Генератор звуковой частоты своими рук

Электроника

учебно-справочное пособие

Звуковые генераторы на транзисторах

Генератор звуковых волн – это устройство или узел электрической цепи, отвечающий за создание и воспроизведение звуковых колебаний.

Где может пригодиться такое устройство:

1. Простой электрический дверной звонок (при замыкании контактов вынесенной удаленно кнопки происходит оповещение звуком о посетителях);
2. Сигнализации (при срабатывании системы безопасности включается блок звукового оповещения);
3. Формирование определенного тембра звука в звуковой аппаратуре;
4. Отпугивание насекомых/птиц (при излучении звуковых колебаний в определенных частотах);
5. В другой профессиональной технике (проверка низкочастотных цепей, тестирование деталей на дефекты и другие цели, основывающиеся на свойствах звуковых волн).

Генератор звука с дискретным изменением частоты

Для более точной настройки аппаратуры или в качестве источника стандартных импульсов можно предложить собрать несложную схему генератора прямоугольных импульсов на фиксированных частотах. Такой генератор (рис. 1) представляет собой мультивибратор с последовательным включением транзисторов Т1 и Т2 (оба транзистора типа П13—П15). Такая схема проста и по сравнению со схемой симметричного мультивибратора позволяет получать лучшую форму выходного напряжения, приближающуюся к идеальному прямоугольнику.

Рис. 1 — Схема звукового генератора фиксированных частот

Длительность генерируемых импульсов составляет половину периода повторения. Выходное напряжение генератора — порядка 5 В. При помощи переключателя SA1 — SA2 можно выбрать любую из четырех фиксированных частот следования выходных импульсов: 100 Гц, 1 кГц, 5 кГц и 10 кГц. Можно получить и другие частоты следования импульсов, которые отличаются от указанных, фиксированных. Для этого необходимо изменить емкости конденсаторов C1—С4 и С6—С9.

Длительность генерируемых импульсов может изменяться в небольших пределах при помощи регулируемого резистора R2. Питание генератора производится от батареи типа «Крона» — порядка 9 в. Монтируется генератор в небольшом металлическом корпусе. На верхней панели укрепляются: переключатель фиксированных частот на четыре положения (100 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц), потенциометр R2 и выключатель питания SA3. Здесь же устанавливаются две клеммы для подключения соединительного кабеля, идущего к настраиваемому прибору.

Генератор звука на 1 кГц

Рис. 2 — Генератор звука на 1 кГц

Как видно из схемы (рис. 2), генератор представляет собой каскад усиления, охваченный положительной обратной связью. Частота генерации определяется номиналами конденсаторов С1-С3 и резисторов R1-R3. При указанных номиналах частота генерации равна примерно 1 кГц. Транзистор, используемый в этой схеме, должен обладать достаточно высоким статическим коэффициентом передачи тока базы — не менее 100-150.

Синусоидальное напряжение снимается с коллекторной нагрузки транзистора. Для уменьшения выходного сопротивления генератора применен эмиттерный повторитель на транзисторе VТ2. Этот каскад согласует низкое сопротивление нагрузки с довольно высоким выходным сопротивление генератора. При помощи переменного резистора R7 можно устанавливать уровень выходного сигнала генератора. Питание генератора можно осуществлять от батареи типа «Крона», либо от сетевого источника.

В генераторе помимо указанных можно применить транзисторы типа КТ3102, а при перемене полярности источника питания — КТ3107, КТ361Г. Особо следует подойти к выбору типа конденсаторов в фазосдвигающей цепи — здесь лучше применить пленочные (типа К73. ) конденсаторы с невысоким отклонением от номинала (не более 5 %).

Печатную плату в такой простой конструкции разрабатывать нецелесообразно — весь монтаж можно выполнить на кусочке универсальной макетной платы.

Конструктивно генератор можно выполнить в небольшой коробке. На лицевую панель выводится выключатель питания, ось переменного резистора и выходные гнезда.

Правильно собранный из исправных деталей генератор, как правило, налаживания не требует. Полезно проверить при помощи частотомера частоту генерации и, если нужно, — подкорректировать ее, изменяя в небольших пределах номинал резистора R3.

Простой RC-генератор

Рис. 3 — Схема простого RC-генератора

Генератор собран всего на одном транзисторе с минимальным числом компонентов. Его можно использовать в качестве сигнализатора, если к форме генерируемых им колебаний не предъявляется строгих требований.

Транзистор выполняет функции усилителя звуковой частоты по схеме с общим эмиттером и резистором нагрузки в цепи коллектора (R6), но с его коллектора усиленный сигнал подается в цепь базы через трехзвенный частотный фильтр, состоящий из резисторов R1, R2, R3, R5 и конденсаторов С1, СЗ, С4. Благодаря этому фильтру на определенной частоте осуществляется сдвиг фазы сигнала, необходимый для выполнения условий генерации, а эта обратная связь становится положительной.

Конденсатор С2 — разделительный, а резистором R4 устанавливается рабочий режим базы. С помощью переменного резистора R6 можно изменять уровень выходного сигнала. Емкости конденсаторов частотного фильтра для получения определенной частоты генерации можно определить по следующей формуле:

С — емкость конденсаторов CI = С2 = СЗ = С4 в фарадах;
R — сопротивления резисторов Rl = R2 = R3 в омах;
F — частота генерируемых колебаний в герцах.

