Простой гетеродинный индикатор резонанса.
С замкнутой накоротко катушкой L2 ГИР позволяет определять резонансную частоту от 6 МГц
до 30 МГц. С подключенной катушкой L2 диапазон измерения частоты - от 2,5 МГц до 10 МГц.
Резонансную частоту определяют, вращая ротор С1 и, наблюдая на экране осциллографа
изменение сигнала.
Генератор сигналов высокой частоты.
Генератор сигналов высокой частоты предназначен для проверки и налаживания различных высокочастотныхустройств. Диапазон генерируемых частот 2 ..80 МГц разбит на пять поддиапазонов:
I - 2-5 МГц
II - 5-15 МГц
III - 15 - 30 МГц
IV - 30 - 45 МГц
V - 45 - 80 МГц
Максимальная амплитуда выходного сигнала на агрузке 100 Ом составляет около 0,6 В. В генераторе предусмотрена плавная регулировка амплитуды выходного сигнала, а также возможность
амплитудной и частотной модуляции выходного сигнала от внешнего источника. Питание генератора осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения 9... 10 В.
Принципиальная схема генератора приведена на рисунке. Он состоит из задающего генератора ВЧ, выполненного на транзисторе V3, и выходного усилителя на транзисторе V4. Генератор выполнен по схеме индуктивной трехточки. Нужный поддиапазон выбирают переключателем S1, а перестраивают генератор конденсатором переменной емкости С7. Со стока транзистора V3 напряжение ВЧ поступает на первый затвор
полевого транзистора V4. В режиме ЧМ низкочастотное напряжение поступает на второй затвор этого транзистора.
Частотная модуляция осуществляется с помощью варикапа VI, на который подается напряжение НЧ в режиме FM. На выходе генератора напряжение ВЧ регулируется плавно резистором R7.
Генератор собран в корпусе, изготовленном из одностороннего фольгироваиного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм., размерами 130X90X48 мм. На передней панели генератора установлены
переключатели S1 и S2 типа П2К, резистор R7 типа ПТПЗ-12, конденсатор переменной емкости С7 типа КПЕ-2В от радиоприемника «Альпинист-405», в котором используются обе секции.
Катушка L1 намотана на ферритовом магнитопроводе М1000НМ (К10Х6Х Х4,б) и содержит (7+20) витков провода ПЭЛШО 0,35. Катушки L2 и L3 намотаны на каркасах диаметром 8 и длиной 25 мм с карбонильными подстроенными сердечниками диаметром 6 и длиной 10 мм. Катушка L2 состоит из 5+15 витков провода ПЭЛШО 0,35, L3 - из 3 + 8 витков. Катушки L4 и L5 бескаркасные
диаметром 9 мм намотаны проводом ПЭВ-2, 1,0. Катушка L4 содержит 2+4 витка, a L5- 1 + 3 витка.
Налаживание генератора начинают с проверки монтажа Затем подают напряжение питания и с помощью ВЧ вольтметра проверяют наличие генерации на всех поддиапазонах. Границы
диапазонов уточняют с помощью частотомера, и при необходимости подбирают конденсаторы С1-С4(С6), подстраивают сердечниками катушек L2, L3 и изменяют расстояние между витками катушек L4 и L5.
Мультиметр-ВЧ милливольтметр.
Сейчас самым доступным и самым распространенным прибором радиолюбителя стал цифровой мультиметр серии М83х.
Прибор предназначен для общих измерений и потому у него нет специализированных функций. Между тем, если вы занимаетесь радиоприемной или передающей техникой вам нужно измерять
небольшие ВЧ напряжения (гетеродин, выход каскада УПЧ, и т. д.), настраивать контура. Для этого мультиметр нужно дополнить несложной выносной измерительной головкой, содержащей
высокочастотный детектор на германиевых диодах. Входная емкость ВЧ-головки менее 3 пФ., что позволяет её подключать прямо к контуру гетеродина или каскада. Можно использовать диоды Д9, ГД507 или Д18, диоды Д18 дали наибольшую чувствительность (12 мВ). ВЧ-головка собрана в экранированном корпусе, на котором расположены клеммы для подключения щупа или проводников к измеряемой схеме. Связь с мультиметром при помощи экранированного телевизионного кабеля РК-75.
