|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 43 ЧМ-линейность - отклонение от проведенной наилучшим образом прямой линии графика зависимости частоты выходного сигнала от управляющего напряжения. Стабильность - изменение частоты выходного сигнала при колебаниях температуры окружающей среды и напряжений источников питания. Линейность сигнала треугольной формы - отклонение формы выходного треугольного колебания от проведенной наилучшим образом прямой линии. ПНИ - полное нелинейное искажение выходного синусоидального сигнала. В настоящее время существует несколько типов интегральных генераторов сигналов различной формы. В табл. 2.2 приведены их основные рабочие характеристики. Более подробная информация представлена в справочных материалах фирм-изготовителей при рекомендациях по применению. Таблица 2.2. Генераторы сигналов
2.2г. Применения Большинство интегральных генераторов сигналов были разработаны как универсальные функциональные узлы, и, как следствие, они пригодны для широкого класса различных применений. 0,00/ - -TLTL Рис. 2.26. Схема генератора сигнала треугольной формы с частотой 1 кГц. f = 2{Vcc - Vc)l(RiCiVcc), Vc = = Vcc(10/ll,5). Функциональные генераторы в основном предназначены для: формирования синусоидального колебания, амплитудной модуляции; частотной модуляции, частотной манипуляции, построения лабораторного функционального генератора. Все эти применения требуют наличия определенных параметров у функционального генератора. Разработчик должен быть осведомлен о том, какие характеристики следует принять во внимание, для того чтобы используемая интегральная схема давала наиболее эффективное решение. Например, если требуется реализовать генератор сигнала треугольной формы с фиксированной частотой 1 кГц, то для .этой цели пригодна любая приведенная в табл. 2.2 микросхема. Интегральная схема выбирается исходя из обеспечения наименьшей стоимости полученного генератора и минимального числа внешних Злементов. Этим условиям наилучшим образом удовлетворяет микросхема 556 (схема генератора представлена на рис. 2.26). Центральная частота определяется следующим образом: fo = 2{Vcc-Vcy{RAVcc), где Vc представляет собой напряжение на зажиме 5, которое устанавливается резистивным делителем напряжения (10 кОм и 1,5 кОм). Тогда частота /о определяется с помощью подстановки Vc = 0,870Усе; при этом получаем fo - 1/(3,8/?,С,). Если выбрать номинал конденсатора Ci равным 0,1 мкФ, то значение резистора Ri можно вычислить следующим образом: R, - -5---гйг -2,6 кОм. 3,8/оС, (3,8-10)(0,1-10 ) В большинстве случаев этот номинал резистора (2,6 кОм) образуется из постоянного резистора 2,2 кОм и включенного последовательно потенциометра 1 кОм, что позволяет производить точную настройку частоты выходного сигнала генератора (1 кГц). Пример 2.5. Синусоидальный генератор качающейся частоты. Требуется спроектировать генератор синусоидального сигнала с диапазоном девиации от 20 Гц до 20 кГц на основе функционального генератора типа 2206. Описывающее функционирование данной схемы уравнение имеет вид fo = 320/j,/CQ мА/мкФ, (2.36) где 1т - протекающий через времязадающий зажим ток в миллиамперах, а Со - номинал времязадающего конденсатора в микрофарадах. На времяза-дающем зажиме присутствует внутреннее напряжение смещения 3,125 В, а максимально допустимый времязадающий ток составляет 3 мА. Входной качающий частоту сигнал изменяется от О до 10 В. Решение. Функция качания частоты выполняется при соответствующем включении времязадающего зажима, в частности, как показано на рис. 2.27. При этом времязадающий ток определяется как / = 3,125 ?, = (3,125-FJ ?c. Подставляя полученные соотношения в уравнение (2.36), получаем 0,320 /3,125 3,125- F, 0,320 /3,15 1 г + .(1-FJ3.125) (2.37) . /Кг/7-7 качания J частоты 3,f2S , В Рис. 2.27. Включение функционального генератора типа 2206 для реализации качания частоты. Путем дифференцирования уравнения (2.37) можно определить коэффициент передачи К преобразования напряжение - частота: = rff/rfF = - 0,32/(/?