Представлена схема функционального генератора, вырабатывающая биполярные сигналы прямоугольной, треугольной, а также синусоидальной формы. Для формирования сигналов синусоидальной формы использована многозвенная резистивно-диодная цепочка. Предусмотрена возможность работы формирователя синусоиды от внешнего генератора сигнала треугольной формы.
Функциональный генератор по своему предназначению, по меньшей мере, должен вырабатывать сигналы прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы [1–4]. Наиболее проблематичным представляется синтез сигнала синусоидальной формы из сигнала треугольной формы. Обычно для этого используют полупроводниковые приборы с нелинейной вольтамперной характеристикой, а именно, диоды. Чаще всего такие устройства работают в ограниченном частотном диапазоне и не способны обеспечить низкий коэффициент нелинейных искажений (КНИ) синусоидального сигнала.
В монографии [5] опубликована довольно оригинальная схема формирования сигнала синусоидальный формы, некогда использованная в ранних конструкциях функциональных генераторов Krohn-Hite Corp (USA). В дальнейшем от использования такого формирователя Krohn-Hite Corp отказалась, на что, по всей вероятности, были убедительные причины.
На Рисунке 1 приведена схема функционального генератора, использующая модифицированную версию диодно-резистивного формирователя Krohn-Hite Corp. В первоисточнике [5] в качестве такового формирователя была использована шестизвенная конструкция, в состав которой входили диоды VD1–VD12, а также резисторы R9–R25. Питание формирователя подавалась на резисторы R24 и R25 и диоды VD11 и VD12, соответственно, от источников постоянного напряжения 2.4 и –2.4 В.
 | |
| Рисунок 1. | Функциональный генератор с диодным формированием сигналов синусоидальной формы. |
Моделирование такого формирователя с использованием пакета программ схемотехнического моделирования Multisim выявило его достоинства и недостатки.
К достоинствам формирователя следует отнести отсутствие реактивных и активных компонентов, возможность работы в широком диапазоне частот и КНИ порядка 0.2%.
К недостаткам формирователя, видимо послужившим отказом от его использования, явилась то, что на его вход следовало подавать биполярный сигнал треугольной формы строго заданной амплитуды, а именно 2.333 В. При малейшем отклонении амплитуды входного сигнала от данного значения заметно возрастал КНИ.
Для исключения зависимости изменения КНИ от уровня входного сигнала треугольной формы формирователь сигналов синусоидальной формы, Рисунок 1, был дополнен биполярным выпрямителем (резисторы R5–R7, диоды VD13 и VD14, конденсаторы фильтра C2 и C3). Питание этого выпрямителя осуществлялась непосредственно от входного сигнала треугольной формы, что позволяло обеспечить самоподстройку уровней питающих напряжений обеих ветвей диодно-резистивного формирователя синусоидальных сигналов при изменении уровня входного сигнала.
В качестве генератора биполярных сигналов треугольной и прямоугольной формы использовалась классическая схема генератора, выполненная на операционных усилителях DA1.1–DA1.4 микросхемы TL064. Частота следования импульсов регулировалась потенциометром R2 в пределах от 1 до 10 кГц. Номиналы резисторов диодно-резистивного формирователя по отношению к оригиналу [5] были увеличены на порядок.
Амплитуда биполярных сигналов прямоугольной формы составляла 10.2 В; треугольной – 6.0 В; синусоидальной – 3.6 В. Для установки минимального значения КНИ синусоидального сигнала на уровне 0.3…0.4% использован подстроечный резистор R6.
Функциональный генератор способен работать и в других частотных диапазонах (определяется элементами R1+R2, C1). При этом следует обратить внимание на емкость конденсаторов фильтра C2 и C3. При работе генератора в области пониженных частот емкость этих конденсаторов следует пропорционально увеличить. И, напротив, при работе генератора в более высокочастотном диапазоне емкость конденсаторов C1 и C2 можно уменьшить. Казалось бы, что в качестве конденсаторов фильтров C1 и C2 следует использовать конденсаторы заведомо бóльшей емкости, однако при этом повышается инерционность установления стационарных значений выходных напряжений выпрямителя.
Как показали результаты моделирования, диодно-резистивный формирователь синусоидальных сигналов способен работать до частот не менее 1 МГц. При этом стоить обратить внимание на то, что в качестве диодов формирователя следует использовать высокочастотные диоды, имеющие минимальную площадь n-p перехода. Только в этом случае на качество сформированного сигнала в минимальной степени влияют варикапные свойства полупроводниковых приборов в прямом и обратном их включении [6, 7].
На формирователь синусоидальных сигналов может быть подан сигнал от внешнего генератора биполярных треугольных импульсов амплитудой более 1.5 В (переключатель SA1).