Измерение малых емкостей мультиметром
Многие радиолюбители используют в своих лабораториях мультиметры, некоторые из них позволяют измерять и емкости конденсаторов. Но как показывает практика, этими приборами нельзя замерить емкость до 50 пф, а до 100 пф – большая погрешность. Для того, чтобы можно было измерять небольшие емкости, предназначена эта приставка. Подключив приставку к мультиметру, нужно выставить на индикаторе значение 100пф, подстраивая С2. Теперь при подключении конденсатора 5 пф прибор покажет 105. Остается только вычесть цифру 100
Искатель скрытой проводки
Определить место прохождения скрытой электрической проводки в стенах помещения поможет сравнительно простой искатель, выполненный на трех транзисторах (рис. 1). На двух биполярных транзисторах (VT1, VT3) собран мультивибратор, а на полевом (VT2) - электронный ключ.
Принцип действия искателя основан на том, что вокруг электрического провода образуется электрическое поле его и улавливает искатель. Если нажата кнопка выключателя SB1, но электрического поля в зоне антенного щупа WA1 нет либо искатель находится далеко от сетевых проводов, транзистор VT2 открыт, мультивибратор не работает, светодиод HL1 погашен. Достаточно приблизить антенный щуп, соединенный с цепью затвора полевого
транзистора, к проводнику с током либо просто к сетевому роводу, транзистор VT2 закроется, шунтирование базовой цепи транзистора VT3 прекратится и мультивибратор вступит в действие. Начнет вспыхивать светодиод. Перемещая антенный щуп вблизи стены, нетрудно проследить за пролеганием в ней сетевых проводов.
Прибор позволяет отыскать и место обрыва фазного провода. Для этого нужно включить в розетку нагрузку, например настольную лампу, и перемещать антенный щуп прибора вдоль проводки. В месте, где светодиод перестает мигать, нужно искать неисправность.
Полевой транзистор может быть любой другой из указанной на схеме серии, а биполярные - любые из серии КТ312, КТ315. Все
резисторы - МЛТ-0,125, оксидные конденсаторы - К50-16 или другие малогабаритные, светодиод - любой из серии АЛ307, источник питания батарея «Крона» либо аккумуляторная батарея напряжением 6...9 В, кнопочный выключатель SB1 - КМ-1 либо аналогичный. Часть деталей прибора смонтирована на плате (рис. 2) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Корпусом искателя может стать пластмассовый пенал (рис. 3)
для хранения школьных счетных палочек. В его верхнем отсеке крепят плату, в нижнем располагают батарею. К боковой стенке верхнего отсека прикрепляют выключатель и светодиод, а к верхней стенке - антенный щуп. Он представляет собой кониче-
ский пластмассовый колпачок, внутри которого находится металлический стержень с резьбой. Стержень крепят к корпусу гайками, изнутри корпуса надевают на стержень металлический лепесток, который соединяют гибким монтажным проводником с резистором R1 на плате. Антенный щуп может быть иной конструкции, например, в виде петли из отрезка толстого (5 мм) высоковольтного провода, используемого в телевизоре. Длина
отрезка 80...100 мм, его концы пропускают через отверстия в верхнем отсеке корпуса и припаивают к соответствующей точке платы. Желаемую частоту колебаний мультивибратора, а значит, частоту вспышек светодиода можно установить подбором резисторов RЗ, R5 либо конденсаторов С1, С2. Для этого нужно временно отключить от резисторов RЗ и R4 вывод истока по-
левого транзистора и замкнуть контакты выключателя. Если при поиске места обрыва фазного провода чувствительность прибора окажется чрезмерной, ее нетрудно снизить уменьшением длины антенного щупа или отключением проводника, соединяющего щуп с печатной платой. Искатель может быть собран и по несколько иной схеме (рис. 4) с использованием биполярных транзисторов разной структуры - на них выполнен генератор. Полевой же транзистор (VT2) по-прежнему управляет работой генератора при попадании антенного щупа WA1 в электрическое поле сетевого провода.
Транзистор VT1 может быть серии
КТ209 (с индексами А-Е) или КТ361,
VT2 - любой из серии КП103, VT3 - любой из серий КТ315, КТ503, КТ3102. Резистор R1 может быть сопротивлением 150...560 Ом, R2 - 50 кОм...1,2 МОм, R3 и R4 с отклонением от указанных на схеме номиналов на ±15%, конденсатор С1 - емкостью 5...20 мкФ. Печатная плата для этого варианта искателя меньше по габаритам (рис. 5), но конструктивное оформление практически такое же, что и предыдущего варианта.
