Меандр 100КГц: простой генератор тестового сигнала

[Read in English] 

Музыкальный сигнал совсем не похож на меандр. Частотный диапазон, воспринимаемый средним взрослым человеком редко превышает 17КГц. Поэтому я считаю, что эмоциональные обсуждения того, как тот или иной усилитель справляется с "прямоугольником" 100КГц - не слишком убедительны. Но как инженер-электронщик могу подтвердить, что "просвистеть" усилитель меандром 100КГц может помочь обнаружить проблемы в конструкции, совсем неочевидные при тестировании сигналами в звуковом диапазоне частот. Например выбросы перерегулирования петлевой ООС, влияние (преимущественно входных и миллеровских) емкостных нагрузок и т.п.

 

Зачем так сложно?

Прежде, чем собрать данный генератор на КМОП 555 таймере, я опробовал К561ЛА7, К561ЛН2, 74HC04 и 74HCT04, а так же обычный 555 - в различных вариантах схем релаксационных генераторов. Они все звенят ужастно. Так что из моего опыта получилось лишь два приемлимых бюджетных варианта:

  1. не пользоваться хорошим осциллографом чтобы не видеть ВЧ звона (шутка)
  2. использовать КМОП 555 таймер.

Микросхема таймера 555

Важно: в данной конструкции необходимо использовать только качественный КМОП вариант 555 таймера. Обычные биполярные 555, к которым относится и КР1006ВИ1, работают плохо. Пример хорошего КМОП таймера: TLC555 datasheet от TI.

На мой взгляд, одна из наиболее наглядных отрисовок блок-схемы микросхемы 555:

Блок-схема КМОП таймера 555
  1. GND - Ground = "Земля", отрицательный вывод питания
  2. TRIG - Trigger = Триггер
  3. OUT - Output = Выход
  4. RESET = Сброс
  5. CONT - Control voltage = Управляющее напряжение
  6. THRES - Threshold = Порог
  7. DISCH - Discharge = Разряд
  8. VDD - Positive supply voltage = Положительное напряжение питания

Апологеты микроконтроллеров могут смеяться. Впрочем, я и сам подумывал, отчего бы не замутить универсальный генератор на ATmega-8, который к тому же всегда под рукой. Потом стало лень программить, да и намучался я уже с присвистами ото всех этих цифровых штуковин. Для проверки качественного аудио аппарата хотелось иметь и качественный же тестовый сигнал 😉

 

Простота - залог успеха

Надеюсь, что описывая конструкцию по схеме практически из datasheet'ов, всё же помогу кому-нибудь из моих читателей сэкономить немного времени и собрать сразу удобный генератор тестовых сигналов, при этом избежав нескольких ненужных проб и ошибок.

Генератор прямоугольного сигнала (меандра)
  • C1 = 1 нФ
  • R1 = 6.2 кОм
  • R2 = 1 кОм
  • R3 = 300 Ом
  • R4 = 5 кОм
  • C2 = 1 мкФ
  • C3 = 10 мкФ 25 В
  • C4, C5 = 0.1 мкФ

Для тестирования аудио-конструкций удобно иметь источник сигнала центрированный относительно земли. Но и "смещённый" (с ощутимой постоянной состовляющей) сигнал бывает полезен, к примеру чтобы проверить работу серво-цепи, обеспечивающей нулевое смещение по выходу. Так что предлагаю предусмотреть возможность закорачивать проходной конденсатор на выходе генератора.

 

Все частоты хороши - выбирай на вкус

Раз уж греть паяльник - почему бы не обеспечить возможность выбора частоты генерируемого сигнала? Рядок DIP-переключателей, несколько дополнительных емкостей и резисторов, небольшой потенциометр - и генератор на все случаи жизни готов 🙂

В теории частоту на выходе генератора можно прикинуть как:

f = 0.72 / (R1 * C1)

На практике частота получается чуть ниже рассчётной, особенно на высоких частотах.

