Для чего нужен генератор импульсов

Для чего нужен генератор сигналов

Генераторы сигналов – это приборы, позволяющие получать электрические, акустические и т.д. импульсы. Устройство может быть различного типа, но, обычно, прибор выбирают под какую-то определённую цель. При выборе решающую роль может играть форма, статические функции и энергетические показатели прибора. Устройство используют в медицинской сфере, а также в быту.

Цифровые генераторы https://digamma.by/katalog/generatory-signalov/ весьма популярны, так как являются приборами высокой точности. Первый генератор появился в 1887 году, его создал немецкий физик по имени Герман Герц. Он работал на основе индукционной катушки, был искровым и производил электромагнитные волны. В 1913 году другой немецкий учёный по имени Александр Мейснер произвёл электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом. В 1915 году учёным Ральфом Хартли была разработана ламповая или индуктивная система. А в 1919 году американский учёный Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, которое подключалось к колебательному контуру при помощи ёмкостного разделителя напряжения. Позже учёными многих стран было произведено большое количество других вариантов электронных генераторов.

Виды генераторов сигналов

Приборы можно различить по форме сигнала. Они бывают синусоидальные, прямоугольные и в виде пилы. Помимо этого, они различаются по частоте. Бывают низкочастотные, либо высокочастотные. Устройства классифицируются также по принципу возбуждения, и делятся на независимые и самовозбуждение.

Генераторы синусоидального импульса, преимущественно, применяют во время проверки блоков питания, инверторов, а также других типов высокочастотной техники, в том числе, и радиоаппаратуры.

В низкочастотных генераторах присутствуют переменные резисторы. Они нужны для корректирования формы и частоты сигнала. Данный низкочастотный прибор подходит для настройки аудиоаппаратуры. Это может быть звуковой усилитель, проигрыватель и т.д. Ярким примером низкочастотного генератора является примитивный компьютер. Необходимо скачать драйверы, а затем подключить его к аппаратуре посредством переходника.

Стандартная система генератора звуковой частоты с микросхемами внутри. Напряжение подаётся в селектор, а сигнал генерируется в микросхеме, либо в нескольких микросхемах. Частота, при этом, настраивается с помощью модуляционного регулятора. Устройство отличается достаточно обширным диапазоном частоты, в отличие от аналогов.

Самыми точными приборами принято считать генераторы с импульсами произвольной конструкции. Прибор способен вырабатывать частоту от 70 Гц. Устройство подразделяют по степени синхронизации. Она зависит от вида коннектора, установленного в приспособление. Поэтому сигнал может быть усилен за 20-35 ньютон-секунд. Определённые виды генераторов работают в линейном и логарифмическом режимах одновременно. Режим можно поменять с помощью переключателя.

Контроллеры сложных сигналов получают импульсы сложной формы, поэтому в сборке имеются только многоканальные селекторы. Сигналы периодически усиливаются, а режим можно поменять с помощью регулятора. Примером такого прибора можно считать DDS (устройство по принципу прямого цифрового синтеза). Базовая плата оборудована микроконтроллерами, которые легко снимаются и устанавливаются на место. В некоторых типах генераторов такого рода микроконтроллер заменяется одним движением. В случае монтированного редактора, установить ограничители невозможно.

Чтобы пользоваться устройством, особых усилий прилагать не придётся, но важно заметить, что главное, тщательно и правильно его настроить. Принцип действия генератора сигнала основан на ускорении образования сигналов и воспроизведении их с максимальной точностью.

Практическое применение генераторов сигнала

Эти устройства используют в современных лабораториях разработчики электронных и измерительных приборов. Одни и те же генераторы могут быть применены в кабинетах от начального до продвинутого уровня. Генераторы используются в мобильном телефоне, технике для передачи данных, в радиоприёмниках, телеприёмниках, вычислительных машинах, инверторах, бытовых приборах, измерительных устройствах, медицинской аппаратуре. Находчивые обыватели нашли применение для иных целей. К примеру, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а для регулировки аэронавигационных систем использовали RStamp SMA100A.

Как выбрать генератор сигналов, чтобы не пожалеть о покупке?

Если вы читали предыдущую статью «Как выбрать осциллограф», то уже знаете, что при исследовании и тестировании современных компонентов и радиосистем осциллограф идёт рука об руку с генератором сигналов.

На рынке представлено большое количество моделей генераторов сигналов, создающих – от простых синусоидальных и импульсных сигналов до мощных наносекундных импульсов и сложнейших сигналов произвольной формы. Сегодня в статье расскажем как выбрать среди многообразия моделей наиболее оптимальный для ваших целей генератор сигналов, сэкономив время и деньги.

