Функциональный генератор звукового диапазона частот

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2014

Petre Petrov

Electronic Design

На трех выводах этой полностью аналоговой схемы одновременно формируются три сигнала одинаковой частоты звукового диапазона. Схема может быть полезной для проверки аудио систем, трансформаторов, кабелей и других электрических устройств.

Этот простой, надежный и дешевый генератор, основанный на микросхеме усилителя мощности LM386, одновременно формирует три выходных сигнала одной частоты звукового диапазона: прямоугольный (SQW), треугольный (TRG) и синусоидальный (SS).

Каждый выход может работать на такую нагрузку, как длинный кабель, трансформатор, автотрансформатор, аудио разветвитель или активный динамик. Амплитуду сигналов на каждом выходе можно регулировать индивидуально. Выходы без повреждения выдерживают сколь угодно длительные замыкания на землю или шину питания.

Генератор будет полезен при проверке электрических или аудио устройств, звуковых или сетевых трансформаторов, и аналогичных компонентов. Максимальная рекомендованная нагрузка равна 8 Ом, однако можно подключать и более низкоомную нагрузку, немного потеряв при этом в амплитуде сигнала. Удобной окажется и возможность переключать триплет выходных сигналов между двумя частотами.

На упрощенной блок-схеме устройства показана микросхема IC1, работающая в режиме генератора прямоугольных импульсов с частотой, определяемой, в основном, элементами R1 и C1 (Рисунок 1). Сигнал в точке A близок к треугольному с амплитудой порядка 0.35 В пик-пик при напряжении на шине питания 9 В.

Рисунок 1.	Блок схема генератора, формирующего сигналы прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы на одной из двух выбираемых частот.

Треугольные импульсы через потенциометр P1 поступают на усилитель IC2. Кроме того, они подаются на фильтр нижних частот (ФНЧ) или на полосовой фильтр (ПФ). От качества этих фильтра зависит качество синусоидального сигнала, усиливаемого микросхемой IC3.

Частота среза ФНЧ по уровню 3 дБ должна быть равна или меньше частоты треугольного сигнала в точке A. Центральная, или резонансная частота ПФ должна быть приблизительно равна частоте сигнала в этой же точке. В простейшем случае, как ФНЧ, так и ПЧ, могут быть RC- или LC-фильтрами второго порядка. Микросхема IC3 усиливает синусоидальный сигнал из точки B, ослабленный потенциометром P2.

Усиление микросхем IC2 и IC3 установлено равным 200. При больших входных сигналах это может привести к насыщению усилителей и появлению искажений, вследствие которых форма сигналов на выходах TRG и SS станет напоминать трапецию. Если такая проблема возникнет, снизьте усиление IC2 и IC3 примерно до 50, руководствуясь описанием микросхемы LM386.

Практическая схема генератора сделана на трех микросхемах LM386. Схема может формировать сигналы одной из двух частот, выбираемых с помощью двухполюсного двухпозиционного переключателя S1 (Рисунок 2). Если переключатель установлен в положение «1», частота равна 1 кГц, а в положение «2» – 500 Гц. Подстроечный резистор P1 используется для точной установки номинальной частоты 1 кГц, в то время, как выход 500 Гц для простоты сделан нерегулируемым.

Рисунок 2.	Частота этого генератора может устанавливаться равной 500 Гц или 1 кГц с помощью переключателя S1, коммутирующего конденсаторы резонансного LC-контура.

Микросхема IC2 усиливает треугольный сигнал, поступающий на ее вход из точки A через потенциометр P3. Этот же сигнал идет на полосовой LC-фильтр, образованный элементами C9 (или C10) и L1. Резонансная частота фильтра L1-C9 равна примерно 500 Гц, а L1-C10 – 1 кГц, причем C10 состоит из двух включенных параллельно конденсаторов емкостью 0.47 мкФ и 68 нФ. Резонансную частоту F LC-контура можно приблизительно определить, используя стандартную формулу

 

В зависимости от положения движка потенциометра P3, сигнал на выходе TRG будет иметь форму треугольника или трапеции с максимальной амплитудой, ограниченной напряжением источника питания. Прямоугольные импульсы формируются на выходе SQW1 (постоянная амплитуда) и SQW2 (амплитуда, регулируемая потенциометром P2). Синусоидальный сигнал из точки B через потенциометр P4 поступает на вход усилителя IC3. Усиленный сигнал доступен на выходе SS.

Собственный шумы микросхемы LM386 неизвестны, поэтому ее коэффициент усиления следует делать минимальным. Величины сопротивлений R1, R7, R8, R9, P3 и P4 также должны быть минимально возможными для минимизации шумов. LM386 можно приобрести у нескольких поставщиков с некоторыми различиями в технических характеристиках. Например, диапазоны напряжений питания могут быть указаны равными 4 … 12 В или 5 … 18 В. Номинальная и максимальная выходные мощности зависят от выбранного варианта микросхемы LM386, рабочего напряжения и сопротивления нагрузки.