Любой из описанных искателей можно применять для контроля работы системы зажигания автомобилей. Поднося антенный щуп искателя к высоковольтным проводам, по миганию светодиода определяют цепи, на которые не поступает высокое напряжение, или отыскивают неисправную свечу зажигания.
Журнал«Радио»,1991,№8,с.76
Не совсем обычная схема ГИРа изображена на рисунке. Отличие-в выносном витке связи. Петля L1 выполнена из медного провода диаметром 1,8 мм, диаметр петли около 18 мм, длина ее выводов 50 мм. Петля вставляется в гнезда, расположеные на торце корпуса. L2 намотана на стандартном ребристом корпусе и содержит 37 витков провода диаметром 0,6 мм с отводами от 15, 23, 29 и 32-го витка Диапазон- от 5,5 до 60 мгц
Простой измеритель емкости
Измеритель емкости позволяет измерять емкость конденсаторов от 0,5 до 10000пФ.
На логических элементах ТТЛ D1.1 D1.2 собран мультивибратор, частота которого зависит от сопротивления резистора включенного между входом D1.1 и выходом D1.2. Для каждого предела измерения устанавливается определенная частота при помощи S1, одна секция которого переключает резисторы R1-R4 , а другая конденсаторы С1-С4.
Импульсы с выхода мультивибратора поступают на усилитель мощности D1.3 D1.4 и далее через реактивное сопротивление измеряемого конденсатора Сх на простой вольтметр переменного тока на микроамперметре Р1.
Показания прибора зависят от соотношения активного сопротивления рамки прибора и R6, и реактивного сопротивления Сх. При этом Сх зависит от емкости (чем больше, тем меньше сопротивление).
Калибровку прибора производят на каждом пределе при помощи подстроечных резисторов R1-R4 измеряя конденсаторы с известными емкостями. Чувствительность индикатора прибора можно установить подбором сопротивления резистора R6.
Литература РК2000-05
Простой функциональный генератор
В радиолюбительской лаборатории обязательным атрибутом должен быть функциональный генератор. Предлагаем вашему вниманию функциональный генератор, способный вырабатывать синусоидальный, прямоугольный, треугольный сигналы при высокой стабильности и точности. При желании, выходной сигнал может быть модулированным.
Диапазон частот разделен на четыре поддиапазона:
1. 1 Гц-100 Гц,
2. 100Гц-20кГц,
3. 20 кГц-1 МГц,
4. 150KHz-2 МГц.
Точно частоту можно выставить, используя потенциометры P2 (грубо) и P3(точно)
регуляторы и переключатели функционального генератора:
P2 - грубая настройка частоты
P3 - точная настройка частоты
P1 - Амплитуда сигнала (0 - 3В при питании 9В)
SW1 - переключатель диапазонов
SW2 - Синусоидальный/треугольный сигнал
SW3 - Синусоидальный(треугольный)/меандр
Для контроля частоты генератора сигнал можно снять непосредственно с вывода 11.
Параметры:
Синусоидальный сигнал:
Искажения: менее 1% (1 кГц)
Неравномерность: +0,05 дБ 1 Гц - 100 кГц
Прямоугольный сигнал:
Амплитуда: 8В (без нагрузки) при питании 9В
Время нарастания: менее 50 нс (при 1 кГц)
Время спада: менее 30ns (на 1 кГц)
Рассимметрия: менее 5%(1 кГц)
Треугольный сигнал:
Амплитуда: 0 - 3В при питании 9В
Нелинейность: менее 1% (до 100 кГц)
Защита сети от перенапряжения
Отношение емкостей C1 и составной С2 и С3 влияет на выходное напряжение. Мощности выпрямителя хватает для паралельного включения 2-3х реле типа РП21 (24в)
Генератор на 174ха11
На рисунке представлен генератор на микросхеме К174ХА11, частота которого управляется напряжением. При изменении емкости С1 от 560 до 4700пФ можно получить широкий диапазон частот, при этом настройка частоты производится изменением сопротивления R4. Так например автор выяснил что, при С1=560пФ частоту генератора можно изменять при помощи R4 от 600Гц до 200кГц, а при емкости С1 4700пФ от 200Гц до 60кГц.
