Каталог радиолюбительских схем

Э. Медякова, С. Дюдин

Не только в заводской, но и в радиолюбительской практике сейчас ощущается большая потребность в малогабаритном измерительном генераторе прямоугольных импульсов частотой от 2 Гц до 10 МГц, который обеспечивал бы настройку цифровых устройств, построенных на интегральных микросхемах серии ТТЛ. Авторами разработан и изготовлен двухканальный генератор с плавным перекрытием указанного частотного диапазона и с возможностью изменения длительности импульсов в пределах от 250 мс до 50 нс. Чтобы расширить область применения генератора, в него введено устройство формирования задержки выходных импульсов одного канала относительно выходных импульсов второго и относительно синхроимпульсов.

Описываемый генератор имеет следующие технические характеристики:
диапазон частот 2 Гц...10 МГц;
длительность выходных импульсов 250 МС...50 нс;
длительность фронта и спада менее 20 нс;
амплитуда выходного напряжения 0...6 В;
выходное сопротивление канала 200 Ом.

Структурная схема генератора приведена на рис. 1. Задающий генератор ЗГ определяет частоту следования импульсов. Укорачивающая цепь УЦ1 формирует синхроимпульсы длительностью 50...60 нс, поступающие на соответствующий выход прибора, и импульсы для запуска формирующих устройств ФУ1 и ФУ2, определяющих длительность генерируемых импульсов обоих каналов. Усилители У1 и У2 обеспечивают необходимые выходные напряжения и сопротивления каналов. В положении контактов переключателя 5, показанном на схеме, включается канал задержки, содержащий формирующее устройство задержки ФУЗ и укорачивающую цепь УЦ2. В другом положении переключателя канал задержки отключается.

В устройстве предусмотрены индикаторы перегрузки каналов ИП1 и ИП2 по длительности — на случай, если длительность импульса окажется больше половины периода.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 2. Задающий генератор выполнен по схеме автоколебательного мультивибратора с одним времязадающим конденсатором С1 (или С2) на трех инверторах Dl.l, D1.2 и D1.3, замкнутых в кольцо. Роль резистора времязадающей цепи мультивибратора выполняет оптрон U1. Будучи включенным в цепь затвора полевого транзистора VI, он обеспечивает нужный коэффициент перекрытия по частоте. Когда переменным резистором R1 регулируют ток, протекающий через лампочку накаливания оптрона, его фотосопротивление изменяется от 2•10²...3• 10² до 1,5•10⁹...2•10⁹ Ом.

Частота импульсов задающего генератора определяется сопротивлением оптрона и емкостью включенного конденсатора С1 (или С2). Для повышения точности установки частоты до 1 МГц включается конденсатор С1, выше этой частоты—конденсатор С2. Плавно частоту генератора регулируют переменным резистором R1.

Истоковый повторитель на полевом транзисторе VI является буферным каскадом, элемент D1.2 — пороговым, а D1.3 — инвертором, с выхода которого перепад напряжения подается на вход элемента Dl.l. Сигнал на выходе этого элемента заряжает времязадающий конденсатор С1 (или С2) через фотосопротивление оптрона U1.

На выходе задающего генератора включена укорачивающая цепь, построенная на трех элементах И-НЕ D3.1, D3.2 и D8.3. Она вырабатывает короткие однополярные импульсы длительностью 50...60 нс (время задержки элементов).

Работает укорачивающая цепь следующим образом. Пусть в исходном режиме на входы элементов D3.2 и D8.3. подается уровень логического 0. При этом на выходе элемента D3.2 устанавливается уровень логической 1, на выходе элемента D3.3—логическая 1, на выходе D3.1— логический 0. С приходом положительного перепада укорачивающего импульса (перепад из логического 0 в 1) на выходе элемента D3.3 происходит переключение логической 1 в 0, т. е. формируется фронт укороченного импульса. Далее этот логический 0 поступает на вход элемента D3.1 и формирует на его выходе сигнал логической 1, который в сочетании с уровнем логической 1 на входе элемента D3.2 переключает выходной сигнал элемента D3.2 из уровня 1 в 0, что обеспечивает на выходе элемента D3.3 спад укороченного импульса.

Таким образом для формирования укороченного импульса необходимо последовательное переключение трех элементов укорачивающей цепи, а поскольку время переключения одного элемента около 20 нс, общее время, и, следовательно, длительность укороченного импульса равны 50...60 нс. Этот короткий синхроимпульс выводится на специальный выход генератора “Синхр.”, а также запускает ждущий мультивибратор, входящий в каналы как формирующее устройство.