Генератор с регулировкой частоты

Если вам нужна возможность регулировки звуковых частот в заданном диапазоне, то возможно, вам пригодится схема на рисунке 4.

Рис. 4 — Схема генератора с регулировкой частоты

Генератор имеет следующие параметры:

Диапазон частот (разбит на 4 поддиапазона) — 18 Гц — 32 кГц,

1. 18 — 160 Гц;
2. 140 — 1100 Гц;
3. 0,9 — 6,5 кГц;
4. 5,2 — 32 кГц.

То есть охватывается весь слышимый человеческим ухом спектр.

Уровень выходного напряжения — 0,5 В,

Коэффициент гармоник — менее 1 %,

Неравномерность выходного напряжения — менее 2%.

Обычно в генераторах синусоидальных колебаний для перестройки по частоте используются сдвоенные переменные резисторы. Для получения минимальных искажений необходимо использовать прецизионные блоки резисторов, которые весьма дефицитны и дорогостоящие.

В данном генераторе для перестройки по частоте использован одиночный переменный резистор, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Несмотря на кажущуюся громоздкость схемы, генератор имеет очень высокую повторяемость и легко настраивается.

В конструкции применены транзисторы с β не ниже 40.

Настройка конструкции: резистором R1 устанавливаем амплитуду колебаний на выходе равной 0,5 В, затем подстроечными резисторами R3 и R9 добиваемся получения минимальных искажений.

Источники

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2019

Источник

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Генератор звуковых частот для проверки усилителей НЧ

Различные усилители звука, как микрофонные, так и мощные оконечные УМЗЧ, нуждаются при настройке в эталонном сигнале постоянной величины. Многие испытывают и настраивают схемы УНЧ просто коснувшись пальцем входа или подав музыкальную мелодию от ПК или смартфона, более продвинутые радиолюбители запускают специальные тестовые программы, но правильнее всего будет собрать маленький и простой малошумящий тестовый генератор, чтобы раз и навсегда решить этот вопрос.

Схема генератора ЗЧ для проверки УНЧ

Данная схема представляет собой генератор синусоидальных сигналов с тремя переключаемыми частотами: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, и благодаря низкому гармоническому искажению — 0,11%, 0,23% и 0,05% соответственно при максимальном выходном напряжении, устройство действительно хорошо работает во время испытаний и измерений параметров усилительных аудиоустройств.

Выходное напряжение генератора устанавливается в 2-х поддиапазонах 0 — 77,5 мВ и 0 — 0,775 В (RMS). Частоты выбираются с помощью переключателя S1, выходной диапазон напряжений — S2.

Расположение деталей на плате генератора ЗЧ

Калибровка частот на каждом из поддиапазонов выполняется с помощью частотомера и потенциометров R3, R4 и R5. Откалибруйте величину выходного напряжения с помощью милливольтметра.

Питание схемы возможно от 8 — 15 В. Стабилизатор 78L05 с двумя диодами 1N4148 снижает входное напряжение до 6,2 В. Потребляемый ток около 4,5 мА, поэтому с целью предельного уменьшения шумов и возможности использовать тестер автономно — запитывайте его от батареек (аккумуляторов).

Источник

Генератор звуковой частоты

Что такое генератор звука и с чем его едят? Итак, давайте первым делом определимся со значением слова “генератор”. Генератор – от лат. generator – производитель. То есть объясняя домашним языком, генератор – это устройство, которое производит что-либо. Ну а что такое звук? Звук – это колебания, которые может различить наше ухо. Кто-то пёрнул, кто-то икнул, кто-то кого то послал – все это звуковые волны, которые слышит наше ухо. Нормальный человек может слышать колебания в диапазоне частот от 16 Гц и до 20 Килогерц. Звук до 16 Герц называют инфразвуком, а звук более 20 000 Герц – ультразвуком.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что генератор звука – это устройство, которое излучает какой-либо звук. Все элементарно и просто 😉 А почему бы его нам не собрать? Схему в студию!

Как мы видим, моя схема состоит из:

– конденсатора емкостью 47 наноФарад

– резистора 20 Килоом

– транзисторов КТ315Г и КТ361Г, можно с другими буквами или вообще какие-нибудь другие маломощные

– маленькая динамическая головка

– кнопочка, но можно сделать и без нее.

На макетной пл ате все это выглядит примерно вот так:

А вот и транзисторы:

Слева – КТ361Г, справа – КТ315Г. У КТ361 буква находится посередине на корпусе, а у 315 – слева.

Эти транзисторы являются комплиментарными парами друг другу.

Частоту звука можно менять, меняя значение резистора или конденсатора. Также частота увеличивается, если повышать напряжение питания. При 1,5 Вольт частота будет ниже, чем при 5 Вольтах. У меня на видео напряжение выставлено 5 Вольт.