Выходной сигнал снимается с вывода 3 микросхемы с выходным напряжением 12В, автор рекомендует сигнал с выхода микросхемы подавать через токоограничивающий резистор с сопротивлением 300 Ом.
Измеритель индуктивности
Предлагаемый прибор позволяет измерять индуктивности катушек на трех пределах измерения - 30, 300 и 3000 мкГн с точностью не хуже 2% от значения шкалы. На показания не влияют собственная ёмкость
катушки и ее омическое сопротивление.
На элементах 2И-НЕ микросхемы DDI собран генератор прямоугольных импульсов, частота повторений которых определяется ёмкостью конденсатора C1, С2 или СЗ в зависимости от включенного предела измерений переключателем SA1. Эти импульсы через один из конденсаторов С4, С5 или С6 и диод VD2 поступают на измеряемую катушку Lx, которая подключена к клеммам XS1 и XS2.
После прекращения очередного импульса во время паузы за счет накопленной энергии магнитного поля ток через катушку продолжает протекать в том же направлении через диод VD3, его измерение осуществляется отдельным усилителем тока собранного на транзисторах Т1, Т2 и стрелочным прибором РА1. Конденсатор С7 сглаживает пульсации тока. Диод VD1 служит для привязки уровня импульсов, поступающих на катушку.
При налаживании прибора необходимо использовать три эталонные катушки с индуктивностями 30, 300 и 3000 мкГн, которые поочередно подключаются вместо L1, и соответствующим переменным резистором R1, R2 или R3 стрелка прибора устанавливается на максимальное деление шкалы. Во время эксплуатации измерителя достаточно выполнять калибровку переменным резистором R4 на пределе измерения 300 мкГн, используя катушку L1 и включив выключатель SB1. Питание микросхемы производится от любого источника напряжением 4,5 - 5 В.
Расход тока каждого элемента питания составляет по 6 мА. Усилитель тока для миллиамперметра можно не собирать, а параллельно конденсатору С7 подключить микроамперметр со шкалой 50мкА и внутренним сопротивлением 2000 Ом. Индуктивность L1 может быть составной, но тогда следует расположить отдельные катушки взаимно перпендикулярно или как можно дальше друг от друга. Для удобства монтажа все соединительные провода оснащены штекерами, а на платах установлены соответствующие им гнёзда.
Простой индикатор радиоактивности
Гетеродинный индикатор резонанса
Г.Гвоздицкий
Принципиальная схема предлагаемого ГИРа приведена на рис.1. Его гетеродин выполнен на полевом транзисторе VT1, включенном по схеме
с общим истоком. Резистор R5 ограничевает ток стока полевого транзистора. Дроссель L2 - элемент развязки гетеродина от источника питания по высокой частоте.
Диод VD1, подсоединенный к выводам затвора и истока транзистора, улучшает форму генерируемого напряжения, приближая ее к синусоидальной. Без диода положительная полуволна тока стока станет искажаться из-за увеличения коэффициента усиления транзистора с повышением напряжения на затворе, что неизбежно приводит к появлению четных гармоник в спектре сигнала гетеродина
Через конденсатор С5 напряжение радиочастоты поступает на вход высоко¬частотного вольтметра-индикатора, состоящего из детектора, диоды VD2 и VD4 которого включены по схеме удвоения напряжения, что повышает чувствительность детектора и стабильность работы усилителя постоянного токи на транзисторе VT2 с микроамперметром РА1 в коллекторной цели. Диод VD3 стабилизирует образцовое напряжение на диодах VD2,VD4. Переменным резистором R3 объединенным с выключателем питания SА1, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 в исходное положение на крайнюю правую отметку шкалы
Если а каких-то участках диапазона необходимо повысить точность шкалы, то параллельно катушке подключайте слюдяной конденсатор постоянной емкости.
Вариант катушек, выполненных на каркасах из лабораторных пробирок для забора крови, показаны на фото (рис.2) и подбираются радиолюбителем на желаемый диапазон
Индуктивность контурной катушки и емкость контура с учетом дополнительного конденсатора можно рассчитать по формуле
LC=25330/f²
где С- в пикофарадах, L - в микрогенри, f - в мегагерцах.
