Генератор прямоугольных импульсов

0
2

Приветствую, радиолюбители-самоделкины!

В ходе радиолюбительской деятельности часто приходится проводить различные эксперименты, где требуются сигналы разных форм — например, синусоида, треугольник, пила, прямоугольные импульсы — последние используются чаще всего, например, на них основан ШИМ — широтно импульсная модуляция. В продаже существуют различные устройства, позволяющие генерировать сигналы различных форм, частот и амплитуд, чаще всего они имеют немалую стоимость и используются там, где эксперименты проводить нужно регулярно, например, в лабораториях. Для одного-двух раз покупать специальный прибор не обязательно, ведь подобный генератор, который будет создавать прямоугольные импульсы регулируемой частоты и длительности можно построить всего за пару часов своими руками, используя лишь самые доступные и дешёвые элементы, которые есть под рукой у радиолюбителя. Вариантов схем таких генераторов может быть довольно много, данная же схема основана на паре логических микросхем, к её достоинствам можно отнести возможности регулировки частоты от 5 Гц до 1 кГц — этого хватит для многих применений, также дополнительно имеется регулировка скважности (длительности) импульса.

Принципиальная схема представлена на картинке выше. Как можно увидеть, задействовано всего 6 логических элементов 2И-НЕ. Каждый такой элемент имеет два входа и один выход, приставка «НЕ» означает, что сигнал на выходе инвертируется. Работает каждый такой элемент следующим образом — если на оба входа подана логическая единица (т.е. напряжение выше определённого порога), то на выходе напряжение будет отсутствовать (т.к. есть приставка «НЕ»), если же хотя бы на одном входе, или сразу на двух будет логический ноль, то на выходе микросхемы будет напряжение, близкое к напряжению питания. Логическим нулём считается напряжение, близкое к нулю, т.е. отсутствие напряжения. Если включить эти элементы определённым образом, добавив конденсатор и резистор, может получиться генератор прямоугольных импульсов — первые три элемента как раз его и образуют.

Как можно увидеть, резистор установлен переменный, с его помощью будет в широких пределах регулироваться частота. Стоящий последовательно с ним постоянный резистор на 1 кОм служит для ограничения крайнего положения, чтобы в крайнем положении резистор не становился перемычкой и не нарушал работу схемы. Для удобства можно установить последовательно два переменных резистора, например один на 1 МОм, как на схеме, ля грубой настройки, и вместе с ним второй на 100 кОм, с помощью которого частоту можно устанавливать уже более точно. Схема не предусматривает какого-либо отображения текущей частоты, поэтому использовать её очень удобно в паре с частотомером, например, самым простейшим на нескольких транзисторах, схема такого частотомера была описана в одной из предыдущих статей, частотомер будет отображать текущую частоту импульсов на выходе. Другой вариант — установить переменный резистор на переднюю панель корпуса и нарисовать вокруг него шкалу с частотами, предварительно проградуировав её с помощью того же частотомера или осциллографа. Конденсатор С3 также является частотозадающим, с его номиналом можно поэкспериментировать, меняя диапазон регулируемых резистором частот. На 4-м логическом элементе собран инвертор, для того, чтобы прямоугольные импульсы с генератора имели положительную амплитуду. Если замкнуть два входа элемента 2И-НЕ, он просто становится инвертором. С помощью тех же логических элементов 5 и 6 собрана часть схемы, которая позволяет регулировать скважность, то есть длительность импульса — достигается это с помощью работы одновибратора. Резистор R3 также переменный, с его помощью происходит плавная регулировка.