Со) Гц/В. (2.38) Для требуемого диапазона качания частоты К (20 кГц)/(10 В) = 0,32/(/?Со). Таким образом, RC = 150 10 , (2.39) Максимальная частота 20 кГц обеспечивается при Vc - 0. Следовательно, используя уравнение (2.37) VC + + = 77. (2-40) 20000: Со( с) Максимальный времязадающий ток составляет 3 мА, а /j, = 3,125/Rp, где Rp = R R, Если максимальное значение тока h выбрано равным приблизительно 2,5 мА, то при расчете получаем Rp = 1,2 кОм. Номинал времязадающего конденса-агора тогда вычисляется из уравнения (2.40). Таким образом, 20000 = 1/(1200 Со), Со = 0,04 мкФ. Затем значение резистора Rc определяется из уравнения (2.39); R = (150 10~)/(0,04 10~) = 4 кОм, а резистора R - следующим образом: l/Rp = UR + l/Rc / 20° = /40° + Z- и, следовательно, R яг 1,7 кОм. Полная схема данного генератора представлена на рис. 2.28. Амплитуда выходного сигнала устанавливается с помощью резистора ?з- Полное нели-
П Выход JOO/tOn -с -С -с XR-220B \25кОМ SOOOm □ 1мнФ JITL 1 Выход прямоугом Оного млебани/} Рис 2.28. Принципиальная схема генератора качающейся частоты. нейное искажение регулируется на свое минимальное значение резисторами Ra и Rb. Важно отметить, что номиналы резисторов R и Rc наиболее критичны при определении диапазона девиации данной схемы. Требуется точное их согласование, и для этого необходимо провести отдельные подстройки. При  И Времязадаю^ г,щвму Входу схемы на рис. 2.28 Ркс. 2.29. Использование внешнего источника тока для генератора качающейся частоты. Увых = VciRc. использовании внешнего ОУ в качестве преобразователя напряжение - ток можно исключить необходимость в таком точном согласовании. В этом альтернативном методе токовый выход может непосредственно использоваться для задания сигнала на времязадающем зажиме, как показано на рис. 2.29. Можно также создать логарифмическую зависимость частоты от качающего напряжения, что достигается с помощью замены линейного источника тока на логарифмический. Формирование ЧМ-сигнала. Формирование ЧМ-сигнала аналогично реализации качающейся частоты, однако при этом девиация частоты обычно мала; в типовом случае не превышает 10 % нормальной рабочей частоты. Для описания ЧМ-генерато-ров используются следующие термины: Несущая частота - частота выходного сигнала при отсутствии внешнего воздействия. Девиация - процент изменения частоты выходного сигнала при отклонении входного воздействия от нулевого до максимального значения. Скорость модуляции - скорость изменения частоты выходного сигнала. ЧМ-нелинейность - максимальное отклонение графика зависимости частоты выходного сигнала от входного напряжения от идеально линейной передаточной функции. Схема для реализации ЧМ-модуляции такая же, как и в случае генератора качающейся частоты, за исключением того, что диапазон качания в типовом случае не превышает ±10 % и на модулирующем входе осуществляется емкостная связь. Формирование частотно-манипулированного сигнала. Частотная манипуляция (ЧМп) представляет собой способ передачи цифровых данных по частотно-ограниченным каналам, таким, как телефонные линии связи. В таких системах предназначенные для передачи данные должны быть сначала преобразованы в сигнал, спектр которого согласован с шириной полосы пропускания передающей среды. Затем переданные данные поступают на приемное устройство, где демодулируются и преобразуются в первоначальную цифровую форму. Устройство, которое осуществляет подобную функцию, называют модемом. Название произошло от сокращения названий двух основных узлов, определяющих само функционирование данного устройства: МОДу-лятор и ДЕМодулятор . В модулирующей части происходит формирование ЧМн-сигна-ла, а в демодуляторе - его декодирование. Это представляет собой частный случай ЧМ-передачи, где выходной сигнал принимает одно из двух дискретных значений частоты, которое определяется значением цифрового сигнала. На рис. 2.30 приведена структурная схема ЧМн-генератора, а также формы входного и выходного сигналов. Важно отметить, что в выходном сигнале ЧМн-генераторов должна сохраняться непрерывность фазы (формирование сигнала без разрыва фазы в точках манипуляции). При этом нежелательные боковые полосы частот, возникающие вследствие скачкообразного изменения выходного напряжения, будут подавляться. Фактически все генераторы можно преобразовать для реализации частотной манипуляции. Для этого к времязадающему зажиму подключают внешние транзистор и резистор, как показано на рис. 2.31. Однако некоторые функциональные генераторы, приведенные в табл. 2.2, имеют аналогичные встроенные гун v* Выход-\pj\s\j\/\r  ЦифроВой бссод Т Т I I Гис. 2.30. Структурная схема Ч.Мн-генератора, U - l/RiC, h = lIRzC цепи, что позволяет значительно упростить этап схемного проектирования, а также исключить любые колебания частоты выходного сигнала, вызываемые изменениями напряжения насыщения внешнего транзистора. выход  Пример 2.6. Формирование передаваемой частоты в модеме типа ВеН 103. Требуется спроектировать ЧМн-генератор для модема типа 103. Искажения выходного синусоидального колебания не должны превышать 2,5 %. Частоты выходного сигнала составляют соответственно 1070 и 1270 Гц для паузы и посылки, или 1 и 0. Выбрать тип прибора из табл. 2.2. Решение. Б табл. 2.2 имеется только одни прибор, а именно 2206, который имеет вход для реализации частотной манипуляции и формирует синусоидальный выходной сигнал. Искажения синусоидального колебания около 2,5 % достигаются путем подключения между выводами 13 и 14 резистора с номиналом 200 Ом. Номиналы времязадающих резисторов можно определить из следующих формул: Для поддержания оптимальной стабильности данной схемы номиналы резисторов должны выбираться в диапазоне от 10 до 100 кОм. Если номинал времязадающего конденсатора равен 0,039 мкФ, то = 20,19 кОм, Rg- = 23,96 кОм. Обычно номиналы этих резисторов набираются из постояииого резистора и переменного; это позволяет осуществлять точную настройку на каждой частоте. Полная схема данного устройства представлена на рис. 2.32. ЧМн-Вход Рис. 2.31. Способ преобразования генератора фиксированной частоты в Ч.Мн-генсратор. Ь = l/(/?iC), U = = y\C{RJIR2)]. тн-выход  Вход мани- $J пуляции \ 2 Рис. 2.32. Принципиальная схема ЧМн-генератора. Для регулировки амплитуды выходного сигнала используется потенциометр из- Генераторы пилообразного напряжения. Большинство функ-. циональных генераторов пригодно также для формирования как импульсных, так и пилообразных сигналов. Такая структура показана на рис. 2.33, где данные подаются на ЧМн-вход. ЧМн- ° Вылод пилооёразного сигнала  JUL ныв JL импульсы Рис. 2.33. Схема включения генератора импульсного и пилообразного сигналов. i = (2/С)[1/(й1 + Ri)]; рабочий цикл = Rt{Ri + R2). вход представляет собой цифровой входной зажим, который используется для выбора одного из двух времязадающих резисторов. Рабочий цикл выходного сигнала определяется следующим образом: Рабочий цикл = Ri/iRi + R2). Рабочий цикл данной схемы может регулироваться в пределах приблизительно от 0,1 до 99,9 %. Этот переменный диапазон рабочих циклов обычно определяется диапазоном девиации или отношением максимального значения времязадающего тока к минимальному. Формирование АМ-сигнала. Как было показано, если на один из входов четырехквадрантного перемножителя (несущее колебание) подается сигнал с выхода генератора, а на другой вход Генератор несущей частоты Выход  ЪАМ-Вссод Рис. 2.34. Структурная схема АМ-генератора. поступает модулирующий сигнал, то на его выходе формируется АМ-сигнал. Некоторые функциональные генераторы сигналов были специально спроектированы для реализации такой функ- 0° НормироВ. ipasa Вых. сигнала Нормироб. амплитуда Вых. сигнала  Иормиров. вх. сигнал Рис. 2.35. Амплитудная и фазовая характеристики выходного сигнала АМ-генератора. ции; они имеют встроенные четырехквадрантные перемножители (смотри табл. 2.2). Основными рабочими характеристиками такого АМ-генератора являются стабильность частоты выходного колебания и линейность выходного уровня относительно модулирующего входа или АМ-входа. Структурная схема АМ-генератора изображена на рис. 2.34, Подобная схема пригодна для 2.