Увлечённые и опытные авторы компании, разбирающиеся в измерительном, оптическом и паяльном оборудовании, любящие своё дело

Генератор сигналов, как для профессионального радиотехника, так и для радиолюбителя – прибор первой необходимости, который востребован наравне с осциллографом и мультиметром. По сути работы генератор сигналов представляет собой тестовый передатчик.

Сформированные сигналы отличаются различными типами модуляции – от аналоговых АМ, ЧМ и цифровых I/Q-видов модуляции до специальных сигналов стандартов мобильной связи: GSM, W-CDMA, HSPA, LTE, LTE Advanced, GPS и беспроводных сетей. Прибор подает тестовые сигналы на испытуемые компоненты, такие как фильтры, готовые модули или усилители. Поэтому, если не хотите работать кустарно, лепить радиоприбор на коленке, используйте генератор сигналов.

Что такое генератор сигналов

Генератор сигнала – прибор, применяемый для генерации сигналов различных частот, которые называются воздействующими или управляющими сигналами. По изменениям формы сигналов судят о поведении в работе диагностируемого оборудования. Генераторы сигналов необходимы при электроизмерениях, тестировании радио- и электронных устройств в процессе их разработки, диагностики или определения соответствия заявленным параметрам.

Принцип работы генератора сигналов

При разработке электронных модулей, компонентов схемы и прочих операциях генератор сигналов работает в качестве источника воздействующего сигнала.

Генератор формирует сигнал с изменяемой по времени амплитудой, который подается на тестируемый элемент или высокочастотный модуль, фильтр. Форма сигнала может быть произвольной, а может быть в виде любой периодической функции, например, синусоиды. Может представлять собой цифровой импульс или двоичную последовательность. Наиболее распространенные формы сигналов — синусоидальные сигналы, меандры и прямоугольные сигналы, пилообразные и треугольные сигналы.

Рисунок 1. Основные формы сигналов

Что представляет собой сигнал генератора?

Сигнал является биполярным истинным сигналом переменного тока с пиковыми значениями, которые колеблются относительно определенного уровня постоянного напряжения.

Также это могут быть сигналы со смещением, которые опускаются и поднимаются ниже или выше от расположения нулевого уровня (0 В). Под переменным током понимается любой изменяющий свое значение сигнал, независимо от привязки к нулю.

Таким образом, тестирование приборов заключается в подаче сигнала идеальной формы или с добавлением искажений, то есть ошибки, которая возможна в процессе работы диагностируемого прибора.

Главное достоинство генератора сигнала — это возможность имитации реальной ошибки, которую можно предсказать в определенном месте и в нужное время с помощью исследуемой схемы.

В итоге, способность реагировать тестируемого устройства на искажение демонстрирует его готовность работать в неблагоприятных условиях аварийного режима.

Как вывод можно сказать, что сигнал на выходе модуля анализируется осциллографом или другим прибором, например, анализатором спектра или измерителем мощности. По результатам анализа судят о корректной работе проверяемого устройства. По необходимости генератором можно добавить шум на тестируемый сигнал или имитировать замирание входного сигнала.

Рисунок 2. Формирование генератором сигналов тестового сигнала для тестирования испытуемого устройства

Основные применения генератора сигналов

Вы спросите, а зачем он нужен. Например, такой прибор как генератор сигналов A96 DDS понадобится, чтобы получить в работе над радиопередатчиком и приемником требуемую форму сигналов, чтобы настраивать УМЗЧ и измерять искажения или фронты.

Даже простейший бюджетный прибор, такой как функциональный генератор сигналов на ICL8038 даст представление о кривой на выходе при подаче синуса, треугольника или меандра, позволит увидеть результат, который получается на выходе.

Подобные устройства используются в прикладных областях при формировании низкочастотных навигационных сигналов, применяются для мобильной сотовой связи, спутников и радиолокации с длинной волны от миллиметрового диапазона. Чтобы выполнять работу в любых условиях придуманы даже карманные генераторы синусоидальных сигналов, такие как Fg-100. Прибор используется вместе с осциллографом для тестирования и наладки электронных схем.

Устройства стабилизируют синтезированную частоту, поддерживают калиброванный выходной уровень сигнала и дают возможность дистанционного управления.

