Одним из
важных требований при конструировании генераторов низкой частоты является
обеспечение стабильности амплитуды сигналов во всем диапазоне генерируемых
частот. Как известно, для этих целей в RC-re-нераторах
используются либо регулирующие элементы, действие которых основано на изменении
глубины отрицательной обратной связи обратно пропорционально величине
выходного сигнала, либо системы автоматического регулирования уровня сигнала.
В качестве
простейших регулирующих элементов применяются нелинейные резисторы
(полупроводниковые или вакуумные термисторы, а также лампы накаливания).
Вакуумные термисторы (ТП2/0,5) обеспечивают нестабильность амплитуды сигнала до
3 дБ в диапазоне частот 20 Гц — 200 кГц («Радио», 1972, № 4, с. 38), что в ряде
случаев бывает недостаточно.
Более сложные
регулирующие элементы представляют собой специальные узлы, выходное
сопротивление которых зависит от величины сигнала (например, каскад на
транзисторе Т4 и диодах Д1, Д2 в генераторе, описанном в
«Радио», 1974, № 10, с. 52; цепочка К5Д1Д2
в генераторе, приведенном в «Радио», 1974, № 10, с. 36).
Рис. 1. Принципиальная схема генератора
Примером
реализации системы автоматического регулирования уровня сигнала является узел
на транзисторах Т4, Т5 и диоде Д1 (см. «Радио», 1965, № 11, с. 55).
Узел изменяет напряжение питания задающего генератора в зависимости от уровня
выходного сигнала и обеспечивает нестабильность сигнала «а выходе 5% в диапазоне
15 Гц — 16,5 кГц.
Таким образом,
применение в генераторах простейших регулирующих элементов вызывает
необходимость иметь измеритель уровня выходного сигнала. Регулирующие
элементы, выполненные на основе специальных схем, а также системы
автоматического регулированиятребуют
дополнительных элементов и усложняют конструкцию и настройку генераторов.
Обеспечение
высокой стабильности уровня сигнала на выходе RС-генераторов без усложнения его схемы
возможно при использовании в качестве регулирующего элемента оптрона. Оптрон
состоит из фоторезистора, включенного в цепь отрицательной обратной связи, и миниатюрной
индикаторной лампы накаливания, на которую подается генерируемый сигнал.
Принцип действия такого устройства заключается в следующем: при возрастании
уровня сигнала увеличивается яркость свечения лампы, что приводит к увеличению
светового потока, падающего на фоторезистор, и уменьшению его сопротивления,
а следовательно, к увеличению глубины отрицательной обратной связи.
Малая
инерционность лампы и большая удельнаячувствительность
фоторезисторов (500 — 30 000 мкАВ/лм)приводит
к поддержанию амплитуды выходного сигнала практически постоянной в широком
диапазоне генерируемых частот.
RС-генератор,
схема которого приведена на рис. 1, выполнен с использованием оптрона.
Частотный
диапазон генератора 20 Гц — 200 кГц разбит на четыре поддиапазона: 20 — 200
Гц; 0,2 — 2 кГц; 2 — 20 кГц и 20 — 200 кГц. Погрешность установки частоты с
помощью встроенного частотомера не превышает 1,5%.
Действующее
значение выходного сигнала при сопротивлении нагрузки, большем 10 Ом,
составляет 4,5 В при нестабильности не более 1% во всем диапазоне рабочих
частот. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 0,5%.
Рис. 2. Принципиальная схема частотомера
Генератор
представляет собой усилитель с непосредственной связью между каскадами. В
состав генератора также входят эмиттерный повторитель на транзисторе Т6 и выходной аттенюатор.