Знаете в чем еще прикол? У девчат диапазон восприятия звуковых волн намного больше, чем у парней. Например, парни могут слышать до 20 Килогерц, а девчата уже даже до 22 Килогерц. Этот звук настолько писклявый, что он очень сильно действует на нервы. Что я хочу этим сказать?)) Да да, почему бы нам не подобрать такие номиналы резистора или конденсатора, чтобы девчата слышали этот звук, а парни нет? Прикиньте, сидите вы на парах, врубаете свою шарманку и смотрите на недовольные рожи одногруппниц (классниц). Для того, чтобы настроить прибор, нам конечно понадобится девочка, которая помогла бы услышать этот звук. Не все девчата также воспринимают этот высокочастотный звук. Но самый-самый прикол в том, что невозможно узнать, откуда идет звучание))). Только если что, я вам это не говорил).

Источник

Простейший генератор звуковой частоты

В данной статье описывается простой генератор звуковых частот, проще говоря — пищалка. Схема простая и состоит всего из 5 элементов, если не считать батарейку и кнопку.

Описание схемы:
R1 задает смещение на базу VT1. А с помощью C1 осуществляется обратная связь. Динамик является нагрузкой VT2.

Сборка:
Итак, нам понадобится:
1) Комплементарная пара из 2х транзисторов, то есть один NPN и один PNP. Подойдут практически любые маломощные, например КТ315 и КТ361 . Я использовал то, что было под рукой — BC33740 и BC32740.
2) Конденсатор 10-100нФ, я использовал 47нФ (маркировка 473).
3) Подстроечный резистор около 100-200 кОм
4) Любой маломощный динамик. Можно использовать наушники.
5) Батарейка. Можно практически любую. Пальчиковую, или крону, разница будет только в частоте генерации и мощности.
6) Небольшой кусок фольгированного стеклотекстолита, если планируется делать все на плате.
7) Кнопка или тумблер. Мной была использована кнопка из китайской лазерной указки.

Итак. Все детали собраны. Приступаем к изготовлению платы. Я сделал простенькую плату поверхностного монтажа механическим путем (то есть при помощи резака).

Итак, все готово к сборке.

Сначала монтируем основные компоненты.

Потом впаиваем провода питания, батарейку с кнопкой и динамик.

На видео показана работа схемы от 1.5В батарейки. Подстроечный резистор меняет частоту генерации

Источник

Генератор звуковой частоты своими рук

Электроника

учебно-справочное пособие

Звуковые генераторы на транзисторах

Генератор звуковых волн – это устройство или узел электрической цепи, отвечающий за создание и воспроизведение звуковых колебаний.

Где может пригодиться такое устройство:

1. Простой электрический дверной звонок (при замыкании контактов вынесенной удаленно кнопки происходит оповещение звуком о посетителях);
2. Сигнализации (при срабатывании системы безопасности включается блок звукового оповещения);
3. Формирование определенного тембра звука в звуковой аппаратуре;
4. Отпугивание насекомых/птиц (при излучении звуковых колебаний в определенных частотах);
5. В другой профессиональной технике (проверка низкочастотных цепей, тестирование деталей на дефекты и другие цели, основывающиеся на свойствах звуковых волн).

Генератор звука с дискретным изменением частоты

Для более точной настройки аппаратуры или в качестве источника стандартных импульсов можно предложить собрать несложную схему генератора прямоугольных импульсов на фиксированных частотах. Такой генератор (рис. 1) представляет собой мультивибратор с последовательным включением транзисторов Т1 и Т2 (оба транзистора типа П13—П15). Такая схема проста и по сравнению со схемой симметричного мультивибратора позволяет получать лучшую форму выходного напряжения, приближающуюся к идеальному прямоугольнику.

Рис. 1 — Схема звукового генератора фиксированных частот

Длительность генерируемых импульсов составляет половину периода повторения. Выходное напряжение генератора — порядка 5 В. При помощи переключателя SA1 — SA2 можно выбрать любую из четырех фиксированных частот следования выходных импульсов: 100 Гц, 1 кГц, 5 кГц и 10 кГц. Можно получить и другие частоты следования импульсов, которые отличаются от указанных, фиксированных. Для этого необходимо изменить емкости конденсаторов C1—С4 и С6—С9.

Длительность генерируемых импульсов может изменяться в небольших пределах при помощи регулируемого резистора R2. Питание генератора производится от батареи типа «Крона» — порядка 9 в. Монтируется генератор в небольшом металлическом корпусе. На верхней панели укрепляются: переключатель фиксированных частот на четыре положения (100 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц), потенциометр R2 и выключатель питания SA3. Здесь же устанавливаются две клеммы для подключения соединительного кабеля, идущего к настраиваемому прибору.

Генератор звука на 1 кГц

Рис. 2 — Генератор звука на 1 кГц

Как видно из схемы (рис. 2), генератор представляет собой каскад усиления, охваченный положительной обратной связью. Частота генерации определяется номиналами конденсаторов С1-С3 и резисторов R1-R3. При указанных номиналах частота генерации равна примерно 1 кГц. Транзистор, используемый в этой схеме, должен обладать достаточно высоким статическим коэффициентом передачи тока базы — не менее 100-150.

Синусоидальное напряжение снимается с коллекторной нагрузки транзистора. Для уменьшения выходного сопротивления генератора применен эмиттерный повторитель на транзисторе VТ2. Этот каскад согласует низкое сопротивление нагрузки с довольно высоким выходным сопротивление генератора. При помощи переменного резистора R7 можно устанавливать уровень выходного сигнала генератора. Питание генератора можно осуществлять от батареи типа «Крона», либо от сетевого источника.