Определяя резонансную частоту иследуемого контура, к нему возможно ближе подносят катушку ГИРа и медленно вращая ручку блока КПЕ, следят за показаниями индикатора. Как только его стрелка качнется влево, отмечают соответствующее положение ручки КПЕ. При дальнейшем вращении ручки настройки стрелка прибора возвращается в исходное положение. Та отметка на шкале, где наблюдается максимальный *провал* стрелки, как раз и будет соответстовать резонансной частоте исследуемого контура
В описываемом ГИРе нет дополнительного стабилизатора питающего напряжения, поэтому при работе с ним рекомендовано пользоваться источником с одним и тем же значением напряжения постоянного тока - оптимально сетевым блоком питания со стабилизированным выходным напряжением.
Делать одну общую шкалу для всех диапазонов нецелесообразно из-за сложности такой работы. Тем более, что точность полученной шкалы при различной плотности перестройки применяемых контуров
затруднит пользование прибором.
Катушки L1 пропитаны эпоксидным клеем или НН88. На ВЧ диапазоны их желательно намотать медным посеребренным проводом диаметром 1,0 мм.
Конструктивно каждая контурная катушка размещена на основании распространенного разъема СГ-3. Он вклеен в каркас катушки.
Упрощенный вариант ГИРа
От ГИРа Г.Гвоздицкого отличается тем, о чем уже писалось в статье - наличие среднего вывода сменной катушки L1, применен переменный конденсатор фирмы «Тесла» с твердым диэлектриком, нет диода, формирующего форму синусоидальную сигнала. Отсутствует выпрямитель-удвоитель напряжения ВЧ и УПТ, что снижает чувствительность прибора.
Из положительных сторон следует отметить наличие «растягивающих» отключаемых конденсаторов С1, С2 и простейший верньер, совмещенный с двумя переключающимися шкалами, которые можно градуировать карандашом, питание включается кнопкой только в момент проведения измерений, что экономит батарею.
Для питания счетчика Гейгера В1 требуется напряжение 400В, это напряжение вырабатывает источник на блокинг-генераторе на транзисторе VT1. Импульсы с повышающей обмотки Т1 выпрямляются выпрямителем на VD3C2. Напряжение на С2 поступает на В1, нагрузкой которого является резистор R3. При прохождении через В1 ионизирующей частицы в нем возникает короткий импульс тока. Этот импульс усиливается усилителем-формирователем импульсов на VT2VT3. В результате через F1-VD1 протекает более длительный и более сильный импульс тока - светодиод вспыхивает, а в капсюле F1 раздается щелчок.
Счетчик Гейгера можно заменить любым аналогичным, F1 любой электромагнитный или динамический сопротивлением 50 Ом.
Т1 наматывается на ферритовом кольце с внешним диаметром 20 мм, первичная обмотка содержит 6+6 витков провода ПЭВ 0,2, вторичная 2500 витков провода ПЭВ 0,06. Между обмотками нужно проложить изоляционный материал из лакоткани. Первой наматывают вторичную обмотку, на нее поверхность, равномерно, вторичную.
Прибор для измерения емкости
Прибор имеет шесть поддиапазонов,верхние пределы для которых равны соответственно 10пф, 100пф, 1000пф, 0,01мкф, 0,1мкф и 1мкф.
Отсчёт ёмкости производится по линейной шкале микроамперметра.
Принцип действия прибора основан на измерении переменного тока, протекающего через
исследуемый конденсатор. На операционном усилителе DA1 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота повторения этих импульсов зависит от ёмкости одного из конденсаторов С1-С6 и положения
движка подстроечного резистора R5. В зависимости от поддиапазона, она меняется от 100Гц до 200кГц. Подстроечным резистором R1 устанавливаем симметричную форму колебаний (меандр) на выходе
генератора.
Диоды D3-D6, подстроечные резисторы R7-R11 и микроамперметр PA1 образуют измеритель переменного тока. Для того,чтобы погрешность измерений не превышала 10% на первом поддиапазоне (ёмкость до10пФ),внутреннее сопротивление микроамперметра должно быть не более 3кОм.На остальных поддиапазонах паралельно PA1 подключают подстроечные резисторы R7-R11.
Требуемый поддиапазон измерений устанавливают переключателем SA1. Одной группой контактов он переключает частотозадающие конденсаторы С1-С6 в генераторе,другой - подстроечные резисторы в индикаторе. Для питания прибора необходим стабилизированный двуполярный источник на напряжение от 8 до 15В. Номиналы частотозадающих конденсаторов С1-С6 могут отличаться на 20%, но сами конденсаторы должны иметь достаточно высокую температурную и временную стабильность.
