fon2

Генератор прямоугольных импульсов схемы

При налаживании радиолюбительских конструкций бывает очень полезен источник испытательного сигнала. Им можно проверить телефоны или громкоговоритель, найти неисправный каскад, оценить вносимые искажения.
Такое средство есть - это генератор сигналов звуковой частоты.
Однако создание звукового генератора, вырабатывающего синусоидальный сигнал, дело непростое и довольно кропотливое, особенно в части налаживания синусоидальной формы сигнала.
> Эти проблемы отсутствуют в релаксационных RC-генераторах, где усилительные транзисторы работают в импульсном режиме - они либо открыты, либо закрыты. Форма генерируемых импульсов прямоугольная и очень стабильна, а величина амплитуды близка к напряжению питания (Uп). Причем длительность импульсов и пауз между ними легко регулируется и поэтому можно легко придать им вид меандра, когда длительность импульса равна длительности паузы между ними.

Основной и широко распространенный вид генератора прямоугольный импульсов - симметричный мультивибратор, схема которого показана на рисунке 1.

generator pryam impul1

В генераторе прямоугольных импульсов два стандартных усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2 соединены в последовательную цепочку, то есть выход одного каскада соединен со входом другого через разделительные конденсаторы С1 и С2. Они же определяют и частоту генерируемых прямоугольного сигнала - F, точнее, их период Т. Напомню, что Т и F связаны простым соотношением F = 1/T. Если схема симметрична и номиналы деталей в обоих каскадах одинаковы, то и выходные прямоугольные импульсы имеют форму меандра.
Работает генератор так: сразу после включения, пока С1 и С2 не заряжены, VT1 и VT2 оказываются в "линейном" усилительном режиме, когда резисторами R1 и R2 задается некоторый малый ток базы (Iб), он определяет в Вст раз больший ток коллектора (Iк), и напряжение на коллекторах (Uк)несколько меньше напряжения источника питания за счет падения напряжения на резисторах нагрузки R3 и R4.
При этом малейшие изменения Uк (хотя бы из-за тепловых флуктуации) одного транзистора передаются через конденсаторы С1 и С2 в цепь базы другого.
Предположим, Uк на VT1 чуть-чуть понизилось. Это изменение передается через конденсатор С2 в цепь базы VT2 и немного его запирает. Uк у VT2 возрастает, и это изменение передается конденсатором С1 на базу VT1, он отпирается, его Iк возрастает, а Uк понижается еще больше. Процесс происходит лавинообразно и очень быстро.
В результате VT1 оказывается полностью открыт, его Uк будет не более 0.05…0.1 В, a VT2 - полностью заперт, и его Uк равно Uп. Теперь надо ждать, пока перезарядятся С1, С2 и VT2 через резистор смещения R2 приоткроется. Лавинообразный процесс пойдет в обратном направлении и приведет к полному открыванию VT2 и полному запиранию VT1. Теперь нужно ждать еще полпериода, нужные для перезарядки конденсаторов.
Время перезарядки определяется Uп, током через R1, R2 и емкостью конденсаторов C1, С2.
При этом говорят о "постоянной времени" цепочек R1, С1 и R2, С2, примерно соответствующей периоду колебаний.
Действительно, произведение сопротивления в Омах на емкость в Фарадах дает время в секундах. Для номиналов, указанных на схеме рисунка 1 (360 кОм и 4700 пФ), постоянная времени получается около 1,7 миллисекунды, что говорит о том, что F мультивибратора будет лежать в звуковом диапазоне порядка сотен герц. Она повышается при увеличении Uп и уменьшении номиналов R1, С1 и R2, С2.
Описанный генератор весьма неприхотлив: в нем можно использовать практически любые транзисторы и изменять номиналы элементов в широких пределах. К его выходам можно подключать высокоомные телефоны, чтобы услышать звуковые колебания, или даже громкоговоритель - динамическую головку с понижающим трансформатором, например абонентский трансляционный громкоговоритель. Так можно организовать, например, звуковой генератор для изучения азбуки Морзе. Телеграфный ключ ставят в цепи питания, последовательно с батареей.

Поскольку два противофазных выхода мультивибратора в радиолюбительской практике нужны редко, автор задался целью сконструировать более простой и экономичный генератор, содержащий меньше элементов.
То, что получилось, показано на рисунке 2.

generator pryam impul2

Здесь использованы два транзистора с разными типами проводимости - n-p-n и р-n-р. Открываются они одновременно, коллекторный ток первого служит током базы второго. Вместе они образуют также двухкаскадный усилитель, охваченный ПОС через цепочку R2,C1.
Когда транзисторы запираются, Uк на VT2 (выход 1 В) падает до нуля, это падение передается через цепочку ПОС на базу VT1 и полностью его запирает. Когда конденсатор С1 зарядится до примерно 0,5 В на левой обкладке, VT1 приоткроется, и напряжение на выходе начнет расти. Это возрастание передается на базу VT1, вызывая еще большее его открывание.
Происходит вышеописанный лавинообразный процесс, полностью отпирающий оба транзистора. Через некоторое время, нужное для перезарядки С1, VT1 призакроется, поскольку ток через резистор большого номинала R1 недостаточен для его полного открывания, и лавинообразный процесс разовьется в обратном направлении.
Скважность генерируемых прямоугольных импульсов, то есть соотношение длительностей импульса и паузы, регулируется подбором R1 и R2, а частота колебаний - подбором емкости С1.
Устойчивой генерации при выбранном Uп добиваются подбором R5. Им же в некоторых пределах можно регулировать выходное напряжение. Так, например, при указанных на схеме номиналах и Uп = 2,5 В (два дисковых щелочных аккумулятора) частота генерации составила 1 кГц, а выходное напряжение - ровно 1 В. Потребляемый от батареи ток получился около 0,2 мА, что говорит об очень высокой экономичности генератора.
Нагрузка генератора R3, R4 выполнена в виде делителя на 10 для снятия меньшей амплитуды прямоугольного сигнала, в данном случае 0,1 В. Еще меньший сигнал (регулируемый) снимается с движка переменного резистора R4.
Эта регулировка может оказаться полезной, если нужно определить или сравнить чувствительность телефонов, проверить высокочувствительный УНЧ, подав малый импульс на его вход, и так далее. Если же таких задач не ставится, резистор R4 заменяют постоянным или делают еще одно звено делителя (0,01 В), добавив снизу резистор номиналом 27 Ом.

Импульсы прямоугольной формы с крутыми фронтами содержит широкий спектр частот - кроме основной частоты F, еще и ее нечетные гармоники 3F, 5F, 7F и так далее, вплоть до радиочастотного диапазона. Поэтому генератором можно проверять не только звуковую аппаратуру, но и радиоприемники. Конечно, амплитуда гармоник убывает с ростом их частоты, но достаточно чувствительный приемник позволяет прослушивать их во всем диапазоне длинных и средних волн.

по материалу В.Полякова,
"Генератор прямоугольных импульсов"

ЮТ №11 2012г.

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet