Каталог радиолюбительских схем

Генератор звуковой частоты — один из популярных измерительных приборов в лаборатории радиолюбителя. И, конечно, каждый из вас мечтает иметь у себя такой прибор, обладающий хорошими параметрами и в то же время простой по конструкции. Именно этим требованиям отвечает предлагаемый генератор, разработанный столичным радиолюбителем Леонидом Николаевичем АНУФРИЕВЫМ на широкодоступных радиокомпонентах специально для начинающих радиолюбителей.

Обычно генератор звуковой частоты используют при налаживании монофонических и стереофонических усилителей ЗЧ, снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), проверке искажений сигнала различными усилительными устройствами. Для проведения таких работ желательно пользоваться генератором с диапазоном частот 10 Гц... 100 кГц, амплитудой выходного сигнала до 1 В. Важно также, чтобы она не изменялась при изменении частоты генератора. И, конечно, коэффициент гармоник генератора должен быть возможно малым (0,1.. .0,2 %).

Чтобы выполнить подобные требования, генератор можно построить на базе усилителя с частотно-зависимой цепью положительной обратной связи. В качестве такой цепи обычно используют так называемый мост Вина либо двойной Т-мост. Малые нелинейные искажения удается получить при подборе элементов моста с большой точностью. Правда, это относится к генератору с фиксированной частотой. Для перестраиваемого же генератора возникают дополнительные сложности из-за необходимости подбирать сдвоенный переменный резистор с согласованным (с точностью не хуже 1 %) изменением сопротивления каждого резистора.

Однако существуют генераторы, в которых в частотозадающих цепях стоят фазовращатели. Они позволяют получить малые нелинейные искажения без специального подбора элементов.

В простейшем случае фазовращатель состоит из последовательно соединенных резистора и конденсатора (рис. 1, а). Если к нему подвести два сигнала (U₁ и U₂) одинакового напряжения, но сдвинутого по фазе на 180°, то выходное напряжение (U_вых) будет равно одному из подводимых, но сдвинуто по фазе на определенный угол — в зависимости от соотношения номиналов деталей цепи и частоты подводимых сигналов.

Посмотрите на векторную диаграмму фазовращателя (рис. 1, б). На ней входные и выходное напряжения, а также падения напряжения на Деталях цепи обозначены векторами соответствующих длин и направлений. При изменении частоты входных сигналов и номиналов резистора и конденсатора вершина вектора выходного сигнала будет “перемещаться” по окружности, радиус которой соответствует вектору подводимого напряжения. В таком случае говорят, что геометрическим местом точек вектора выходного напряжения является окружность.

Как известно, генератор ЗЧ представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Устойчивые колебания в таком самовозбуждающемся устройстве возникнут только при соблюдении условий баланса амплитуд и баланса фаз. Первое из условий заключается в том, чтобы произведение коэффициента усиления усилителя и коэффициента передачи цепи обратной связи составило единицу. Второе условие состоит в изменении фазы выходного сигнала усилителя (т. е. входа цепи обратной связи) по отношению к входному (куда подводится обратная связь) на 360°.

Таким образом, наш генератор должен содержать два фазовращателя и инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления больше единицы, чтобы скомпенсировать потери сигнала в фазовращателях. Сказанное подтверждает структурная схема генератора (рис. 2).

На ней, кроме известных уже элементов, введено устройство расстройки частоты, необходимое для плавного изменения частоты генератора в небольших пределах.

А теперь рассмотрим устройство генератора и его работу по принципиальной схеме, приведенной на рис. 3. Первый фазовращатель образован последовательно соединенными резисторами R12, R13.1 и одним из конденсаторов С1— С4, подключаемым секцией SA1.1 переключателя поддиапазонов. Во втором фазовращателе используются резисторы R17, R13.2 и один из конденсаторов CS—С8. Частоту генератора изменяют скачкообразно переключателем SA1, а плавно—сдвоенным переменным резистором R13. При этом в положении “Х1” частоту генератора можно устанавливать в пределах 10...100 Гц, в положении “Х 10”—100...1000 Гц, в положении “X 100”—1000...10 000 Гц, в положений “X 1000” — 10 000... 100000 Гц.

Сигналы, сдвинутые по фазе на 180°, подаются на первый фазовращатель с усилителя, выполненного на транзисторах VT2, VT3, а на второй фазовращатель — с усилителя на транзисторах VT4, VT5.

Посмотрите внимательно, сигнал, подаваемый на конденсатор первого фазовращателя, поступает с эмиттера транзистора VT3, где он совпадает по фазе с входным (т. е. на базе транзистора), а на резисторы R12, R13.1—с коллектора транзистора, где он сдвинут по фазе на 180° по отношению к входному. Сопротивления же нагрузок каскада (резисторы R10, R11) равны. В итоге напряжения сигналов на входе фазовращателя равны, но сдвинуты по фазе на 180°.

Аналогичная картина и В усилителе, питающем второй фазовращатель, но сигнал на конденсатор поступает с коллектора транзистоpa, а на резисторы — с эмиттера. Поэтому по отношению к первому фазовращателю каскад на транзисторе VT5 является инвертирующим, т. е. изменяющим фазу подаваемых на фазовращатель напряжений на 180°.

