Приведено описание четырехфазного RC-генератора колебаний синусоидальной и прямоугольной формы. Сигнал треугольной формы получают путем противофазного сложения полуволн синусоидальных сигналов, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90 градусов.
Ранее было показано, что при противофазном сложении выпрямленных двухполупериодными выпрямителями синусоидальных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на 90 градусов, можно получить сигнал практически идеальной треугольной формы [1–5]. Математическое описание формы сигналов и схемы практической реализации таких генераторов приведены в работах [3–5].
Функциональные генераторы обычно состоят из генератора прямоугольных импульсов, формирователей сигналов треугольной и, затем, синусоидальной формы. Функциональный многофазный генератор работает по иному принципу: вначале используется перестраиваемый четырехфазный генератор сигналов синусоидальной формы. Затем сигналы синусоидальной формы при помощи компараторов преобразуются в сигналы прямоугольной формы. После этого сигналы синусоидальной формы четырех фаз поступают на выпрямитель – ключевые элементы, управляемые с выходов четырех компараторов. Выпрямленные сигналы смешиваются на сопротивлении нагрузки и формируют сигнал треугольной формы удвоенной частоты, Рисунок 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Синтез сигнала треугольной формы из суммы противофазных выпрямленных двухполупериодными выпрямителями сигналов синусоидальной формы, сдвинутых на 90 градусов. |
На Рисунке 2 показана электрическая схема четырехфазного генератора сигналов синусоидальной формы, работающего в диапазоне частот 50…500 Гц. Генератор выполнен на четырех операционных усилителях DA1.1–DA1.4 микросхемы LM324. Потенциометр R2 подстраивают до получения устойчивых колебаний синусоидальной формы с минимальными искажениями. Частота генерации задается RC-цепочками C2-R8-R10.1, C3-R9-R10.2 и регулируется сдвоенным потенциометром R10.1, R10.2. С выходов операционных усилителей снимаются четырехфазные сигналы: 0, 90, 180 и 270 градусов.
 |
|
| Рисунок 2. | Четырехфазный генератор сигналов синусоидальной формы. |
Сигналы с выходов четырехфазного генератора, Рисунок 2, поступают на входы формирователей сигналов прямоугольной формы, Рисунок 3. Формирователи, Рисунок 3, содержат четыре компаратора DA2.1–DA2.4 микросхемы LM339. С выходов компараторов снимаются сигналы прямоугольной формы, имеющие сдвиг по фазе 0, 90, 180 и 270 градусов.
 |
|
| Рисунок 3. | Формирователь четырехфазных сигналов прямоугольной формы и выпрямитель сигналов синусоидальной формы на основе аналоговых ключей, а также сумматор выпрямленных сигналов с получением на выходе устройства сигналов треугольной формы. |
Одновременно сигналы с выходов компараторов DA2.1–DA2.4, Рисунок 3, поступают на управляющие входы четырех аналоговых коммутаторов DD1.1–DD1.4 микросхемы CD4066 (см. примечание в конце статьи). На входы ключей аналоговых коммутаторов подаются сигналы от генератора синусоидальных сигналов. С выходов ключей выпрямленные сигналы поступают на резистивный сумматор R3–R7. Аналоговые ключи DD1.1–DD1.4 коммутируются сигналами компараторов DA2.1–DA2.4 таким образом, что на выходах ключей формируются противофазные двухполупериодные выпрямленные сигналы со сдвигом по фазе 90 градусов. Это позволяет реализовать на выходе устройства сигнал треугольной формы удвоенной относительно задающего генератора частоты (100…1000 Гц), Рисунок 1.
На Рисунке 4 показана форма сигналов синусоидальной и прямоугольной формы, снимаемых с выходов генератора и компараторов.
 |
|
| Рисунок 4. | Форма четырехфазных сигналов на выходах генератора синусоидальных сигналов и выходах формирователей сигналов прямоугольной формы. |
На Рисунке 5 показано, как могла бы выглядеть цоколевка микросхемы четырехфазного функционального генератора и приведена схема ее включения с использованием минимального количества навесных элементов. Необходимость корректировки сопротивления подстроечного резистора R2 (Рисунок 2) может потребовать использования дополнительных двух выводов микросхемы.
 |
|
| Рисунок 5. | Возможная цоколевка микросхемы четырехфазного функционального генератора и схема ее включения. |
Примечание
В ходе обсуждения статьи на форуме EDN было обращено внимание на то, что на управляющие входы микросхемы DD1 CD4066 с выходов компараторов микросхемы DD2 LM339 поступают сигналы напряжением –10 В, что может по мнению критиков повредить выходные транзисторы компараторов DA2 или входы ключей микросхемы DD1. Следует отметить, что входные цепи КМОП-микросхем CD4000 (и им подобных) защищены токоограничивающим резистором и диодами, ограничивающими напряжение на входах логических элементов от –0.7 В до +EПИТ. Тем не менее, для гарантированной защиты микросхем между выходами компараторов микросхемы DA2 и управляющими входами микросхемы DD1 можно включить дополнительные токоограничивающие резисторы, либо диоды, например, 1N4148, катодами к управляющим входам ключей микросхемы DD1. Между входами ключей и общей шиной следует включить резисторы сопротивлением порядка 100 кОм.
Литература
- Шустов М.А. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы // Радиотехника, 2003, № 1, С. 95–96.
- Шустов М.А. Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах, Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2013, 352 с.
- Shustov M.A., Shustov A.M. Electronic Circuits for All, London: Elektor International Media BV, 2017, 397 p.; Elektronika za sve: Priručnik praktične elektronike, Niš: Agencija EHO, 2017; 2018, 392 St. (Serbia).
- Shustov M.A., Shustov A.M. Simple functional generator // Elektor, May 16, 2018.
- Shustov M.A., Shustov A.M. Simple Function Generator. With reverse-order signal creation // Elektor, 2020, V. 46, № 7–8 (502), P. 20–23.
