RC-Генератор с линейным отсчетом частоты

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 регулирования требуют 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 удельная чувствительность 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.

Переключатель поддиапазонов общий для генератора и частотомера — 4П2Н. Сдвоенный переменный резистор R2R3 — ПТП1-4 снабжен верньерным устройством. Под-строечные резисторы R6, R9, RIO, R23, R33, R47 — R50, R55 — СП5-2 (СП5-11 или СП5-16ТА), постоянные ре­зисторы — МЛТ-0,25, конденсаторы С9 — С11, С13, C24_t С26 — К52-2, С12, С14, С16, С18, С23, С25, С27 — ЭТО-1, остальные — КСО и МБО.

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.