В генераторе помимо указанных можно применить транзисторы типа КТ3102, а при перемене полярности источника питания — КТ3107, КТ361Г. Особо следует подойти к выбору типа конденсаторов в фазосдвигающей цепи — здесь лучше применить пленочные (типа К73. ) конденсаторы с невысоким отклонением от номинала (не более 5 %).

Печатную плату в такой простой конструкции разрабатывать нецелесообразно — весь монтаж можно выполнить на кусочке универсальной макетной платы.

Конструктивно генератор можно выполнить в небольшой коробке. На лицевую панель выводится выключатель питания, ось переменного резистора и выходные гнезда.

Правильно собранный из исправных деталей генератор, как правило, налаживания не требует. Полезно проверить при помощи частотомера частоту генерации и, если нужно, — подкорректировать ее, изменяя в небольших пределах номинал резистора R3.

Простой RC-генератор

Рис. 3 — Схема простого RC-генератора

Генератор собран всего на одном транзисторе с минимальным числом компонентов. Его можно использовать в качестве сигнализатора, если к форме генерируемых им колебаний не предъявляется строгих требований.

Транзистор выполняет функции усилителя звуковой частоты по схеме с общим эмиттером и резистором нагрузки в цепи коллектора (R6), но с его коллектора усиленный сигнал подается в цепь базы через трехзвенный частотный фильтр, состоящий из резисторов R1, R2, R3, R5 и конденсаторов С1, СЗ, С4. Благодаря этому фильтру на определенной частоте осуществляется сдвиг фазы сигнала, необходимый для выполнения условий генерации, а эта обратная связь становится положительной.

Конденсатор С2 — разделительный, а резистором R4 устанавливается рабочий режим базы. С помощью переменного резистора R6 можно изменять уровень выходного сигнала. Емкости конденсаторов частотного фильтра для получения определенной частоты генерации можно определить по следующей формуле:

С — емкость конденсаторов CI = С2 = СЗ = С4 в фарадах;
R — сопротивления резисторов Rl = R2 = R3 в омах;
F — частота генерируемых колебаний в герцах.

Генератор с регулировкой частоты

Если вам нужна возможность регулировки звуковых частот в заданном диапазоне, то возможно, вам пригодится схема на рисунке 4.

Рис. 4 — Схема генератора с регулировкой частоты

Генератор имеет следующие параметры:

Диапазон частот (разбит на 4 поддиапазона) — 18 Гц — 32 кГц,

1. 18 — 160 Гц;
2. 140 — 1100 Гц;
3. 0,9 — 6,5 кГц;
4. 5,2 — 32 кГц.

То есть охватывается весь слышимый человеческим ухом спектр.

Уровень выходного напряжения — 0,5 В,

Коэффициент гармоник — менее 1 %,

Неравномерность выходного напряжения — менее 2%.

Обычно в генераторах синусоидальных колебаний для перестройки по частоте используются сдвоенные переменные резисторы. Для получения минимальных искажений необходимо использовать прецизионные блоки резисторов, которые весьма дефицитны и дорогостоящие.

В данном генераторе для перестройки по частоте использован одиночный переменный резистор, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Несмотря на кажущуюся громоздкость схемы, генератор имеет очень высокую повторяемость и легко настраивается.

В конструкции применены транзисторы с β не ниже 40.

Настройка конструкции: резистором R1 устанавливаем амплитуду колебаний на выходе равной 0,5 В, затем подстроечными резисторами R3 и R9 добиваемся получения минимальных искажений.

Источники

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2019

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Генератор звуковых частот для проверки усилителей НЧ

Различные усилители звука, как микрофонные, так и мощные оконечные УМЗЧ, нуждаются при настройке в эталонном сигнале постоянной величины. Многие испытывают и настраивают схемы УНЧ просто коснувшись пальцем входа или подав музыкальную мелодию от ПК или смартфона, более продвинутые радиолюбители запускают специальные тестовые программы, но правильнее всего будет собрать маленький и простой малошумящий тестовый генератор, чтобы раз и навсегда решить этот вопрос.

Схема генератора ЗЧ для проверки УНЧ

Данная схема представляет собой генератор синусоидальных сигналов с тремя переключаемыми частотами: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, и благодаря низкому гармоническому искажению — 0,11%, 0,23% и 0,05% соответственно при максимальном выходном напряжении, устройство действительно хорошо работает во время испытаний и измерений параметров усилительных аудиоустройств.

Выходное напряжение генератора устанавливается в 2-х поддиапазонах 0 — 77,5 мВ и 0 — 0,775 В (RMS). Частоты выбираются с помощью переключателя S1, выходной диапазон напряжений — S2.

Расположение деталей на плате генератора ЗЧ

Калибровка частот на каждом из поддиапазонов выполняется с помощью частотомера и потенциометров R3, R4 и R5. Откалибруйте величину выходного напряжения с помощью милливольтметра.

Питание схемы возможно от 8 — 15 В. Стабилизатор 78L05 с двумя диодами 1N4148 снижает входное напряжение до 6,2 В. Потребляемый ток около 4,5 мА, поэтому с целью предельного уменьшения шумов и возможности использовать тестер автономно — запитывайте его от батареек (аккумуляторов).