Я ограничился следующим набором емкостей и резисторов:

  • C1: 1 нФ, 10 нФ, 0.1 мкФ, 1 мкФ
  • R1: 2.2 кОм, 6.2 кОм, 150 кОм, подстроечник 220 кОм

Удобные комбинации R1 и C1:

  • 250 кГц - 1 нФ 2.2 кОм
  • 100 кГц - 1 нФ 6.2 кОм
  • 30 кГц - 10 нФ 2,2 кОм
  • 10 кГц -  10 нФ 6,2 кОм
  • 3.1 кГц - 0.1 мкФ 2.2 кОм
  • 1.1 кГц - 0.1 мкФ 6.2 кОм
  • 465 Гц - 10 нФ 150 кОм
  • 46 Гц - 0.1 мкФ 150 кОм
  • 4.5 Гц - 1 мкФ 150 кОм

Конечно, частоты даны очень приблизительно, всё зависит от применённых компонентов.

 

Собираем - Проверяем

Данную конструкцию удобно запитывать от батареек или маленького сетевого блока с обычным трансформатором и выпрямителем прямо в коробочке-вилке. Во избежание выжигания столь любимых мною КМОП 555 таймеров защита от переполюсовки тут весьма уместна.

Генератор меандра с защитой от переполюсовки питания
Монтаж паутинкой "Kynar wire" - быстро и недорого
Картинки "кликабельны"

 

Прямоугольники

Вот что получилось на выходе

Прочитал - передай другу

Тривиальная схемка, несложная конструкция, но очень полезна в быту электронщика. Подумай, вдруг такой простой генератор меандра поможет одному из твоих друзей вконтакте или фейсбуке? Поделись с друзьями прямо здесь и сейчас!

Комментарии ВКонтакте

20 thoughts on “Меандр 100КГц: простой генератор тестового сигнала

  1. Pingback: Генератор прямоугольных импульсов на популярной микросхеме к561ла7, проблемы на ВЧ. | MyElectrons.ru

  2. Pingback: 100KHz square wave generator for testing audio amplifiers | MyElectrons

  3. Я новичок, если не сказать более. Подскажите пожалуйста схему симметричного мультивибратора на 555 таймере (и соответственно должно быть 3 выхода: общий — и 2 +).
    Все это хочу подключить к 2 твердотельным реле.
    Заранее спасибо.

  4. Доброго времени суток! Сергей если будет минутка может просветите чайника по поводу генератора прямоугольных импульсов 3х канального на кварце с подстройкой по каждому каналу до приблизительно 90мГц, возможно это невыполнимо на интересно мнение профессионала — схема для генератора TPU C. Марка.
    С ув. Андрей.

  5. Сергей, здравствуйте снова, пишу вам потому что сошел с ума)))
    Скажите, как так получается что сигнал центрированный относительно земли? Как микросхема может выдавать отрицательное напряжение? Выдаваемый сигнал должен же лежать между VDD и GND… Но мой осциллограф не может же врать….

    • Ай! Я идиот! Ну конечно! Я после С2 мерял! А до него все в порядке! C2 гоняет заряд через R4 и мы ток меняем фактически))) Все, вопрос снят)))) Спасибо!!!)))))))

      • Alex, да не переживайте вы так 🙂 С2 и вправду разделительный конденсатор, обычное решение, «паттерн», позволяющий убрать (отделить) постоянную составляющую из сигнала.
        Очень рад, что сайт приносит пользу 😉

        • Здравствуйте! Я к вам за помощью как к психиатру, потому что схожу с ума)))
          Итак, меряю напряжения между 3мя контактами резистора R4. Назовем их RC(или CR), Out и Земля. Положение Out где-то посередке между RC и Земля. Глядите на видео что получилось
          http://www.youtube.com/watch?v=bjkS78aLYIo
          Как такое может быть???????? Если напряжение на резисторе ступенька то и ток тоже!! Откуда емкость взялась?

          ПС земли разных щупов осциллографа в одной точке, сопротивление осциллографа около 1МОм, емкость 0.1нФ.

          • Точно, пора мне переквалифицироваться в психиатра от электроники! Заодно и новую профессию зарегистрируем 😉

            Что я увидел в видео:
            1) Либо R4 весьма большой, либо ползунок у него отваливается, либо приличная ёмкость на выходе на землю засажена, ну или всё вместе и сразу.

            2) Все картинки на осциле говорят лишь в подтверждение пункта 1. Подключать землю осцила к выходу и мерить всевозможные суммы-разности таким образом не стоит. Выгодней тогда уж использовать математические функции самого осцила, а землю оставить на земле.