Конденсатор С4 также непосредственно участвует в работе одновибратора, с его номиналом можно поэкспериментировать, меняя диапазон регулировки. С выхода 6-го логического элемента снимается уже готовый сигнал прямоугольных импульсов, после всех необходимых регулировок, его можно использовать. Но предпочтительнее сперва пропустить этот сигнал через буфер (эмиттерный повторитель) на транзисторе, этот каскад имеет большое входное сопротивление и низкое выходное, развязывает выход микросхемы и подключаемую к генератору нагрузку. В качестве транзистора можно применить любой маломощный NPN транзистор, будь то популярные BC457, КТ3102, КТ315 или их аналоги. Сигнал снимается с эмиттера транзистора и через резистор на 100 Ом поступает на выход — уже непосредственно туда, где требуются прямоугольные импульсы. Этот резистор не сильно увеличивает выходное сопротивление, но зато защищает транзистор от короткого замыкания в нагрузку — выход можно хоть напрямую замкнуть на землю, это не повредит схеме и ничего не сгорит. Однако максимальный выходной ток такой схемы генератора не велик и составляет всего несколько единиц, максимум десятков миллиампер — если генератором необходимо коммутировать мощную нагрузку, например, катушки или соленоиды, следует дополнительно поставить силовой каскад на мощном полевом транзисторе.

Как известно, логические микросхемы могут быть типа ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика, и КМОП — комплементарная логика на МОП-транзисторах, то есть полевых. ТТЛ характеризуется низким входных сопротивлением и более высоким энергопотреблением, КМОП же наоборот имеет высокое входное сопротивление и потребляет мизерный ток. Очень часто одни и те же микросхемы, с одной и той же логикой работы могут быть выполнены по технологии и ТТЛ и КМОП, например, нужная для данного генератора микросхема К561ЛА7 (импортный аналог CD4011) соответствует КМОП, а её ТТЛ аналогом является К155ЛА3. И та и другая микросхема содержит в себе 4 элемента 2И-НЕ, также они имеют одинаковую цоколёвку и вполне взаимозаменяемы в данной схемы. Единственный нюанс — в случае применения К155ЛА3 следует уменьшить сопротивление переменного резистора R3 до 2-х кОм, это связано с низким входным сопротивлением ТТЛ-микросхем. Цоколёвку микросхем можно увидеть на фотографии выше.

Напряжение питания схемы зависит от типа применяемой микросхемы, например, если используется К155ЛА3, то напряжение питания должно быть равно 5В — весьма удобно в этом случае для питания использовать любой USB порт, например, от компьютера, Power Bankа или сетевого адаптера-зарядки, потребляемый ток всей схемы небольшой, поэтому мощность источника питания будет не критична. В случае использования К561ЛА7 диапазон питающих напряжений довольно широк — от 5-ти до 15В, поэтому для питания можно использовать куда больше различных вариантов источников, например, различные сетевые адаптеры от бытовых устройств. Потребляемый ток с этой микросхемой ещё меньше, поэтому в качестве источника без проблем можно использовать и батарейку крону — в этом случае генератор станет полностью автономным. Обратите внимание, что используемые микросхемы содержат внутри по 4 логических элемента, для схемы же их необходимо 6, поэтому использовать придётся сразу две микросхемы, у одной из них останется два неиспользуемых элемента — лишние выводы желательно подключить к минусу питания. Но при желании можно обойтись и одной микросхемой, если убрать блок регулировки длительности импульсов на 5 и 6 элементах и снимать сигнал с выхода 4-го элемента, скважность в этом случае будет равно 50%, то есть длительность импульса равна длительности паузы.

Амплитуда импульсов на выходе будет равна напряжению питания. Таким образом, при использовании микросхемы К561ЛА7 можно регулировать напряжение питания от 5 до 15В — точно так же будет меняться и амплитуда сигнала на выходе. Конденсаторы С1 и С2, один из них полярный электролитический и второй керамический, стоят по цепи питания для фильтрации помех — не стоит ими пренебрегать, чтобы сигнал на выходе был ровный и без искажений. Схема не требует настройки и при подаче напряжения сразу начинает работать, при условии правильного монтажа. Готовую плату не помешает установить в корпус для удобства пользования, наружу вывести ручки переменных резисторов для регулировок. Удачной сборки!

Источник (Source)

Подборки: Генератор Схема Электроника Микросхема Транзистор

Источник: usamodelkina.ru