Генератор звуковой частоты

Что такое генератор звука и с чем его едят? Итак, давайте первым делом определимся со значением слова “генератор”. Генератор – от лат. generator – производитель. То есть объясняя домашним языком, генератор – это устройство, которое производит что-либо. Ну а что такое звук? Звук – это колебания, которые может различить наше ухо. Кто-то пёрнул, кто-то икнул, кто-то кого то послал – все это звуковые волны, которые слышит наше ухо. Нормальный человек может слышать колебания в диапазоне частот от 16 Гц и до 20 Килогерц. Звук до 16 Герц называют инфразвуком, а звук более 20 000 Герц – ультразвуком.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что генератор звука – это устройство, которое излучает какой-либо звук. Все элементарно и просто 😉 А почему бы его нам не собрать? Схему в студию!

Как мы видим, моя схема состоит из:

– конденсатора емкостью 47 наноФарад

– транзисторов КТ315Г и КТ361Г, можно с другими буквами или вообще какие-нибудь другие маломощные

– маленькая динамическая головка

– кнопочка, но можно сделать и без нее.

На макетной пл ате все это выглядит примерно вот так:

Слева – КТ361Г, справа – КТ315Г. У КТ361 буква находится посередине на корпусе, а у 315 – слева.

Эти транзисторы являются комплиментарными парами друг другу.

Частоту звука можно менять, меняя значение резистора или конденсатора. Также частота увеличивается, если повышать напряжение питания. При 1,5 Вольт частота будет ниже, чем при 5 Вольтах. У меня на видео напряжение выставлено 5 Вольт.

Знаете в чем еще прикол? У девчат диапазон восприятия звуковых волн намного больше, чем у парней. Например, парни могут слышать до 20 Килогерц, а девчата уже даже до 22 Килогерц. Этот звук настолько писклявый, что он очень сильно действует на нервы. Что я хочу этим сказать?)) Да да, почему бы нам не подобрать такие номиналы резистора или конденсатора, чтобы девчата слышали этот звук, а парни нет? Прикиньте, сидите вы на парах, врубаете свою шарманку и смотрите на недовольные рожи одногруппниц (классниц). Для того, чтобы настроить прибор, нам конечно понадобится девочка, которая помогла бы услышать этот звук. Не все девчата также воспринимают этот высокочастотный звук. Но самый-самый прикол в том, что невозможно узнать, откуда идет звучание))). Только если что, я вам это не говорил).

Генератор звуковых частот от 1Гц до 65кГц на ATtiny2313

Простой многофункциональный НЧ генератор DDS на микропроцессоре с низким искажением

Этот генератор для аудио устройств с низким искажением генерирует частоту от 1 Гц до выше 65 кГц.

Он может генерировать четыре различных сигналов и уровень выходного сигнала регулируется в диапазоне от нескольких милливольт до 5 вольт.

Генератор собран на недорогом микропроцессоре ATtiny2313 и КМОП микросхеме 4015.

Я недавно экспериментировал с узкополосными звуковыми фильтры. Когда дело дошло до тестирования этих фильтров, быстро стало очевидно, что мне нужен генератор синусоидальных волн с низким искажением, тонкой настройкой и обладающий точной и повторяемой частотой тона.

Мое существующее испытательное оборудование имело некоторые серьезные ограничения. У меня есть простой генератор синусоидальных волн CMOS, но он охватывает только ограниченный диапазон частот. Некоторые начальные тесты также показали, что его искажение, хотя и хорошо для общего тестирования, было слишком большим для этих тестов. Кроме того, он не может быть настроен точно и повторяемо на определенную частоту, особенно в пределах нескольких Гц.

Я явно нуждался в хорошем, точном, синусоидальном генераторе. Когда я рассматривал варианты, я решил, что, вероятно, будет так же легко построить полный функциональный генератор с синусоидальной, квадратной и несколькими другими формами волны.

Следующий вопрос состоял в том, чтобы спроектировать свой собственный блок, построить существующий дизайн или купить функциональный генератор. Я быстро избавился от идеи «покупки». Инструменты в моем ценовом диапазоне имели ограниченные возможности, и те, которые мне нравились, были далеко за пределами моего бюджета.

Микропроцессорные разработки программного обеспечения DDS понравились мне, так как у меня есть несколько навыков в этой области. Большинство проектов, которые я нашел, использовали семейство процессоров fast Atmel AVR. Тем не менее, несмотря на поиск ряда потенциальных проектов, большинство, если не все, имели проблемы.

Например, один дизайн, с которым я столкнулся, был действительно красивым набором функциональных генераторов от Altronics, опубликованным в июньском выпуске 2009 года Silicon Chip. Но он был ограничен максимальной частотой 30 кГц, и у него было удивительно высокое искажение 4%. Метод, используемый для управления устройством, тоже был чем-то вроде проблемы. Кнопки Вверх / Вниз были использованы для выбора необходимой частоты. Это не очень удобно использовать на практике, и что еще хуже, у него были некоторые необычные шаги настройки. Например, генератор способен настраивать только шаги 500 Гц на частотах выше 1 кГц. Если бы я хотел получить выход 1250 Гц, это бы не вышло.

Итак, было решением собрать свой генератор.