Ко второму фазовращателю подключен выходной усилитель, собранный на составном транзисторе VT6VT7 по схеме эмиттерного повторителя. К выходному каскаду подключен переменный резистор R21 плавной регулировки сигнала и ступенчатый делитель напряжения из резисторов R22— R24. В итоге на выходных гнездах XS1—XS3 относительно гнезда XS4 можно получать сигналы синусоидальной формы напряжением от единиц милливольт до одного вольта.

Кроме того, к выходному каскаду подключена нелинейная цепь обратной связи из деталей EL1, EL2, R20, VD1, С10—С12. Лампы EL1, EL2 и резистор R20 представляют собой делитель переменного напряжения", с которого сигнал поступает на первый усилителе генератора. Нижний, по схеме, вывод резистора R20 “заземлен” (соединен с общим проводом) через конденсаторы С10—С12. Конденсаторы СИ, С12 “работают” на нижних и средних частотах диапазона генератора, а С10— на высших. Стабилитрон VD1 защищает конденсаторы от случайного повышения напряжения наг них, поскольку С11 и С12 применены низковольтные (на 6,3 В), а питающее напряжение составляет 16 В. Можно, конечно, обойтись без стабилитрона, применив конденсаторы СИ и С12 на номинальное напряжение 16В. Но габариты генератора в этом варианте возрастут.

Нелинейная цепь обратной связи нужна для стабилизации выходного напряжения генератора. Если, скажем, выходное напряжение начнет возрастать, а значит, повышаться питающее напряжение на лампах, сопротивление нитей ламп будет также возрастать. В итоге коэффициент передачи делителя будет падать, в результате чего снизится общий коэффициент усиления генератора и его выходное напряжение почти не изменится.

Напряжение обратной связи поступает на входной каскад первого усилителя, выполненный на транзисторе VT2 по схеме с заземленной базой. Его коэффициент усиления по напряжению зависит от отношения сопротивлений резисторов R7 и R8, R9. Этот каскад компенсирует потери в контуре обратной связи настолько, чтобы общий коэффициент усиления составил единицу — для этого в цепи эмиттера поставлен подстроечный резистор R9.

Каскад на транзисторе VT1 и цепочка из резисторов R1—R5 образуют устройство расстройки частоты генератора в небольших пределах. Это бывает нужно при проведении таких измерений, когда результаты определяются точностью установки частоты генератора или ее изменений.

Чтобы обеспечить весьма малые и плавные изменения частоты генератора, нужно в цепь обратной связи включить устройство, способное изменять фазу сигнала в небольших пределах. Причем процентное соотношение фазы должно сохраняться во всем диапазоне частот. Тогда на шкале регулятора расстройки можно нанести значение процентов, которые будут действительны для любой установленной в данный момент частоты генератора.

Использовать для указанной цели RC-цепи нельзя, поскольку они создают сдвиг фазы, зависящий от частоты, а значит, величина расстройки также будет зависеть от частоты. Поэтому в генераторе использовано другое решение— сложение двух напряжений, сдвинутых по фазе на 90°, одно из которых значительно меньше другого. В этом варианте сдвиг фазы сигнала цепи обратной связи будет зависеть только от соотношения складываемых напряжений независимо от их частоты.

Сложение происходит на коллекторной нагрузке транзистора VT2. В цепь его эмиттера поступает напряжение обратной связи, а в цепь базы — напряжение с эмиттерной нагрузки каскада, выполненного на транзисторе VT1. К базе этого транзистора подключен своеобразный мост, на который поступают два напряжения (с эмиттера и коллектора транзистора VT5), сдвинутых по фазе на 180°. В итоге сигналы на базе транзистора VT2 и его эмиттере могут отличаться по фазе на ±90° в зависимости от положения движка переменного резистора R3.

Когда движок переменного резистора R3 стоит в среднем положении, напряжение сигнала на нем относительно общего провода равно нулю. Частота генератора будет соответствовать установленной с помощью переключателя SA1 и переменного резистора R13. Иначе говоря, расстройка генератора будет равна нулю. Когда же движок резистора R3 начнут перемещать влево или вправо по схеме, частота генератора начнут изменяться либо в одну, либо в другую сторону.

При конструировании генератора можно вообще отказаться от устройства расстройки и изъять каскад на транзисторе VT1 и детали R1—R6. Тогда базу транзистора VT2 нужно подключить к средней точке делителя из резисторов сопротивлением по 3 кОм, подключенного к источнику питания.

Питается генератор от источника (рис. 4) со стабилизированным выходным напряжением. Он состоит из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя на диодах VD2—VD5 и стабилизатора напряжения на стабилитроне VD6 и транзисторах VT8—VT11. Конденсатор С14 защищает генератор от сетевых помех, С15 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, С16 снижает уровень шума стабилитрона, а С13 (он подключен параллельно выходу стабилизатора, но расположен в усилителе) уменьшает выходное сопротивление источника питания на переменном токе.

Стабилизатор выполнен по компенсационной схеме. Опорное напряжение, снимаемое с параметрического стабилизатора (он выполнен на стабилитроне VD6 и стабилизаторе тока на транзисторе VT8), сравнивается дифференциальным усилителем на транзисторах VT9, VT11 с выходным напряжением, снимаемым с делителя R29R30. Ток, пропорциональный разности этих напряжений, протекает через эмиттерный переход регулируемого транзистора VT10. Резистор R25 способствует запуску стабилизатора а момент включения, когда выходное напряжение равно нулю, а резистор R6 — компенсации напряжения пульсации.

(Окончание следует)

Л. АНУФРИЕВ

г. Москва