Иногда получается, что генератор сигналов востребован даже чаще, чем осциллограф. Например, он нужен:

1. Когда надо проверить часть схемы и сгенерировать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию).
2. Когда нужно проверить ЦАП (цифровые-аналоговые преобразователи).
3. Для определения сигналов различной формы и для постоянного напряжения, например при подаче управляющего сигнала, а лабораторный блок питания уже задействован.
4. Когда нужно проверить нелинейность АЦП (аналого-цифрового преобразователя).
5. Чтобы определить коэффициент преобразования и частоты трансформатора.
6. Чтобы запитать микросхему или ее часть, когда не желателен большой ток.
7. Когда, благодаря невысокому сопротивлению до 50 Ом, нужно проверить динамик, зуммер или определить на какую частоту нужно настроить срез фильтра.
8. Когда надо проверить усилители, снять ампер-частотную характеристику фильтра, определиться с точностью мультиметра или частотомера, или токовых клещей.

Цифровой генератор сигналов или аналоговый, что лучше?

Аналоговые приборы формируют высококачественные ВЧ-сигналы, обеспечивают АМ/ЧМ, импульсную и ФМ-модуляцию. Аналоговые источники могут качать частоты в заданном диапазоне и даже формируют стандартные сигналы генератора, например, пилообразной и треугольной формы.

Аналоговые генераторы сигналов отличаются:

1. Высокой частотой спектра до 10 дБн и отсутствием гармоник.
2. Низким собственным широкополосным шумом до 160 дБн.
3. Низким однополосным фазовым шумом до 140 дБн/Гц с отстройкой от несущей 10 кГц, f = 1 ГГц, полоса измерений 1Гц.

Однако подавляющее большинство генераторов построены на цифровом принципе. Некоторые приборы универсальны и подходят под требования и аналоговых устройств, и цифровых. Принимать надо то решение, которое оптимально и отвечает выгоде.

Например, генераторы стандартных функций и произвольной формы, они работают с любыми сигналами и смешанными тоже. Для создания и изменения сигналов любой формы применяется метод дискретизации. Для синхронизации с другими приборами и цифровыми выводами генераторы дополнены выходами маркеров.

Для каких целей лучше всего использовать цифровые генераторы сигнала?

Это тестирование в предельных режимах шин компьютеров, телекоммуникационных устройств и прочих приборов цифрового типа.

Если подробнее, то векторные приборы бывают импульсные с потоком сигналов прямоугольной формы или с высокочастотными импульсами на небольшом числе выходов. Устройства формируют сигналы в пределах информационной пропускной способности системы с помощью встроенного I/Q модулятора.

Приборы обладают возможностью создавать комплексные виды модуляции QPSK и 1024QAM. Подобные устройства тестируют высокоскоростное цифровое оборудование.

Векторные генераторы сигналов, или как их еще называют генераторы данных цифровой последовательности, создают 8, 16 и более синхронных потоков импульсов.

Есть более сложные модели. Возьмем приборы, работа которых построена на прямом цифровом синтезе сигналов и отличается большей конструктивной сложностью и высокой функциональностью.

Прямой цифровой синтез сигналов (DDS) как основной метод генерации синусоидальных сигналов

Прямой цифровой, или когерентный синтез (Direct Digital Synthesis или DDS) – технология генерации сигналов специальной и произвольной формы. Прибор, основанный на такой технологии, синтезирует гармонические сигналы множественных частот с высокой точностью и стабильностью из одного или нескольких опорных колебаний.

Принцип работы устройств, работающих с синтезом синусоидальных сигналов построен без применения колебательных компонентов. Для работы используется функция с потоком цифровых данных, соответствующих нужной форме сигнала, закрепленная в памяти. Поток данных подается на вход цифро-аналогового преобразователя, где происходит их изменение в последовательность уровней напряжения, приближенных к сигналу требуемой формы.

Метод уникален цифровой определенностью, то есть частота, амплитуда и фаза сигнала точно известны и подконтрольны в любой момент времени. Устройства DDS стойкие перед температурным воздействием и не подвержены старению.

Достоинства метода DDS:

1. Цифровое управление частотой и фазой сигнала на выходе.
2. Высокое разрешение по частоте и фазе.
3. Переход на другую частоту или фазу, перестройка по частоте без разрыва фазы происходит быстро, без выбросов и прочих аномалий, связанных с переходными процессами.
4. Для архитектуры, основанной на ЦПС, не обязательно применять точную подстройку опорной частоты из-за ее малого шага перестройки, обеспечена возможностью параметрической температурной компенсации.
5. Способность организации с помощью цифрового интерфейса микроконтроллерного управления.

Синтезатор частоты, применяемый в аппаратуре связи, служит ядром настройки и определяет ее главные технические параметры. Благодаря высокой степени интеграции, программному управлению и небольшим размерам, синтезатор удовлетворяет экономическим и техническим показателям. Например, генератор сигналов произвольной формы MHS-5200A.

Устройства цифрового синтеза выпускаются в интегральном виде с применением субмикронной CMOS-технологии, 3-вольтовой логики и миниатюрного корпуса.

Типы генераторов сигналов

1. Генераторы синусоидальных сигналов модулированного или не модулированного типа – это усилитель с положительной обратной связью, применяется для тестирования радиоэлектронных устройств.
2. Генераторы смешанных сигналов/функциональные генераторы:
   • генераторы сигналов произвольной формы (AWG) – устройство с высокой скоростью выборки за счет применения технологий сверхбыстрых переключающих гетеропереходных приборов на германии и арсениде галлия. Прибор, кроме синусоидального сигнала, может генерировать стандартные сигналы, такие как: меандр (1 мкГц — 50 МГц), пилообразный (1 мкГц – 1 МГц), импульсный (1 мкГц – 25 МГц), шумовой (полоса 50 МГц) и пользовательские сигналы с диапазоном частот от 1 мкГц до 10 МГц с возрастанием и убыванием по экспоненциальному закону, Sin(x)/x и сигнал постоянного тока. Генераторы AWG легко формируют и сохраняют во внутреннюю память сигналы произвольной формы. Рисунок 3. Упрощенная функциональная схема генераторов класса AWG
   • генераторы сигналов произвольной формы и стандартных функций (AFG) – лучшее соотношение цена и качество в своем классе. Например, генератор сигналов JUNCE JDS2900 — 15M отличается стабильностью и быстрым откликом на изменение частоты. Имеет два канала с диапазоном частот до 25 МГц и амплитудой от 1 мВпик-пик до 10 Впик-пик во всем рабочем диапазоне. Генерирует все типы сигналов, нужные для проведения лабораторных работ. Может работать в нескольких режимах и обладает встроенным частотомером до 200 МГц. Рисунок 4. Функциональная схема генератора AFG
3. Источники логических сигналов. Приборы для тестирования цифровой аппаратуры с длинными непрерывными двоичными последовательностями со специальным содержимым и временными характеристиками.
   • генераторы импульсов или генераторы временных соотношений (DTG) создают двоичную информацию большого объема. Такие приборы также называются генераторами кодовых соотношений, тестирующими компьютерные шины, микропроцессоры, дисковые накопители, логические интегральные схемы и прочие цифровые элементы.
   • генераторы цифровых последовательностей (ARB) или генераторы импульсной последовательности выводят поток импульсов или меандр на небольшое число выводов с высокой частотой. Высокая частота и крутой фронт позволяют тестировать высокоскоростное цифровое оборудование.

Дополнительно, генераторы подразделяют по частотному диапазону на:

• генераторы НЧ-сигналов (низкочастотные), которые строятся как RC-генераторы, работают до 2 МГц. Например, низкочастотный генератор сигналов Longwei TAG-101 с полосой пропускания от 10 Гц до 1 МГц с минимальным искажением в пределах нормы ±5%.
• генераторы ВЧ-сигналов (высокочастотные LC-генераторы) для работы в радиочастотном диапазоне с различными видами модуляции на частоты до 100 – 150 МГц. Работают на основе LC-генераторов, обладают высокой степенью экранирования, без чего точные измерения при малых уровнях ВЧ-сигналов невозможны. Отличаются низким уровнем шумности, подходят для измерений с высоким уровнем требований.

С разновидностями генераторов сигналов цифрового типа разобрались. Как видим, линейка приборов отличается большим разнообразием.

Поставку надежных генераторов сигналов доверьте Суперайс

Поэтому, чтобы не ошибиться, обсудим, какими характеристиками нужно руководствуются, чтобы правильно выбрать генератор для своей задачи.

Основные параметры генератора сигналов

Объем памяти (длина записи)

От объема памяти или числа ячеек памяти для хранения сигнальных последовательностей зависит достоверность воспроизведения сигнала.

Вывод: больший объем памяти позволит сохранить большое количество мелких элементов формы сигнала, т.е. больше периодов сигнала останутся зафиксированными.

Частота дискретизации

Частота дискретизации (тактовая частота, частота выборок) — это количество выборок за определенный интервал времени. Определяет максимальную частотную составляющую выходного сигнала.