Функциональное описание НЧ генератора

Этот генератор будет использоваться для различных аудио тестовых работ, а также для конкретного тестирования цифрового аудиофильтра, для которого изначально все разрабатывалось. Моя цель состояла в том, чтобы создать функциональный генератор с низким искажением, в идеале менее 0,5%, охватывающий по крайней мере от 1 Гц до 50 кГц, с разрешением 1 Гц. Я также хотел, чтобы генератор имел разумный диапазон выходных уровней, чтобы позволить тестировать микрофонные входы, что требует низких уровней mV, а также фильтры, где часто требуется несколько вольт выходного уровня.

Я также хотел функциональный генератор, который был достаточно компактным, с батарейным питанием и низким весом. Частота, показанная на дисплее, также должна была точно сообщать выходную частоту генератора.

Особенности конструкции моего функционального генератора приведены в Таблице 1:

Таблица 1: Характеристики Функционального Генератора

Описание схемы генератора

Ядром этой конструкции является микропроцессор, недорогой Atmel ATtiny2313 из семейства Atmel AVR. Этот микропроцессор способен на высокоскоростной деятельности, существенной для цифрового синтеза формы волны. Он синхронизируется внешним Кварцем 16.934 МГц. Этот кристалл может показаться необычной частотой, но это часто встречающийся Кристалл и часто используется в проигрывателях компакт-дисков. Использование кристалла значительно повышает точность и стабильность работы функционального генератора по сравнению с альтернативным внутренним микропроцессорным генератором, применяемым в некоторых других конструкциях.

Рисунок 2: Принципиальная схема функционального генератора DDS

Существует несколько способов получения желаемой формы сигнала. Одним из способов является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В этом случае ширина импульса высокоскоростной прямоугольной волны, скажем, около 1 МГц или более, изменяется с помощью программного обеспечения.

Если изменения ширины импульса выполняются со скоростью, равной требуемой звуковой частоте, а затем пропускаются через фильтр нижних частот, то результирующая форма волны будет просто звуковой частотой.

Квадратные импульсы 1 МГц будут отфильтрованы. Фильтр нижних частот обычно отсекает около 100 кГц. Аудиовыход может включать синусоидальные, квадратные или другие формы сигнала.

Преимущество этого подхода заключается в том, что он требует только использования одного контакта на микропроцессоре. Многие микропроцессоры имеют ШИМ функциональность встроена в чип в эти дни.

Я потратил некоторое время на работу над этим подходом, прежде чем отбросить его как непрактичный для этого приложения. Несмотря на некоторую обширную дополнительную фильтрацию, этот метод не смог обеспечить производительность, которую я искал. (Эта работа не была потрачена впустую – она превратилась в миниатюрный генератор прямоугольных волн с ШИМ, разверткой и фиксированными синусоидальными выходами, которые я также построил для использования с проектными работами SMPS)

Альтернативный метод более широко используется. Это использует 8-разрядный порт на чипе для привода пассивного резистора цифро-аналогового (D/A) преобразователя. Это в некоторой степени упрощает программное обеспечение, но требует в восемь раз больше ресурсов pin-кода метода PWM. Поскольку это обеспечивало требуемую производительность, это был метод, используемый в этой конструкции.

Такой подход не требует использования 1% резисторов, хотя они обычно встречаются в этом типе аналого-цифрового преобразователя. Единственное требование для точного коэффициента резистора 2:1.

Поворотный энкодер

Частота функционального генератора выбирается с помощью поворотного энкодера. Я восстановил довольно много из них из старых автомобильных радиоприемников и несуществующих стереосистем.

Рисунок 3: Типичный поворотный энкодер с интегральным переключателем

Эти роторные шифраторы производят пару прямоугольных волн сдвинутых участком, с руководством или запаздыванием в участке показывая направление вращения ручки. Эти шифраторы почти все приходят с интегрированным переключателем, активированным путем отжимать вниз на ручке, и это использовано в этой конструкции для того чтобы выбрать необходимый настраивая тариф шага. Шаги настройки 1, 10 или 100 Гц могут быть выбраны в любом месте диапазона генератора.

Если вы не можете найти один из этих кодеров, можно сделать один из старых — компьютерная мышь. Поиск в Google поможет сделать свой собственный поворотный кодер с помощью компьютерной мыши.

ЖК-дисплей и интерфейс

ЖК-дисплей представляет собой стандартный 2-строчный 8-символьный буквенно-цифровой дисплей. Большинство конструкций функциональных генераторов используют более крупный 16-символьный дисплей на строку, а затем оставляют большую часть дисплея пустой и неиспользуемой. Я стремился к компактному блоку, поэтому этот меньший дисплей был идеальным, хотя нет почти никакой экономии средств по сравнению с более крупным 16-символьным типом.

Для сопряжения этого ЖК-дисплея требуется не менее шести контактов, но у меня закончились контакты, так как мне нужно было восемь контактов для D/A. с недостаточными контактами, доступными на ATtiny2313, я мог бы просто использовать более крупный микропроцессор AVR. Однако я обнаружил, что цена на эти более крупные чипы выросла довольно быстро. Оказалось, что гораздо дешевле использовать доступные компоненты, в данном случае сдвиговый регистр CMOS 4015, для решения проблемы.