Налаживание прибора производят в следующей последовательности. Сначала на первом поддиапазоне добиваются симметричных колебаний резистором R1. Движок резистора R5 при этом должен быть в среднем положении. Затем, подключив к клеммам "Сх" эталонный конденсатор 10пф, подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку микроамперметра на деление соответствующее ёмкости эталонного конденсатора (при использовании прибора на 100мка, на конечное деление шкалы).
Схема приставки
Приставка к частотомеру для определения частоты настройки контура и его предварительной настройки. Приставка работоспособна в диапазоне 400 кгц-30 мгц. Т1 и Т2 могут быть КП307, BF 245
LY2BOK
Состоящем из 3.5 деталей и выдающем несколько ватт мощности на частоте в 400-500 мегагерц, достаточных для того, чтобы засвечивать газоразрядные приборы типа неонок, слегка обжигать пальцы и сообщать о себе частотомерам.
При наличии правильных транзисторов, понимания методик составления ВЧ плат и некотором везении можно значительно усилить эту конструкцию, подняв мощность до 40-50 ватт на той же частоте.
Транзисторы, которые работают на таких частотах и мощностях, уже значительно отличаются от привычных многим читателям моего скромного блога трёхногих TO-247, TO-220, и других корпусов, равно как и от «кирпичей». Форма их корпусирования в значительной степени диктуется поведением сигналов на высоких частотах. Обычно это квадрат или прямоугольник, характерного белого оттенка, с расположенными с двух или четырёх сторон позолоченными выводами довольно внушительной толщины. Стоят эти транзисторы также значительно дороже силовых инверторных, причём цена растёт пропорционально как мощности, так и частоте, и может доходить до сотен долларов за штуку и выше.
Для данной конструкции ВЧ транзистор с маркировкой MRF 6522- 70 был аккуратно выпаян из демонтированной платы GSM базовой станции. Как нетрудно заметить по даташиту, он может выдавать до 70 ватт на частоте в 900 мегагерц. Однако, для ввода его в такой режим необходимо довольно тщательно спроектировать плату — все эти характерные для высоких частот изгибы дорожек, гальванически никуда не подключенные куски фольги и прочие странные выверты, кажущиеся не особо осмысленными, но на деле влияющие на поведение сигнала, здесь уже совершенно необходимы. А на меньших мощностях и частотах на них можно забить и сделать плату банальным методом гравировки прорезей.
Принципиальных отличий конструкции от упоминавшегося выше нет. Разве что, в качестве резонатора взяты две медные полосы, определённой длины и размеров (расстояние между ними, их ширина и длина определяют L и С резонансного автогенераторного контура — они сами себе и индуктивность, и ёмкость).
Генератор потребляет по входу 18 вольт с током до 4 ампер, и довольно ощутимо разогревает радиатор. Принудительное охлаждение является совершенно необходимым для его работы, учитывая КПД в 50-60%. Кроме радиатора, довольно неплохо нагреваются пальцы, если поднести их поближе к медному резонатору. Принцип нагрева здесь тот же, что у продуктов в микроволновке (что убедительно опровергает бредни про резонансные явления в молекулах воды, которые якобы происходят на её рабочей частоте). Если поджечь факел на конце резонатора, то он успешно удерживается там продолжительное время — маленький светящийся шарик плазмы с размытыми краями, диаметром в 3-5 миллиметров.
Схема генератора прилагается:
Но самое интересное, ради чего я вообще начал всё это рассказывать, это явления, происходящие с разреженными газами на таких частотах. Поведение плазменного жгута начинает резко отличаться от стандартных изгибов, характерных для частот в десятки и сотни килогерц, использовавшиеся мною ранее (при работе с качером и т. д.). Довольно долго описывать при помощи текста все различия, достаточно просто посмотреть галерею изображений и приложенные видео. Наиболее интересным образом себя ведут, конечно, ксенон, криптон и их смеси с добавками. Поразительные сочетания оттенков, форм и движений создают ощущение, что в бутылке или колбе живое существо, приехавшее к нам прямиком из мифологии Лавкрафта или из чего-то подобного. Щупальца, присоски, резкие и в то же время плавные движения, зеленовато-призрачные оттенки как будто бы живая иллюстрация к рассказам о Ктулху и других жителях глубин.
