Этот проект возник из-за необходимости создания стабилизированного кварцем генератора линейно нарастающего напряжения для высокочастотного генератора качающейся частоты HP 8620C. За основу была взята опубликованная ранее конструкция генератора пилообразных сигналов [1]. Однако эта конструкция имела два недостатка: в ней использовался нестандартный кварцевый генератор 16.384 МГц, а время спада/обратного хода/гашения пилообразного сигнала было нулевым.
Для решения первой проблемы в описанном здесь генераторе пилообразных сигналов используется стандартная тактовая частота 10 МГц, что позволяет интегрировать его в существующую испытательную установку. Важно также, что большинству оборудования требуется определенное время для возврата в исходное состояние перед началом нового цикла развертки. Конструкция, представленная на Рисунках 1 и 2 (см. ниже), позволила решить эти проблемы. Сначала будет описана секция генератора пилообразных сигналов, поскольку предъявляемые к ней требования определили схему тактового генератора.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема генератора пилообразного напряжения. |
Генератор пилообразных сигналов
Сердцем генератора пилообразных сигналов является 12-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый двоичными счетчиками. ЦАП – дискретный типа R-2R, поскольку на момент разработки подходящая микросхема ЦАП была недоступна. Он управляется набором логических элементов «И» (три микросхемы 74HC08), которые, в свою очередь, управляются двумя сдвоенными 4-битными двоичными счетчиками 74HC393, половина одного их которых не используется. 12 бит позволяют получить максимальное возможное количество состояний, равное 4096. Упрощенная схема генератора пилообразных сигналов показана на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема генератора тактовых сигналов. |
Чтобы установить время гашения, ЦАП выдает линейно изменяющееся напряжение только для первых 4000 состояний. Для оставшихся 96 кодов выходное напряжение удерживается равным 0 В, что обеспечивает достаточное время для возврата HP 8620C к начальному значению частоты и подготовки к новому запуску. Во время фазы нарастания напряжения выходные сигналы счетчика проходят на ЦАП через логические элементы «И». В фазе гашения на входы логических элементов «И» подается «лог. 0», входной код ЦАП содержит только нули, и выходное напряжение равно 0 В. Двухвходовый логический элемент «ИЛИ» (два диода 1N4148 и резистор) и пятивходовый логический элемент «И-НЕ» (микросхема 74HC30, четыре входа которой соединены вместе) пропускают через себя выходные сигналы счетчика и управляют общим входом логических элементов «И» во время гашения. Также имеется инвертор, образованный логическим элементом «ИЛИ-НЕ» (74HC02), предназначенный для формирования положительного импульса гашения, который можно использовать для модуляции входа Z осциллографа.
Диодно-резисторный коммутатор на выходе ЦАП также включается во время фазы гашения, чтобы установить 0 В на выходе ЦАП. Во время фазы нарастания напряжения выходной сигнал ЦАП усиливается операционным усилителем, обеспечивающим требуемый для HP 8620C размах сигнала 10 В.
Генератор пилообразных сигналов, в зависимости от положения переключателя, может работать автономно или запускаться внешними сигналами; на Рисунке 1 он показан в режиме внешнего запуска. В режиме внешнего запуска RS-триггер, образованный двумя логическими элементами «ИЛИ-НЕ», переключается передним фронтом выходного гасящего импульса для сброса 12-битного счетчика. Сброс RS-триггера в исходное состояние, позволяющий 12-битному счетчику снова начать отсчет, происходит только при поступлении внешнего сигнала запуска.
Тактовый генератор
Частота сигнала внутреннего или внешнего опорного генератора 10 МГц делится на 12 отдельных значений и выбирается 12-позиционным галетным переключателем для подачи на генератор пилообразных сигналов. Поскольку сигнал на выходе генератора пилообразных сигналов существует только в течение первых 4000 состояний вместо 4096, можно использовать стандартные коэффициенты деления 2, 5 и 10 сдвоенного декадного счетчика 74HC390, как показано на Рисунке 2. 74HC390 состоит из двух отдельных счетчиков-делителей на 2 и на 5, которые сконфигурированы, как показано на рисунке. Помимо тактовой частоты на каждом выходе в скобках указано соответствующее время развертки.
 |
|
| Рисунок 3. | Осциллограммы сигналов в схеме: выход пилообразного напряжения (желтый), гасящий импульс (зеленый). |
Исключением из приведенного выше объяснения является время развертки 1 мс, для которого требуется тактовая частота 4 МГц. Поэтому первый каскад делителя делит входную частоту на 2.5. Это достигается снятием сигнала с младшего разряда счетчика-делителя на 5. На каждые пять входных импульсов он выдает два выходных импульса: 000, 001, 010, 011, 100, 000, 001, 010, 011 и т. д. Коэффициент заполнения этих 4-мегагерцовых импульсов меняется от периода к периоду, что приведет к незначительному дрожанию положения импульсов при времени развертки 1 мс, но это будет проявляться только в младшем бите счетчика генератора пилообразного напряжения и не повлияет на качество пилообразного сигнала. Существуют альтернативные способы деления на 2.5 с фиксированным коэффициентом заполнения 50%, но они более сложны [2].
Результаты
Из осциллограмм сигналов на выходах пилообразного напряжения и гасящего импульса, показанных на Рисунке 3, видно, что они имеют точный период 100 мс, а пилообразное напряжение имеет высокую линейность.
Вся схема генератора пилообразного напряжения была собрана на беспаечной макетной плате и помещена в общий корпус с источником питания, став удобным лабораторным инструментом.
Ссылки
- Neil Johnson, “Ramp Generator”, Everyday and Practical Electronics, July 1995, pp. 546-550.
- Yongping Xia, “Divide by 2.5”, Electronics World + Wireless World, December 1991, pp. 1051.
Купить CD74HC02 на РадиоЛоцман.Цены