Рисунок 4: ЖК-интерфейс с регистром сдвига CD4015

Умная идея состояла в том, чтобы использовать два разных синхронизированных импульса для фиксации значения 0 или 1 бит в регистре сдвига. На рисунке 4 логический уровень, присутствующий на D-входе в 4015, синхронизируется с восходящим фронтом каждого из этих синхронизированных импульсов. Короткий импульс 1uS слишком короток, чтобы изменить высокий логический уровень, присутствующий на C8 (2n2), и поэтому ‘1’ синхронизируется восходящим фронтом этого импульса. Однако более длинного импульса 15uS достаточно для разряда C8, в результате чего “0” синхронизируется с 4015 восходящим фронтом этого импульса. Следующий 30uS высокий логический уровень «хвост» восстанавливает C8 до высокого логического уровня.

В результате до восьми битов могут быть сдвинуты в 4015. Это может занять до 400uS, но это ничего в схеме вещей. ЖК-дисплей гораздо медленнее реагирует на события.

Пятый бит, отправленный на 4015, используется для управления выводом R/S ЖК-дисплея. Это устанавливает режим ЖК-дисплея. ЖК-дисплей включен с отдельным выводом от микропроцессора. Программное обеспечение ожидает, пока данные на 4015 выходах установятся, прежде чем включить ЖК-дисплей с этим соединением, и это позволяет новым данным на 4015 выходах считываться ЖК-дисплеем.

Небольшая перемычка на плате (обозначенная на схеме SW5) использовалась для включения и выключения светодиодной подсветки. Светодиодная подсветка потребляет много тока от аккумулятора. Первоначально я думал, что будет важно иметь подсветку, но через некоторое время я выключил его, и с тех пор я его не использовал. Дисплей имеет адекватный контракт без дополнительной помощи от подсветки.

Кроме того, в то время как я использовал резистор 56 ом для внутреннего светодиода подсветки ЖК-дисплея, и это значение показано на принципиальной схеме (оно обозначено R3 на схеме), я обнаружил, что R3 можно увеличить до 150 Ом без действительно заметного изменения уровня подсветки. Однако ЖК-дисплеи и подсветка будут отличаться. Если вам нужна подсветка, вам может потребоваться попробовать разные значения. Однако я не рекомендую использовать что-либо более низкое по значению, чем 56 ом для R3.

VR2 (10k) устанавливает контрастность ЖК-дисплея. Когда вы впервые включите устройство, это должно быть отрегулировано, чтобы вы могли четко видеть дисплей. Попробуйте установить его изначально по середине.

Выход Функционального Генератора

Схема выходного операционного усилителя является довольно стандартной, обеспечивая синфазную и инвертированную пару выходных сигналов. Выходы не изолированы от постоянного тока! Большинство входов на оборудовании, которое я тестирую, уже имеют изоляцию постоянного тока, поэтому мне обычно не нужно беспокоиться об этом.

Если необходимо, добавьте конденсатор большого значения последовательно с каждым выходом. Электролитический конденсатор 22uF 16V подходит, хотя выходной уровень будет скатываться несколько ниже 10 Гц, но более крупные конденсаторы тоже нежелательны.

Первый (синфазный) выход генератора управляется непрерывно с переменной передней панели “уровень” управления, в то время как второй (инвертированный) выход имеет дополнительный трехступенчатый аттенюатор, чтобы обеспечить более низкие уровни выходного сигнала. Я использую этот выход для тестирования более чувствительных схем, таких как микрофонные входы на передатчиках. Этот выход также инвертирует формы волны, но это имеет значение только с пилообразной волной. Полезная вещь в этом выходном дизайне заключалась в том, что он избавил меня от необходимости кодировать в обоих пилообразных волновых формах в ПЗУ.

Я использовал TL072 — она имеет лучшие характеристики, чем более распространенный LM358, и она дала гораздо лучшую производительность в верхнем конце частотного диапазона. Здесь также могут использоваться другие современные операционные усилители.

Источник питания

Функциональный генератор питается от стандартной батареи 9В. Ток относительно высок для этого типа батареи, поэтому обязательно следует использовать щелочной тип. На сегодняшний день эта батарея оказалась удовлетворительной, хотя примечания, выше о подсветке следует иметь в виду. Использование подсветки приведет к довольно быстрому разряду батареи, если на R3 не используется резистор 150 Ом (или более высокое значение).

Чтобы еще больше увеличить срок службы батареи, был использован регулятор падения низкого напряжения (LP2951). Это позволяет напряжению батареи упасть примерно до 5,5 в, прежде чем мне придется выбросить её. Вы можете использовать тип 7805 или 78L05, но время автономной работы будет уменьшено, потому что эти стабилизаторы требуют, чтобы на них падало несколько вольт.

Описание Программного Обеспечения

Все программное обеспечение было написано на ассемблере, чтобы обеспечить оптимальную скорость. Существует четыре основных раздела кода:

• Инициализация – настройка прибора при включении питания
• Входной код — управляет поворотным энкодером и переключателями
• Генерация тона — крошечный сегмент кода, который выполняет основную часть работы
• Display code — код для управления ЖК-дисплеем и 2-проводным ЖК-интерфейсом через сдвиговый регистр 4015

Начальный код запускает генератор с коротким двухстрочным скроллинговым сообщением о входе, а затем функциональный генератор выводит синусоидальную волну 1000 Гц. Генератор инициализирован с размером шага настройки 1Hz.

