ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Мультивибратор, который в восьмой беседе я рекомендовал использовать в качестве источника сигналов, генерирует колебания, близкие по форме к прямоугольным, и множество гармоник. Он хорош лишь как пробник и совсем непригоден для налаживания усилителей ЗЧ, аппаратуры телеуправления моделями, многих электронных автоматов, для которых выходной сигнал измерительных генераторов должен быть синусоидальным.

Расскажу о двух генераторах: на одну фиксированную частоту 1000 Гц и с плавным изменением частоты выходного сигнала примерно от 200 до 3000 Гц. Первый из них проще, второй сложнее. Но чтобы сигналы генераторов были синусоидальной формы, для настройки их потребуется электронно-лучевой осциллограф.

Схему измерительного генератора на одну фиксированную частоту ты видишь на рис. 290. Сам генератор прибора представляет собой обычный однокаскадный усилитель на транзисторе V1, охваченный положительной обратной связью. Напряжение положительной обратной связи с нагрузочного резистора подается на базу транзистора V1 через трехзвенную фазосдвигающую цепочку, состоящую из конденсаторов , резисторов и входного сопротивления транзистора. В результате усилитель возбуждается и генерирует электрические колебания, частота которых определяется данными деталей фазосдвйгающей цепочки. Такие измерительные генераторы называют генераторами типа .

Рис. 290. Схема генератора фиксированной частоты

Напряжение смещения, обеспечивающее транзистору режим генерации, подается на его базу с делителя . Подбором резистора , входящего в этот делитель напряжения, добиваются синусоидальной формы выходного напряжения генератора.

С резистора сигнал генератора поступает на вход второго каскада, транзистор V2 которого включен эмиттерным повторителем, а с движка его нагрузочного резистора - через конденсатор на вход проверяемого или налаживаемого усилителя ЗЧ. Переменным резистором напряжение выходного сигнала генератора. можно плавно регулировать от нуля до В. В принципе второго каскада может не быть. Нагрузочный резистор можно заменить переменным резистором такого же номинала и с его движка снимать сигнал генератора. Но тогда в зависимости от входного сопротивления налаживаемого усилителя, которое будет шунтировать сравнительно высокоомный выход генератора, напряжение и частота сигнала генератора будут несколько изменяться. Эмиттерный повторитель с его низкоомным выходом исключает эти нежелательные изменения.

Конструкция генератора произвольная. Важно лишь, чтобы она была не громоздкой, и удобной в работе. Желательно, чтобы заземленный проводник выхода генератора был с зажимом типа «крокодил». Питать генератор можно от любой батареи с напряжением 9 В или сетевого блока питания. Потребляемый ток не превышает .

Если детали предварительно проверены и нет ошибок в монтаже, все налаживание генератора заключается лишь в подборе оптимальных сопротивлений резисторов . Чтобы убедиться в работоспособности генератора, подключи высокоомные головные телефоны параллельно резистору телефонах услышишь звук средней тональности. После этого телефоны подключи к выходу генератора. Теперь громкость звука в телефонах должна изменяться при вращении ручки переменного резистора , а его тональность оставаться неизменной.

Затем сигнал с выхода генератора подай на вход усилителя вертикального отклонения луча осциллографа. Регуляторы усиления и частоты развертки осциллографа установи в такие положения, чтобы на экране хорошо просматривались два-три колебания генератора.

После этого подбором сопротивления резистора добивайся синусоидальной формы колебаний, а подбором сопротивления резистора устраняй односторонние ограничения амплитуды сигнала. На это время резисторы целесообразно заменить переменными, с их помощью добиться неискаженной формы сигнала, затем заменить их постоянными резисторами соответствующих номиналов и еще раз по изображению на экране трубки осциллографа проверить форму сигкала генератора.

Почему частота генератора выбрана 1000 Гц? Потому что это одна из основных измерительных частот, используемых для проверки качества работы усилителей ЗЧ.

Не исключено, что частота колебаний смонтированного генератора будет несколько отличаться от 1000 Гц, что можно проверить по частотомеру. Но это не должно тебя волновать, потому что, во-первых, это вполне допустимо для любительской аппаратуры, а во-вторых, в твоей измерительной лаборатории должен быть еще и генератор с плавным изменением частоты.

Схема измерительного генератора с плавным изменением частоты выходного сигнала показана на рис. 291. Он представляет собой двухкаскадный усилитель на р-n-р транзисторах, охваченный двумя цепями обратной связи: положительной, благодаря которой усилитель становится генератором электрических колебаний, и отрицательной, улучшающей форму генерируемых колебаний, Транзисторы V1 и V2 первого каскада включены по схеме составного транзистора, что повышает усиление и входное сопротивление каскада, а транзистор V3 второго каскада - по схеме ОЭ. Непосредственная связь между транзисторами улучшает работу генератора на наиболее низких частотах генерируемых колебаний.