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЕ - ЧАСТОТА Во многих частных случаях необходимо обеспечить преобразование аналогового напряжения в частоту, которая затем либо подается на счетчик для получения цифрового отсчета, либо передается в некоторую удаленную точку, где она снова преобразуется в аналоговый сигнал с помощью преобразователя частота - напряжение. Нормированная характеристика идеального преобразователя напряжение - частота изображена на рис. 2.36. Его функционирование описывает сле-Vg (HopMupoB.) дующее уравнение: Рис. 2.36. Передаточная характеристи- /вых = CIb.xi (2.41) ка идеального преобразователя на- .л,л„тт пряжение-частота. Lx = KVex. /С - коэффициент переда- чи преобразования данного преобразователя напряжение - частота в единицах герц на вольт. При реализации такой функции ключевым рабочим параметром является линейность частоты выходного сигнала в зависимости от прикладываемого входного напряжения. Следовательно, управляемый напряжением генератор (ГУН) представляет собой основной элеме!нт такой схемы. В предыдущем параграфе  формирования АМ-сигнала с подавленным несущим колебанием, а также и обычной амплитудной модуляции. На рис. 2.35 представлены передаточные характеристики для амплитуды и фазы выходного сигнала. Необходимо отметить, что если на модулирующем входе отсутствует постоянная составляющая, то происходит подавление несущего колебания; таким образом, не тратится мощность на передачу сигнала несущей частоты. В реальных условиях АМ-генератор можно реализовать либо на единственной микросхеме со встроенным перемножителем, либо на двух микросхемах, одна из которых представляет собой генератор несущего колебания, а вторая - перемножитель для реализации АМ-модулятора. Рещение о том, какой из этих двух способов наиболее эффективен, принимается исходя из требуемой стабильности, частоты несущего колебания и требуемой линейности выходного АМ-сигнала. было описано несколько типов ГУН, которые при работе в режиме качания частоты пригодны и в данном случае. На рис. 2.37, а изображен альтернативный метод реализации такого преобразователя. Основной принцип функционирования этой схемы можно описать следующим образом. Компаратор производит сравнение входного напряжения и напряжения в узле В. Если входное напряжение выше, то выходной сигнал компаратора запускает одновибратор. Выходной сигнал одновиб-ратора замыкает ключ, который подсоединяет источник тока  Напряжете В^узле Выходной сигнал одновид-ратора Рис. 2.37. Преобразователь напряжение - частота, временные диаграммы сигналов (б). Структурная схема (а); к узлу В схемы в течение периода работы одновибратора. Далее с окончанием цикла одновибратора ключ размыкается. При этом в цепь RbCb от источника тока / поступает заряд где Г - период работы одновибратора. Если в это время напряжение в узле В не превышает входного напряжения, то компаратор снова запускает одновибратор, и в цепь /?вСв поступает друг®й заряд. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение в узле В не станет выше входного. В этот момент одновибратор остается в выключенном состоянии и конденсатор Св начинает разряжаться через резистор Rb до тех пор, пока напряжение на нем не станет равно Vbx и не произойдет запуск одновибратора. В этом случае достигается установившийся режим, когда обеспечиваемая источником тока / скорость заряда достаточна для поддержания условия Ув Vbx- Поскольку скорость разряда конденсатора Св пропорциональна Vb/Rb, цикл 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 43 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||