Вывод: при выборе обращайте внимание на то, чтобы частота дискретизации превышала минимум вдвое частоту самой высокой спектральной составляющей генерируемого сигнала. От частоты дискретизации зависит минимальный интервал времени, который используют при создании сигналов.

Разрешение по вертикали (по амплитуде)

Вертикальное разрешение или динамический диапазон определяется разрядностью ЦАП: чем выше разрядность, тем четче разрешение. Показатель служит для определения выходного сигнала, показывает минимальное значение шага напряжения. Измеряется в децибел (дБ) по отношению к амплитуде, например генератор сигналов специальной формы UNI-T UTG1010A отличает высокое разрешение 14 бит вертикального разрешения и частотой дискретизации 125 Мвыб/сек, что обеспечивает быстрый отклик.

Вывод: разрешение по вертикали – это точность амплитуды и достоверное воспроизведение искажений сигнала. При выборе желательно принимать во внимание, что чем выше разрешение, тем ниже частота дискретизации.

Дополнительные параметры:

• Полоса пропускания или скорость передачи данных — это диапазон частот выходного сигнала, который генератор может надёжно воспроизвести. Этот параметр быть достаточным для пропускания высших частотных составляющих сигнала без ухудшения его характеристик.
• Число выходных каналов. Наличие независимых каналов повышает гибкость прибора в работе, за счет возможности генерации различных испытательных сигналов.
• Функциональные возможности. Обращайте внимание на набор воспроизводимых стандартных сигналов, модуляцию, амплитуду на выходе и возможности редактирования сигнала.

Выбор генератора сигналов зависит от задач, которые вы преимущественно выполняете или от запросов, что вы ждете от прибора.

Если вам нужен портативный прибор для генерации сигналов самых различных форм, т.е. вам нужно воспроизводить интересующие сигналы и тестировать оборудование при том, что все эти операции нужно делать с незначительной амплитудой вектора ошибок и небольшим уровнем шума, то вам потребуется генератор с разрешением больше 10 бит и частотой дискретизации от 200 Мвыб/с до 50 Гвыб/с.

Такое устройство обеспечивает прямую генерацию сигналов с несущей до 18 ГГц или генерацию синфазных и квадратурных составляющих модулирующего сигнала. Например, генератор сигналов JUNCE JDS2900 — 50M.

Генераторы импульсов

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Здесь приводятся простые схемы генераторов, в том числе на элементах цифровой «логики», которые широко используются в более сложных схемах как частотозадающие узлы, переключатели, источники образцовых сигналов и звуков.

На рис. 1 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1 (то есть он не является автогенератором, схемы которых приводятся далее). На логических элементах DD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 — напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке — наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.

На рис. 2 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор — цикл повторяется.

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду. Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток — необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 3 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада. Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15. 17 В и токе 20. 50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 4, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 — длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1. 2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 — 10. 15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303. Микросхема — К155ЛА3, ее питание составляет 5В стабилизированного напряжения. Можно использовать КМОП микросхемы серий К561, К564, К176, питание которых лежит в пределах 3 … 12 В, цоколевка таких микросхем другая и показана в конце статьи.

При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 5. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют переключателем S1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1. 10 000 Гц. Микросхема — К561ЛН2.

Если нужна высокая стабильность генерируемой частоты, то такой генератор можно сделать «кварцованным» — включить кварцевый резонатор на нужную частоту. Ниже показан пример кварцованного генератора на частоту 4,3 МГц:

На рис. 6 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью.

Скважность – отношение периода следования импульсов (Т) к их длительности (t):

Скважность импульсов высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рисунке ниже, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 формируются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение. Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов. Микросхема — К561ЛН2.

Цифровые микросхемы в генераторах взаимозаменяемы в большинстве случаев и можно использовать в одной и той же схеме как микросхемы с элементами «И-НЕ», так и «ИЛИ-НЕ», или же просто инверторы. Вариант таких замен показан на примере рисунка 5, где была использована микросхема с инверторами К561ЛН2. Точно такую схему с сохранением всех параметров можно собрать и на К561ЛА7, и на К561ЛЕ5 (или серий К176, К564, К164), как показано ниже. Нужно только соблюдать цоколевку микросхем, которая во многих случаях даже совпадает.

Если требуется повысить нагрузочную способность какого либо узла (чтобы, например, подключить динамик или другую нагрузку), можно применить на выходе усилитель на транзисторе, как в схеме на рис. 6, или же включить несколько элементов микросхемы параллельно, как показано на рисунке ниже:

Универсальная печатная макетная плата для двух микросхем. На таких платах удобно собирать несложные схемы с небольшим количеством деталей, как, например, приведенные в этой статье. Детали паяются к контактным площадкам и при необходимости соединятся перемычками. Размеры платы 100 х 55 мм.

На рисунке ниже приводится цоколевка некоторых широко применяемых цифровых логических микросхем КМОП — технологии с элементами «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» и инверторов. Микросхемы серий К564, К176 имеют аналогичную цоколевку, цоколевка же микросхем серии К155 отличается от указанной (но такие уже давно не применяются). Питание указанных микросхем, как уже говорилось выше, может быть от 3 до 15 В (кроме серии К176, которая более критична к напряжению питания и нормально работает при 9В).

Генератор прямоугольных импульсов: от принципа работы до примеров применения

В настоящее время широко распространены различные устройства, использующие электрические сигналы для передачи информации и управления другими устройствами. Одним из таких устройств является генератор прямоугольных импульсов. В данной статье будут рассмотрены принцип работы данного устройства, его конструкция, расчеты и примеры применения.

Принцип работы генератора прямоугольных импульсов

Принцип работы генератора прямоугольных импульсов заключается в генерации прямоугольных импульсов заданной длительности и частоты. Основным элементом генератора прямоугольных импульсов является инвертор, который переключает выходной сигнал между двумя уровнями напряжения — «0» и «1». Входной сигнал подается на инвертор через задерживающую цепь, которая обеспечивает задержку сигнала на время, необходимое для формирования прямоугольного импульса.

Пример конструкции генератора прямоугольных импульсов на мультивибраторе на элементах ИС представлен на рисунке ниже:

В данной схеме мультивибратор состоит из двух инверторов, соединенных в цепочку обратной связи. При определенных условиях мультивибратор переходит в режим самовозбуждения, что приводит к генерации прямоугольных импульсов на его выходе.

Для расчета параметров генератора прямоугольных импульсов необходимо учитывать ряд факторов, таких как частота генерируемых импульсов, длительность импульсов, амплитуда сигнала и т.д. Одним из основных параметров генератора прямоугольных импульсов является его частота. Частота генерируемых импульсов зависит от параметров задерживающей цепи и элементов мультивибратора. Формула для расчета частоты импульсов может быть выражена следующим образом:

f = 1 / (2 * R * C * ln(1 + K))

где f — частота импульсов, R — сопротивление задерживающей цепи, C — ее емкость, K — коэффициент усиления мультивибратора.

Таблица со значениями параметров задерживающей цепи и элементов мультивибратора для получения частоты генерируемых импульсов 1 кГц представлена ниже:

Параметр	Значение
R	1 кОм
C	1 нФ
K	15

Таким образом, подставив значения параметров в формулу, мы можем рассчитать, что частота генерируемых импульсов будет равна:

f = 1 / (2 * 1000 Ом * 1 нФ * ln(1 + 15)) = 1 кГц

Примеры применения генератора прямоугольных импульсов включают формирование сигналов для передачи данных по каналам связи, управление различными устройствами, обработку сигналов в аналоговых устройствах и т.д.

В целом, генератор прямоугольных импульсов является важным компонентом в электронике и его применение может быть найдено во многих областях. Расчеты параметров и использование таблиц позволяют точно настроить генератор прямоугольных импульсов для нужд конкретного приложения.

Конструкция генератора прямоугольных импульсов

Конструкция генератора прямоугольных импульсов может иметь различные варианты в зависимости от применения и требуемых параметров. Одним из наиболее распространенных вариантов является генератор на мультивибраторе на элементах ИС, который был рассмотрен в предыдущем ответе.

Однако, в общем случае конструкция генератора прямоугольных импульсов включает в себя задерживающую цепь и инвертор, а также дополнительные элементы, такие как резисторы, конденсаторы и транзисторы, если требуется управление частотой и длительностью импульсов.

Например, конструкция генератора прямоугольных импульсов на транзисторах может выглядеть следующим образом:

В данной схеме задерживающая цепь состоит из резистора R1 и конденсатора C1, а транзисторы Q1 и Q2 служат для управления выходным сигналом. Когда на вход задерживающей цепи подается импульс, конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, транзистор Q1 открывается и выходной сигнал переключается на «1». Затем, когда напряжение на конденсаторе опускается до определенного уровня, транзистор Q2 открывается и выходной сигнал переключается на «0». Таким образом, на выходе формируется прямоугольный импульс.

Для настройки параметров генератора прямоугольных импульсов необходимо учитывать значения сопротивлений, емкостей и коэффициентов усиления транзисторов. Расчеты параметров могут быть выполнены с использованием специальных формул и таблиц.

Пример таблицы со значениями параметров для генератора прямоугольных импульсов на транзисторах представлен ниже:

Параметр	Значение
R1	1 кОм
C1	1 нФ
β	100

Значение коэффициента усиления транзистора (β) зависит от типа транзистора и может быть найдено в его спецификациях.

Таким образом, подставив значения параметров в формулы, можно рассчитать параметры генератора прямоугольных импульсов, такие как частота, длительность и форма импульсов.

В целом, конструкция генератора прямоугольных импульсов может иметь различные варианты в зависимости от нужд конкретного приложения. Расчеты параметров и использование таблиц позволяют точно настроить генератор прямоугольных импульсов для требуемых параметров и условий эксплуатации.

Расчеты параметров генератора прямоугольных импульсов

Для расчета параметров генератора прямоугольных импульсов необходимо учитывать ряд факторов, таких как частота генерируемых импульсов, длительность импульсов, амплитуда сигнала и т.д. Одним из основных параметров генератора прямоугольных импульсов является его частота.

Для расчета частоты импульсов можно использовать формулу:

f = 1 / (2 * R * C * ln(1 + K))

где f — частота импульсов, R — сопротивление задерживающей цепи, C — ее емкость, K — коэффициент усиления мультивибратора.

Например, если мы хотим создать генератор прямоугольных импульсов с частотой 1 кГц, используя мультивибратор на элементах ИС с коэффициентом усиления K = 15 и сопротивлением задерживающей цепи R = 1 кОм, то можем рассчитать емкость задерживающей цепи следующим образом:

C = 1 / (2 * R * f * ln(1 + K)) = 1 нФ

Таблица со значениями параметров задерживающей цепи и элементов мультивибратора для получения частоты генерируемых импульсов 1 кГц приведена ниже:

Параметр	Значение
R	1 кОм
C	1 нФ
K	15

Кроме частоты, другим важным параметром генератора прямоугольных импульсов является длительность импульсов. Длительность импульсов зависит от времени зарядки и разрядки задерживающей цепи, а также от времени нарастания и спада выходного сигнала. Для расчета длительности импульсов можно использовать формулу:

где t — длительность импульса, R — сопротивление задерживающей цепи, C — ее емкость.

Например, если мы используем задерживающую цепь с сопротивлением R = 1 кОм и емкостью C = 1 нФ, то можем рассчитать длительность импульса:

t = ln(2) * 1 кОм * 1 нФ = 0.693 мкс

Также для расчета параметров генератора прямоугольных импульсов может использоваться таблица со значениями параметров элементов схемы. Например, таблица с параметрами для генератора на мультивибраторе на элементах ИС может выглядеть следующим образом:

Параметр	Значение
R1	1 кОм
C1	1 нФ
R2	1 кОм
C2	1 нФ
K	15

Значения параметров могут быть изменены в зависимости от требований к генератору прямоугольных импульсов и условий эксплуатации.

В целом, расчеты параметров генератора прямоугольных импульсов могут быть выполнены с использованием специальных формул и таблиц, что позволяет точно настроить генератор прямоугольных импульсов для нужд конкретного приложения.

Примеры применения генератора прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов имеют широкий спектр применения в различных областях, включая электронику, телекоммуникации, измерительную технику, автоматику и т.д. Ниже приведены некоторые примеры применения генераторов прямоугольных импульсов:

1. Цифровые схемы и логические устройства
   Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в цифровых схемах и логических устройствах для создания тактовых сигналов и импульсов управления. Например, для работы микропроцессоров, микроконтроллеров и других цифровых устройств используются тактовые генераторы, которые создают прямоугольные импульсы определенной частоты и длительности.
2. Генерация модулированных сигналов
   Генераторы прямоугольных импульсов также используются для генерации модулированных сигналов, например, амплитудно-модулированных (АМ) или частотно-модулированных (ЧМ) сигналов. Для этого генератору необходимо изменять длительность импульсов в соответствии с модулирующим сигналом.
3. Измерительная техника
   Генераторы прямоугольных импульсов используются в измерительной технике для создания импульсных сигналов, которые могут быть использованы для измерения параметров сигналов, таких как амплитуда, частота, фаза и т.д. Например, для измерения времени отклика электронных устройств используются импульсы с быстрым нарастанием и спадом.
4. Тестирование и отладка электронных устройств
   Генераторы прямоугольных импульсов также используются для тестирования и отладки электронных устройств. Например, для проверки работы цифровых схем и логических устройств используются импульсы определенной частоты и длительности.