Рис. 3. Принципиальная схема блока питания
Усилитель
охвачен положительной и отрицательной обратными связями. Цепь положительной
обратной связи — с выхода усилителя (точка между резисторами R17 и R18) через резисторы Rl, R2, один из конденсаторов С1 — С4 на базу
транзистора TL Резисторы R1 и R4 служат для установки верхней границы диапазона генерируемых
частот. Отрицательная обратная связь создается двумя цепями: первая — с
конденсатора СП через резистор R9 на эмиттер транзистора Т1,
вторая — от точки соединения резисторов R17 и R18 через фоторезистор R30 также на эмиттер
транзистора Т1. Резистор R9 служит для установки начальной глубины отрицательной
обратной связи.
Фоторезистор R30 и лампа Л1, включенная
на выходе усилителя, образуют оптрон, который используется для поддержания
постоянства уровня выходного сигнала путем изменения коэффициента усиления
первого каскада (транзистор 77) в зависимости от уровня сигнала на выходе
генератора.
Сигнал с
переменного резистора R20 с линейной зависимостью
сопротивления от угла поворота движка через эмиттерный повторитель на
транзисторе Т6 подается на выходной
аттенюатор (резисторы R24 — R29) с
коэффициентом деления 1, 10, 100 и 1000. Переменный резистор R20 имеет шкалу, проградуированную в эффективных значениях
выходного напряжения. Подстроечным резистором R23 устанавливают
напряжение, соответствующее верхнему значению шкалы резистора R20.
Для упрощения
процесса градуировки генератора по частоте и расширения возможностей прибора
целесообразно применить встроенный частотомер (см. например, «Радио», 1972, №
4, с. 38). При использовании встроенного частотомера сигнал генератора через
развязывающий резистор R19 и переключатель В1 подается на его вход (рис. 2).
Диапазон
рабочих частот частотомера такой же, как и у генератора. Уровень входного
сигнала 50 мВ — 50 В. Погрешность измерения частоты не более 1,5%.
Частотомер
состоит из усилителя-ограничителя (транзистор 77), нормирующего входной сигнал
по амплитуде и длительности, буферного каскада на транзисторе Т10 и измеонтельного узла (элементы С19 — С23, Д10; Д11, ИП1 и R47 — R50), в котором осуществлястся измеренпе тока заряда
одного из конденсаторов
C19 — C22. Ток заряда пропорционален
частоте входного сигнала (частоте вырабатываемых генератором сигналов).
Генератор и
частотомер питаются стабилизированным напряжением. Принципиальная схема блока
питания показана на рис. 3.
Элементы
прибора (частотомер, генератор, стабилизаторы и выпрямитель) смонтированы на
печатных платах и помещены в корпус из листового дюралюминия толщиной 1,5 мм.
Размер корпуса 210X130X70 мм. Все органы управления и измерительный прибор
размещены на передней панели. Обозначения и надписи выполнены фотоспособом и
прикрыты органическим стеклом толщиной 1 мм.
Трансформатор Tpl собран на ленточном сердечнике ШЛ12Х16. Сетевая обмотка
(220 В) намотана проводом ПЭВ-2 0,12 и состоит из 3900 витков. Вторичная обмотка
(25 В) содержит 480 витков провода ПЭВ-2 0,31.
В частотомере
использован измерительный прибор М265М с током полного отклонения 200 мкА.
В качестве
элементов оптрона применены фоторезистор СФЗ-1 и лампа НСМ6Д помещенные в
светонепроницаемый футляр (корпус от реле РЭС-10).
Налаживание
генератора сводится к установке режима работы транзистора Т1 по постоянному току ( — 10 В на базе транзистора Т1) подстроечным резистором R6, установлению начальной глубины отрицательной обратной
связи (~4,5 В на эмиттере транзистора Т6)
резистором R9 и к корректированию формы
генерируемых сигналов подстроечным резистором R10. При
налаживании используют типовые приборы, применяемые при настройке
RС-генераторов (осциллограф, авометр и милливольтметр переменного тока).
Порядок
настройки частотомеров подобного типа неоднократно описывался в журнале
«Радио» и здесь не приводится.