Ждущий мультивибратор канала I построен на элементах D5.1, D5.2 и D5.3, канала II—на элементах D6.1, D6.2 и D6.3. По построению ждущие мультивибраторы каналов аналогичны задающему генератору. Для расширения диапазона регулировки длительности генерируемых импульсов в цепи затворов полевых транзисторов УЗ и V4 включены оптроны U3 и U4. Длительность импульсов в каналах регулируют переменными резисторами R5 и R6 (типа СП5-1Б).

На выходах каналов включены усилители, собранные на транзисторах V5...V10. Транзисторы V9 и V10 выходных каскадов включены по схеме с общей базой, что защищает выход генератора от короткого замыкания во внешних цепях. Амплитуду выходного напряжения регулируют переменными резисторами R13 и R14.

Для сигнализации перегрузки каналов по длительности введена световая индикация. Роль индикаторов выполняют миниатюрные лампы накаливания H1 и Н2 типа СМН 6,3-20. Работу индикаторов иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 3. На выходе задающего генератора (выход элемента D1.2) образуется напряжение прямоугольной формы со скважностью 2 (графика). На входы элемента D2.1 поступают сигналы логических уровней с выходов инверторов D1.2 и D5.3. При длительности импульса менее половины периода Т (график б) на выходе элемента D2.1 образуется уровень логической 1 (график в), поэтому лампа H1, включенная как коллекторная нагрузка элемента D2.1, не светится.

При длительности импульса более половины периода Т (график г) на выходе элемента D2.1 в моменты времени, указанные на графике д штриховкой, появляется уровень логического 0, в результате лампа HI светится..

Коротко о работе формирователя регулируемой задержки. Когда замыкающие контакты переключателя S2 находятся в верхнем по схеме положении, сигнал с выхода элемента D4.4 поступает на вход ждущего мультивибратора на элементах D1.4 и D5.4, который формирует импульс. Длительность сформированного импульса, определяющего время задержки, можно регулировать переменным резистором R3 в пределах длительности импульсов каналов.

По срезу сформированного импульса задержки укорачивающая цепь, состоящая из элементов D4.1, D4.2, D4.3 и D4.4, вырабатывает короткий импульс, поступающий на вход канала I.

Принципиальная схема источника питания генератора приведена на рис. 4. Он включает в себя понижающий трансформатор типа ТПП 224, выпрямительный мост на диодах V1...V4 и стабилизаторы с выходными напряжениями +12 В (для питания усилительной части) и +5 В (для питания микросхем). Коэффициент стабилизации около 70. При номинальном напряжении сети пульсации на выходе источника не превышают 3 мВ. Ток потребления генератора около 400 мА.

Генератор выполнен в виде малогабаритного переносного прибора (рис. 5). Корпус его изготовлен из дюралюминия толщиной 1,5 мм. Задняя крышка съемная, крепится к кожуху винтами М2.

Весь прибор смонтирован на двух печатных платах (плата генератора и плата блока питания). Платы изготовлены из стеклотекстолита марки СФ-1 толщиной 1,5мм и крепятся на стойках из изоляционного материала к днищу корпуса винтами,

Трансформатор блока питания крепится также к днищу корпуса. Транзисторы стабилизаторов укреплены на дюралюминиевых пластинах размерами 40Х40х3 мм, играющих роль радиаторов.

В генераторе применены следующие детали: конденсаторы типа КМ-5б; резисторы R1, R3, R5 и R6—типа СП5-1Б, R13 и R14— СП-11, все остальные резисторы типа МЛТ-0,25; оптроны U1...U4 типа ОЭП-1; индикаторные лампы H1 и H2—СМН 6,3-20, микросхемы серии К133.

Трансформатор Т1 блока питания может быть самодельным: магнитопровод УШ16Х32, обмотка I—2100 витков провода ПЭВ-1 0,14, обмотка II—220 витков провода ПЭВ-1 0,44.

На передней панели прибора расположены следующие органы управления: индикатор включения сети “Сеть”, ручка перестройки по частоте “Частота”, ручки регулировки длительности импульсов “Длит. I” и “Длит. II”, ручки регулировки амплитуды выходных импульсов “Ампл. I” и “Ампл. II”, тумблер включения задержки “Задержка вкл.” и ручка регулировки задержки “Per. задержки”, тумблер включения одного из конденсаторов времязадающей части генератора “НЧ” и “ВЧ”, индикаторы перегрузки “Перегрузка”, а также три высокочастотных разъема типа СР-50-155ф “Синхр.”, “Вых. I” и “Вых. II”. Переключатели типа ПД-22ПЧН. Тумблер включения сети расположен на задней стенке вместе с предохранителем. Специальной экранировки генератора не требуется.

Правильно смонтированный генератор наладки не требует. Работоспособность прибора может быть определена при помощи осциллографа (например, С1-65) и цифрового частотомера (например, Ч3-33). Осциллограф позволяет наблюдать форму генерируемых колебаний и измерять амплитуду, а частотомер — измерять частоту импульсной последовательности при перестройке по частоте.