Цепь положительной обратной связи состоит из последовательной и параллельной -ячеек. В последовательную ячейку входят конденсатор и резисторы , а в параллельную - конденсатор и резисторы . Эти -ячейки образуют два плеча делителя переменного напряжения, снимаемого с нагрузочного резистора транзистора V3 второго (выходного) каскада и поступающего в цепь базы составного транзистора V1V2 первого каскада.

Напряжение отрицательной обратной связи, благодаря которой выходной сигнал генератора приобретает форму синусоиды, снимается с нагрузочного резистора второго каскада и через конденсатор , развязывающий резистор и движок подстроечного резистора подается в эмиттерную цепь транзистора первого каскада.

Частоту колебаний генератора плавно регулируют сдвоенным блоком переменных резисторов , входящих в плечи делителя выходного напряжения.

Рис. 291. Схема генератора с плавным изменением частоты

Резисторы образуют делитель напряжения источника питания, с которого на базу составного транзистора V1V2 снимается напряжение смещения, а резистор термостабилизирует режим его работы. Напряжение смещения на базу транзистора снимается непосредственно с коллектора составного транзистора. Электролитический конденсатор С3 большой емкости, шунтирующий резистор в эмиттерной цепи транзистора V3, улучшает условия самовозбуждения генератора на низших частотах.

С нагрузочного резистора выходного каскада напряжение генератора через конденсатор подается на переменный резистор , а с его движка — на гнезда XI, с делителем напряжения (так называемым аттецюатором), составленным из резисторов , включенных между собой последовательно. Сопротивления резисторов этого делителя, указанные на схеме, подобраны с таким расчетом, чтобы напряжение на гнезде составляло 1/10, а на гнезде Х3 — 1/100 часть всего напряжения, поданного на делитель. Так, например, если от переменного резистора «Амплитуда» на делитель подано напряжение 1 В, между гнездами будет 0,1 В , а между .

Одновременно напряжение с движка резистора подается и на двухполупериодный выпрямитель на точечных диодах . В диагональ выпрямительного моста включен (через гасящий резистор ) микроамперметр , по которому контролируют напряжение на делителе выходного напряжения.

Транзисторы можно заменить другими низкочастотными р-n-р транзисторами, но их статический коэффициент передачи тока должен быть не менее 60. Диоды V4-V7 - любые из серий или . Микроамперметр на ток полного отклонения стрелки не более . Сдвоенный блок конденсаторов переменных резисторов типа . Сопротивление резисторов блока может быть меньше, например 10 кОм, но тогда частота генерируемых колебаний сдвинется в сторону более высоких частот звукового диапазона. Электролитические конденсаторы С3, и выключатель питания могут быть любых типов. Номинальное сопротивление резистора зависит от имеющегося микроамперметра.

Сопротивления резисторов и емкости конденсаторов должны быть возможно одинаковыми, во всяком случае не должны отличаться более чем на 10%. Отбирай их на измерителе .

Внешний вид возможной конструкции генератора показан на рис. 292. Ориентировочные ее размеры мм. Лицевую панель желательно сделать из листового гетинакса, текстолита или цветного органического стекла толщиной 2-3 мм. На ней размещены блок переменных резисторов с визирной пластинкой и шкалой, выключатель питания , микроамперметр, переменный резистор «Амплитуда» и выходные гнезда генератора. Резисторы делителя выходного напряжения монтируй непосредственно на гнездах , диоды V4-V7 и резистор зажимах микроамперметра. Остальные детали можно смонтировать печатным или навесным монтажом на плате подходящих размеров. Боковые стенки футляра могут быть как металлическими, так и фанерными - безразлично. Надо только постараться, чтобы внешний вид генератора был опрятным, а конструкция прочной - ведь пользоваться этим измерительным прибором будешь, вероятно, не только ты, но и твои товарищи-радиолюбители.

До окончательной сборки генератора тщательно проверь его монтаж по принципиальной схеме. К выходным гнездам подключи головные телефоны, движок переменного резистора «Амплитуда» поставь в верхнее (по схеме) положение, а движок подстрочного резистора нижнее положение. Если теперь включить питание, то в телефонах услышишь звук, который при вращении ручки блока переменных резисторов должен плавно изменяться от очень низкого до высокого тона.

Рис. 292. Конструкция генератора

Если звука нет, добивайся его подбором резистора (заменив его временно переменным резистором на 20-30 кОм). Затем сигнал с выхода генератора подай на вход осциллографа и, наблюдая изображение на экране его электроннолучевой трубки, очень медленно перемещай движок подстроечного резистора вверх (по схеме). При этом в цепь эмиттера транзистора будет подаваться все большее напряжение отрицательной обратной связи, отчего сигнал генератора будет приобретать синусоидальную форму. При чрезмерно глубокой отрицательной обратной связи генерация будет сорвана. Движок подстроечного резистора установи в такое положение, когда сигнал имеет синусоидальную форму и генерация не срывается при изменении частоты. После этого подбором резистора добейся наибольшей амплитуды колебаний и еще раз подстроечным резистором попытайся улучшить синусоиду сигнала.

Градуировать (размечать) шкалу блока переменных резисторов можно по частотомеру, подавая на его вход напряжение генератора, или с помощью осциллографа и заводского генератора колебаний звуковой частоты, например типа или . Во втором случае на вход вертикального отклонения луча осциллографа подают напряжение от самодельного генератора, на вход «X» горизонтального отклонения луча — напряжение от заводского 3Г, а равенство частот генераторов определяют по так называемым фигурам Лиссажу, создающимся на экране осциллографа.

Отградуированная шкала твоего прибора будет исходным показателем частот генерируемых им колебаний.

Остается измерить вольтметром переменного тока комбинированного прибора выходное напряжение генератора и подобрать добавочный резистор в цепи микроамперметра, соответствующий этому напряжению. В зависимости от транзисторов, используемых в генераторе, и тщательности подгонки режима их работы максимальное выходное напряжение генератора может составлять . Резистор подбери такого номинала, чтобы при максимальном переменном напряжении стрелка микроамперметра отклонялась почти на всю шкалу. Сделай на шкале отметки, соответствующие переменным напряжениям 0,25; 0,5 и 1 В на выходе генератора, пользуясь которыми ты будешь регулировать напряжения сигналов, подаваемые на вход проверяемого или налаживаемого усилителя ЗЧ.

Рис. 293. Самодельный блок переменных резисторов

В заключение - один технологический совет. Дело в том, что блоки сдвоенных переменных резисторов в магазинах радиотоваров бывают очень редко. А без них нельзя построить генератор с плавной регулировкой частоты колебаний. Но аналогичный блок можно сделать самому.

Наиболее простая конструкция такого блока показана на рис. 293. Для его изготовления потребуются два переменных резистора, причем один из них должен быть типа ТК (с выключателем), а второй типа . Номинальные сопротивления резисторов могут быть в пределах кОм, но совершенно одинаковыми. Они, кроме того, по функциональным характеристикам должны быть одной группы, т. е. оба группы Б или оба группы А. Невыполнение этих требований, предъявляемых к подбираемым переменным резисторам для блока, ведет к сбоям в работе генератора.

У резистора типа ТК удали металлическую крышку с выключателем (они в блоке не пригодятся). Поводок 1 выключателя изогни осторожно так, чтобы его конец стал как бы продолжением оси резистора. У второго резистора укороти ось и на торце пропили ножовкой или надфилем шлиц, в который бы плотно входил конец поводка выключателя первого резистора.

Оба резистора укрепи на П-образном кронштейне 2 из полоски листового металла толщиной мм, предварительно просверлив в нем отверстия по диаметру резьбовых втулок резисторов. Готовый блок крепи на панели генератора гайкой первого резистора.

Подумай, как еще можно конструктивно объединить два переменных резистора в блок, который можно применить в генераторе сигналов звуковой частоты. Но, повторяю, для устойчивой генерации прибора во всем диапазоне частот оба резистора, подобранные для блока, должны быть с одинаковыми функциональными характеристиками и номинальными сопротивлениями. В готовом блоке вводимые сопротивления резисторов должны изменяться при одинаковых углах поворота их осей. Не скрою, дело это кропотливое, тонкое, но без этого не обойтись.

Футляр законченного генератора покрась нитроэмалью светлого тона или оклей декоративной поливинилхлоридной пленкой.

Рассказ о радиоизмерительной технике, которая могла бы пополнить твою лабораторию, можно было бы продолжить. Но, полагаю, и на этом можно остановиться. Приборов, описанных в этой беседе, вполне достаточно для грамотного подхода к конструированию как той аппаратуры, о которой я рассказывал ранее, так и той, которая тебя ожидает впереди.

В будущем надо подумать об электронном осциллографе. Его, видимо, придется приобрести - наша промышленность выпускает несколько типов малогабаритных осциллографов, предназначаемых для радиолюбителей. С помощью его ты сможешь не только производить разнообразные электро- и радиотехнические измерения, но и наблюдать и анализировать процессы, происходящие в цепях различной аппаратуры.

Сейчас в науке, технике, на производстве все большее распространение получают измерительные приборы с цифровой индикацией результатов измерения. Цифровые вольтметры, омметры, частотомеры, мультиметры и другие измерительные приборы, создаваемые на базе логических микросхем различных степеней интеграции, широко внедряются и в творчество радиолюбителей. Для тебя подобные приборы станут следующей, более высокой ступенью конструирования измерительной техники.