Для каждого конкретного применения генератора прямоугольных импульсов необходимо выбрать соответствующие параметры генератора, такие как частота, длительность, амплитуда и форма импульсов. Расчеты параметров могут быть выполнены с использованием формул и таблиц, а также опытным путем на основе экспериментальных данных.

Например, для создания генератора прямоугольных импульсов с частотой 1 кГц и длительностью 1 мс можно использовать задерживающую цепь с сопротивлением 1 кОм и емкостью 1 мкФ. Длительность импульса будет равна:

t = ln(2) * R * C = 0.693 * 1 кОм * 1 мкФ = 0.693 мс

Таблица со значениями параметров для такого генератора приведена ниже:

Параметр	Значение
R	1 кОм
C	1 мкФ
f	1 кГц
t	0.693 мс

Таким образом, генератор прямоугольных импульсов с такими параметрами может быть использован в различных приложениях, включая тестирование и отладку электронных устройств, создание модулированных сигналов и т.д.

Пошаговая инструкция по использованию генератора прямоугольных импульсов

Ниже приведена пошаговая инструкция по использованию генератора прямоугольных импульсов:

1. Перед тем, как приступить к созданию генератора прямоугольных импульсов, необходимо определить требования к генерируемому сигналу, такие как частота, длительность, амплитуда и форма импульсов.
2. На основе требований к генерируемому сигналу рассчитайте параметры генератора, такие как сопротивление и емкость задерживающей цепи, коэффициент усиления мультивибратора, амплитуда и форма импульсов. Для расчета параметров можно использовать формулы и таблицы, а также опытным путем на основе экспериментальных данных.
3. Соберите схему генератора прямоугольных импульсов на основе рассчитанных параметров. В зависимости от требований к генерируемому сигналу, схема может включать мультивибратор на элементах ИС, задерживающую цепь из резистора и конденсатора, усилитель и т.д.
4. Подключите генератор прямоугольных импульсов к устройству, для которого предназначен генерируемый сигнал. Например, для тестирования и отладки электронных устройств генератор может быть подключен к входу устройства, а для создания модулированных сигналов — к модулирующему источнику.
5. Настройте параметры генератора
   Настройте параметры генератора в соответствии с требованиями к генерируемому сигналу. Например, установите нужную частоту и длительность импульсов, а также амплитуду и форму импульсов.
6. Проверьте работу генератора прямоугольных импульсов, используя осциллограф или другие измерительные приборы. Проверьте соответствие генерируемого сигнала требованиям к нему.

Ниже приведены примеры генераторов прямоугольных импульсов и таблицы с их параметрами:

1. Генератор на элементах ИС
   Для создания генератора на элементах ИС можно использовать мультивибратор с коэффициентом усиления K = 15 и задерживающую цепь из резистора R = 1 кОм и конденсатора C = 1 нФ. Параметры генератора могут быть рассчитаны с использованием формулы:

f = 1 / (2 * R * C * ln(3 — 2 * K))

где f — частота генерируемого сигнала.

Таблица со значениями параметров для такого генератора приведена ниже:

Параметр	Значение
R	1 кОм
C	1 нФ
K	15
f	1 кГц
t	0.5 мс

1. Генератор на операционном усилителе
   Для создания генератора на операционном усилителе можно использовать задерживающую цепь из резистора R = 10 кОм и конденсатора C = 1 мкФ, а также операционный усилитель с коэффициентом усиления K = 3. Параметры генератора могут быть рассчитаны с использованием формулы:

f = 1 / (2 * R * C * ln(3 — K))

где f — частота генерируемого сигнала.

Таблица со значениями параметров для такого генератора приведена ниже:

Параметр	Значение
R	10 кОм
C	1 мкФ
K	3
f	1 кГц
t	1 мс

Таким образом, генераторы прямоугольных импульсов могут быть использованы в различных приложениях, включая электронику, телекоммуникации, измерительную технику, автоматику и т.д. При выборе и создании генератора необходимо учитывать требования к генерируемому сигналу и выбирать соответствующие параметры генератора.

Заключение

Таким образом, генератор прямоугольных импульсов является электронным устройством, которое широко используется в различных областях. Его принцип работы основан на использовании инверторов и задерживающей цепи. Для расчета параметров ГПИ необходимо учитывать ряд факторов, таких как частота генерируемых импульсов, длительность импульсов и т.д. В данной статье были рассмотрены основные аспекты работы ГПИ, его конструкция, расчеты и примеры применения.