            Что делать? Возьмите просто тестер, выключите всё питание и померяйте сопротивление на движке R4 — наверняка будут сюрпризы 😉

    • Rizik,
      седьмая нога нам тут не нужна оказалась 😉 Если её использовать, то получить 50% скважность сгенерированного сигнала оказывается задачкой нетривиальной.
      Вопрос Ваш вполне резонный: ведь при использовании старых биполярных 555 7-я нога — это просто спасение! Однако в КМОП варианте 3-я ножка выдаёт весьма чистенький сигнал «от рельсы до рельсы», если её не перегружать, конечно.

  6. Здрасте!

    Сперва хочу сказать спасибо за подсказки! Куда проще разбираться!

    Увы в треде кнопочки Reply больше нету, так что пишу тут. Разобрался в чем дело. Виной всему оказался осциллограф. Проверилось очень просто — переключил щупы из x1 в x10, импеданс вырос в 10 раз, и соответственно картинка стала почти идеальной! Но теперь другая забота. У меня появилось желание собрать все 3 ваши генератора в один, причем чтобы это счастье работало в диапазоне примерно 10Hz-200kHz. Решил все сигналы пропускать через ОУ, как в вашей статье про пилу. Подал я меандр на ОУ и удивился — на выходе вместо меандра пила! Не односторонняя как у вас, а двухсторонняя! Думал какой-то конденсатор между выходом отрицательным входом, что ОУ стал «интергал брать». Все оказалось проще: LM324 не успевает за 100kHz — уже при 10kHz видно что сигнал повторяется, только чуть-чуть наклонены вертикальные линии. То есть на более низких частотах все ок. А 100kHz и выше — не прокатывает.

    Итого вопрос — можно ли как-то заставить LM324 работать быстрее? Если нет — есть ли более быстрые аналоги? Если есть — как из искать? На напишешь же в ебее «очень быстрый ОУ»…

    Заранее спасибо, и извините что так часто отвлекаю…

  7. Сергей, здравствуйте!
    Подискивал в сети генератор меандра, наткнулся на Ваш.
    Есть вопрос.
    Что Вы «привинтили» в виде согласующего ВЧ-трансформатора на макетной плате?
    Для чего он нужен и в каком участке схемы стоит?
    Спасибо. С уважением, Дмитрий.

    • Дмитрий, приветствую!
      Это фильтр ВЧ помех по питанию. Вобщем-то он там не критичен, особенно если запитывать генератор от химического источника.

  8. Благодарю, Сергей!
    Если питание — не гальванический элемент, а всё-таки стаб.
    Вершины импульсов плоские или с хорррошим шумом?
    Не проверяли, каково изменение в форме, каковы вообще при таком питании?
    Извините, что тормошу — упрел уже эти генераторы паять просто…..
    С уважением, Дмитрий.

    • Дмитрий, если звон на выходе генератора — смотрим, стабильно ли питание. В случае, когда на питании видим примерно ту же картинку — шунтируем, фильтруем.
      Если же выход «звенит», а на шине питания тишь да гладь — тут надо уже сам генератор править, питанием в данном случае горю не поможешь. В случае с 555 таймером по моему опыту самое лучшее решение — найти таки качественный КМОП чип.

  9. Благодарю, Сергей!
    Моя реплика относится к тем генераторам-схемам, что уже опробованны и не годятся. Посему буду пробовать. Вашу схему ещё не паял, жду хорошие таймеры. Батарейное питание мне доступно, но необходимо, чтобы выполнялись некоторые мои условия, а это сетевое питание через стаб (источник хороший, без артефактов). Поэтому, прошу схему установки приведённого ВЧ-фильтра в «студию». Я такими методами не пользовался ранее. Если конечно он серьёзно будет эффективен. Собственно по этому и был задан вопрос. Если без оного всё в порядке, то стОит ли его применять….
    Спасибо. С уважением, Дмитрий.

  10. от батарейки типа кроны(например) будет нормально работать?

  11. Здравствуйте! Скажите пожалуйста, а можно ли сделать кварцованную версию данного генератора? Если да, то в какое место подключать кварц? Кварц низкочастотный часовой, 32768 Гц.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *