tuzatiladi.

12 -qadam: bajarilishi kerak …

Oxirgi qadam sifatida men qo'shimcha funktsiyani - FFT yordamida real vaqtda audio chastotali sinus signalining THD ni o'lchashni amalga oshirmoqchiman. Bu zarur, chunki sinus signalining ish aylanishi 50%dan farq qilishi mumkin, bunga ichki chip mos kelmasligi va boshqa sabablar sabab bo'lishi mumkin va bu harmonik buzilishlarni keltirib chiqarishi mumkin. Ish tsiklini potentsiometr yordamida sozlash mumkin, lekin osiloskop yoki spektr analizatoridagi signalni kuzatmasdan uning shaklini kesish mumkin emas. THFni FFT algoritmi asosida hisoblash muammoni hal qilishi mumkin. THD hisob -kitoblarining natijasi LCD displeyda o'ng yuqori bo'shliqda ko'rsatiladi.

Videoda MAX038 sinus signalidan hosil bo'lgan spektrni ko'rish mumkin. Spektr analizatori Arduino UNO platasi + 2,4 dyuymli TFT qalqoniga asoslangan. Spektr analizatori Anatoliy Kuzmenko tomonidan ishlab chiqilgan SpltRadex Arduino kutubxonasidan FFTni real vaqtda bajarish uchun foydalanadi.

Men hali ham qaror qilmadim - bu kutubxonadan foydalanish yoki Musiclabs tomonidan yaratilgan FHT kutubxonasidan foydalanish.

Men chastota o'lchagichidan olingan ma'lumotlardan to'g'ri namuna olish oynasini hisoblash va FFT hisob -kitoblari paytida qo'shimcha oyna ishlatishni to'xtatib qo'yish niyatidaman. Buni amalga oshirish uchun menga bo'sh vaqt kerak. Tez orada ba'zi natijalarga erishaman deb umid qilaman ….