В течение большей части времени микропроцессор просто запускает сегмент кода генерации коротких тонов. Прерывания используются для управления поворотным энкодером и переключателями, что позволяет микропроцессору быстро управлять любыми требуемыми пользователем изменениями, такими как новая частота или форма волны.

Диоды D1 и D2 обнаруживают замыкания переключателя и инициируют необходимую процедуру прерывания, в то время как активность вращающегося кодера обнаруживается непосредственно со вторым входом прерывания.

Использование прерываний вызывает кратковременное мерцание на выходном сигнале, когда производится изменение настройки генератора. Процессор работает очень быстро, но недостаточно быстро, чтобы успеть прочитать новые настройки коммутатора, обновить ЖК-дисплей и одновременно сохранить цифровую форму сигнала. Это типично для всех этих конструкций и мало беспокоит, когда генератор фактически используется.

Большая часть ЖК-кода большинство буквенно-цифровых дисплеев используют либо Hitachi HD44780, либо совместимый вариант этого интерфейсного чипа. Мой дисплей использовал совместимый китайский чип Sunplus SPLC780D.

Эти чипы или их совместимые эквиваленты используются уже несколько лет и редко дают какие-либо проблемы. Однако мой стандартный основной ЖК-код позволяет довольно широко варьировать время отображения ЖК-дисплея. Это проблема с некоторыми из менее дорогих дисплеев от некоторых поставщиков, и это породило проблемы в других проектах. Мое программное обеспечение должно быть совместимо со всеми этими дешевыми ЖК-дисплеями.

Некоторые незначительные дополнения к этому основному коду драйвера LCD обеспечивают необходимую поддержку необычного интерфейса CMOS 4015 serial to parallel. Влияние на размер кода минимально.

Каждая форма сигнала хранится в 256 байтах ПЗУ. Эти “таблицы поиска» формы сигнала должны быть расположены на определенных 256-байтовых адресных границах. Как следствие, это трудно, чтобы получить весь код вместе с как можно больше сигналов. Мне удалось получить весь код и четыре разных сигнала в небольшие 2048 байт (”2kb») пространства ROM, всего 2 байта, чтобы сэкономить!

Монтаж

Я собрал устройство на прототипной плате, а не проектировал конкретную печатную плату для устройства.

В прототипе использовалась композитная деревянная основа толщиной 5 мм размером около 100 х 85 мм и соответствующая алюминиевая передняя панель толщиной 1,5 мм одинакового размера. Четыре нейлоновые шестигранные прокладки длиной 30 мм используются для удержания передней панели на месте и параллельно задней деревянной базовой панели. Эта передняя панель была покрыта лазерной печатной панелью (доступна в области загрузки в конце статьи.

Использование многофункционального НЧ-генератора

Включите генератор. Сообщение о входе будет прокручиваться на ЖК-дисплее. Затем дисплей переключится на обычное отображение настроек частоты и формы сигнала. Начальная установка на включение питания-это синусоида 1000 Гц. Скорость настройки, также устанавливается на 1 Гц при включении питания, поэтому вращение ручки частоты должно увеличивать или уменьшать выходную частоту с шагом 1 Гц.

Нажатие на регулятор частоты активирует встроенный ступенчатый переключатель. Нажатие этой кнопки позволяет выбрать следующий размер шага настройки, от 1 до 10 до 100 Гц, а затем снова вернуться к шагам 1 Гц. Это позволяет быстрее или медленнее настраивать по мере необходимости.

Нажатие кнопки волны позволит выбрать необходимую синусоидальную, квадратную, треугольную или пилообразную форму волны.

Уровень выхода можно установить используя сочетание из непрерывно регулируемое ровное управление и переключатель амортизатора. Регулятор уровня обеспечивает непрерывную регулировку выходных уровней до максимума, выбранного с помощью переключателя аттенюатора (50mV, 500mV или 5Vpp)

Максимальная мощность выхода зависит от напряжения батареи. Будьте осторожны при использовании более высоких выходных уровней!

Предупреждение: аудиовыходы не изолированы от постоянного тока. Хотя большинство входов на фильтрах и оборудовании, которые могут быть протестированы с помощью этого генератора, оснащены изолирующими конденсаторами, это не всегда так. Если вам нужны выходы, свободные от постоянного напряжения, добавьте подходящий конденсатор последовательно с выходным резистором 560 ом.

Искажение формы волны выхода низко на всех формах сигнала. Искажение синусоидальной волны было измерено на уровне менее 0,2%. На рис. 5 показан выходной сигнал, измеренный с помощью звуковой карты ПК. Рисунок иллюстрирует чистый выход функционального генератора, искажения около 0,15%.

Рисунок 5: Производительность синусоидальной волны 1 кГц была измерена с помощью программного обеспечения на основе звуковой карты ПК и иллюстрирует низкий выход искажений генератора

Другие измерения через ряд уровней и частот выхода (в пределах ограничений измерения ПК и используемой звуковой карты) предлагают что представление искажения было меньше чем 0.2%.

Простой многофункциональный НЧ генератор DDS на микропроцессоре с низким искажением

Источник