Главная » Начинающим
Призовой фонд
на июль 2017 г.
1. Осциллограф DSO138
Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 200 руб.
От пользователей

Генератор – пешка на цифровой шахматной доске

Пешка – солдат войны на шахматной доске. Некоторые малоопытные игроки часто пренебрегают ею в начале партии, и платят высокую цену за эт0 допущение в конце игры. Так и генератор – основной аппаратный комплекс в современной электронике, не должен быть просто «проигнорирован», ни новичками радиолюбителями, ни профессиональными разработчиками электроники.

Данная статья направлена на ознакомление с некоторыми видами генераторов и предназначена в основном для новичков. Планируется привести несколько рабочих схем, которые зарекомендовали себя, как хорошие решения.

Генератор сигналов – аппаратный или программно аппаратный комплекс позволяющий вырабатывать периодические электрические сигналы разной формы. Ввиду узкой направленности моих интересов, и необъятной классификации самих генераторов, я остановлюсь на генераторов импульсов, применяемых в цифровой электронике. В зависимости от принципов работы различают следующие виды генераторов:

  • Релаксационные генераторы
  • Генераторы на интегральных схемах (ИС) таймерах
  • Генераторы на кварцевых резонаторах
  • Генераторы на операционных усилителях (ОУ)
  • Программно – аппаратные генераторы

Рассмотрим первый тип генераторов – релаксационные генераторы. Принцип работы таких генераторов основан на нелинейном характере такого активного элемента, как конденсатор. Рассмотрим простейшие схемы интегрирующей (рис. 1) и дифференцирующей (рис. 2) цепочек:

Рис. 1 Рис. 2

 

Математические выражения, описывающие зависимость напряжения в интегрирующей (1) и дифференцирующей (2) цепях от времени, можно записать в следующем виде:

где  tau = RC – постоянная времени цепи. Диаграммы зависимостей приведены на рисунках 3 и 4, соответственно.

Зависимость напряжения на емкости от времени в интегрирующей цепи
Рисунок 3 – Зависимость напряжения на емкости от времени в интегрирующей цепи

Зависимость напряжения на резисторе от времени в дифференцирующей цепи
Рисунок 4 – Зависимость напряжения на резисторе от времени в дифференцирующей цепи

Характерными красными маркерами выделены точки на кривой, соответствующие временам, равным tau, 2tau и 3tau. Используя, такие замечательные свойства этих цепей, как интегрирование и дифференцирование сигналов, а так же незамысловатый элемент, как триггер Шмитта мы получим ни что иное, как генератор импульсов (рис. 5).

Релаксационный генератор на триггерах Шмитта
Рисунок 5 – Релаксационный генератор на триггерах Шмитта

Дам небольшое объяснение: триггер Шмитта – элемент, изначально предназначенный для повышения помехоустойчивости оборудования, позволяющий собственно «не замечать» помехи в приемо–передающем канале. Триггер представляет собой элемент с одним входом и одним инверсным выходом. Логика его работы основана на том, что при достижении сигналом некоторого порогового значения, соответствующего верхнему логическому уровню Umax или нижнего логического уровня Umin, триггер Шмитта переключается в противоположное состояние (рис. 6). При незначительных колебаниях уровня сигнала, триггер не переключается и позволяет поддерживать на выходе необходимое значение (уровень). Стоит отметить очень важный факт: триггеры Шмитта инвертируют сигнал на выходе.


