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

22 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.

  12. Это же наверно можно применить эту схему для конструирования ультразвуковой ванны для очистки. Можно поэксперементировать на какой именно частоте будет лучшая очистка.

    • очистка будет — на резонансной частоте ультразвукового излучателя, при которой наступает кавитация и эффект очистки . А какой формы будут ваши импульсы- как бы не важно, правильный меандр либо синусоида.
      задающий генератор для такой установки- жалкая часть по сложности сооружения всей установки. Схем мультивибраторов на 555 с переменной частотой- вагон, и все работают.

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.