Рисунок 6 – Графическая иллюстрация сигнала с помехой. Верхняя диаграмма – сигнал на входе триггера Шмитта, нижняя – на выходе

Вернемся к рис. 5 и попытаемся разобраться с логикой работы устройства. В первый момент времени на входе первого триггера Шмитта 0 вольт. Соответственно на его выходе напряжение соответствует напряжению питания (в большинстве случаев 5 вольт). Конденсатор C1 начинает заряжаться. Резисторы R1 и R2 ограничивают ток заряда и соответственно время заряда конденсатора. При достижении порогового напряжения на входе триггер Шмитта переключается (на выходе 0 вольт). После этого на выходе второго триггера Шмитта появляется 5 вольт. Напряжение на резисторах R3 и R4 меняется так же устанавливается на уровне 5 вольт. Затем с течением времени и зарядом конденсатора C2 напряжение падает до 0 вольт. Триггер 3 служит лишь для инверсии сигнала 2 триггера Шмитта. Суммируя все выше сказанное делаем окончательный вывод: подбирая номиналы элементов C1, R1 и R2 можно задавать частоту следования импульсов. Элементами C2, R3 и R4 – задается длительность импульсов. Резисторы R2 и R4 – переменные, необходимы для изменения значений частоты сигнала и длительности импульса.

Далее приведу осциллограммы (рис.7 – рис. 9) полученные на выходе из первого триггера Шмитта (вторую часть схемы не использовал). Во всех случаях использовал конденсатор на 10 нФ (суммарную величину сопротивления резисторов указал под каждой иллюстрацией). На рис.10 и рис. 11 осциллограммы переднего и заднего фронтов импульса.

Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 250 Ом)
Рисунок 7 – Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 250 Ом)

Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 500 Ом)
Рисунок 8 – Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 500 Ом)

Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 1000 Ом)
Рисунок 9 – Осциллограмма выходного сигнала (суммарное сопротивление 1000 Ом)

Осциллограмма переднего фронта импульса
Рисунок 10 – Осциллограмма переднего фронта импульса

Осциллограмма заднего фронта импульса
Рисунок 11 – Осциллограмма заднего фронта импульса

Так же хочу отметить из собственного опыта следующие подводные камни:

  1. Не стоит уповать на данную схему если вам требуется высокая стабильность в приборе, в котором присутствует высокие ЭМ помехи.
  2. Номиналы резисторов R1 и R4 подбирать таким образом, чтобы их значение было не менее: , где  – напряжение питания, а  – максимальный выходной ток.
  3. Высокие частоты (все в этом мире относительно, поэтому условимся, что средние частоты это частоты выше 3 МГц) получить не получиться.

С данной схемой и веткой нашей иерархии генераторов мы разобрались. Конечно же изучив поглубже различные микросхемы триггеров (RS триггеры, D триггеры) и включив фантазия можно повторить улучшить или сделать принципиально новые конструкции генераторов. Тут, как говориться – дерзайте. А следующей статье поговорим о генераторах на микросхемах – таймерах.

Ну и напоследок: принципиальная схема генератора, к которой составлен список радиокомпонент:

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Резисторы
R1, R3 Резистор
510 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
R2, R4 Переменный резистор16K1-B10K2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсаторы
C1 Конденсатор0.68 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
C2, C3 Конденсатор0.1 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
C4, C5 Конденсатор1 нФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Микросхемы
DD1 Линейный регулятор
LM7805CT
1 Поиск в FivelВ блокнот
DD2 ИС буфера, драйвера
SN74HC14
1 Поиск в FivelВ блокнот
Разъем
X1, X2 Клемник300-021-122 Поиск в FivelВ блокнот
X3 Штыревая линейкаPLS61 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 15.04.2016 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (5) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Игорь #
Автор, в п.2 ближе к концу статьи формулы не прорисовались.
Ответить
+1

[Автор]
hq4u #
Здравствуйте, а можно конкретнее - понять не могу!
Ответить
0
Алексей #
Номиналы резисторов R1 и R4 подбирать таким образом, чтобы их значение было не менее: , где – напряжение питания, а – максимальный выходной ток.
Ответить
+2
Алексей #
У вас интегрирующая и дифференцирующая цепи на первых рисунках перепутаны
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Макетная плата для пайки (10 шт)
Макетная плата для пайки (10 шт)
USB осциллограф DSO-2090 Катушка Тесла
вверх