Все четыре видео крайне заслуживают просмотра. Очень рекомендую.
Генератор — это устройство, которое преобразует один вид энергии в другой вид энергии. В нашем случае генератор частот — это устройство, которое преобразует энергию источника питания в периодические колебания различной формы. Или простыми словами — это электротехнический прибор, который может выдавать различные по форме периодические сигналы.
Описание генератора частот
На моем рабочем столе не так давно прямиком из Китая появился вот такой генератор частоты:
Сзади него находятся вот такие выводы:
Давайте же более подробно разберем для чего они нужны. Итак USB — это просто питание, которое подается на генератор частоты. Один конец шнура втыкаем в этот разъем
а другой в блок питания, который шел в комплекте
Также в комплекте шли высокочастотные
Втыкаем в розетку блок питания и кнопочкой POWER запускаем генератор частот
Буковкой «F» принято обозначать частоту , от англ. frequency — частота. Hz — это Герцы (Hertz) — показывает количество колебаний в секунду. Следовательно и приставки «кило, мега, гига» могут также присутствовать перед Герцами. Что это за приставки, думаю, стыдно не знать. Снизу FUNCtion — функция (гребаная алгебра…) , WAVE — волна, в данном случае, форма сигнала. Представленный в данной статье генератор может формировать три формы сигналов — это синусоида (SIN), прямоугольная (SQR) и треугольная (TRI) форма. Почему такие интересные названия форм сигналов вы поймете далее.
Панель управления генератора частоты выглядит следующим образом:
Здесь мы с вами видим кнопку включения POWER, квадратную желтую кнопку WAVE, с помощью которой мы выбираем форму сигнала: синусоида, прямоугольный или пилообразный. SEL — переключение между режимами задания частоты и формой сигнала. ОК — без комментариев. Верхняя крутилка предназначена для установки частоты, средняя для среза сигнала, и нижняя для изменения величины амплитуды сигнала. Итак, теперь обо всем по порядку.
Какие сигналы умеет выдавать генератор
Для пробы вбиваем частоту 50 Герц
Цепляем кабель генератора частоты к выходу OUT, а зажимы кабеля цепляем к щупам осциллографа.
На осциллограмме наблюдаем вот такую картину:
Чистейшая синусоида
50 Герц!
Переключаем форму волны на треугольную
Вуаля!
Знаете кто это?
Так… Причем здесь Спанчбоб? На английском языке он пишется как Spanch Bob Square Pants — что в переводе Спанч Боб Квадратные штаны. Square — (с англ. квадрат, прямоугольник). Чтобы не запутаться в генераторе частоты или в другой какой-либо технике, вспомните СпанчБоба. SQR — прямоугольная форма сигнала.
А вот собственно и она на осциллограмме
Крутилкой OFFSET можно срезать форму сигнала сверху, снизу и сверху и снизу одновременно.
Скважность и коэффициент заполнения
Есть в электронике такой параметр, как скважность . Это параметр применяется к прямоугольной форме сигналов.
где S — скважность
T — период импульса, с
t — длительность импульса, с
Величина D (Duty) , обратная величине S, называется коэффициентом заполнения
Иллюстрация сигналов с различным коэффициентом заполнения
Вот так выглядит сигнал с коэффициентом заполнения 50%. У этого сигнала длительность импульса ровно в два раза меньше его периода, следовательно S=2, а D=50%. Такой сигнал прямоугольной формы называют
Меняем коэффициент заполнения D на 20%
то же самое, но на 80%
Выход TTL генератора частоты
Также в этом генераторе есть такие примочки, как выход TTL . TTL по-русски звучит, как транзисторно-транзисторная логика. Короче говоря — этот выход предназначен для тактирования импульсов на логические микросхемы. Еще более понятным языком — задает рабочую частоту для различных микросхем, чтобы они работали и выполняли свои функции. Здесь выходит прямоугольная форма сигнала амплитудой более 3 Вольт
и частотой в 1 килогерц.
Режим частотомера и счетчика импульсов
Теперь о примочках, которые китайский производители затолкали в этот генератор. Есть один интересный вывод — Ext.IN. Думаю, нетрудно догадаться. что IN — это вход. В этом генераторе частоты встроен частотомер и счетчик периодов сигнала. Для этих функций как раз и используется вывод Ext IN.
Я хочу измерить частоту электрического тока в розетке. Если вы помните, там переменный ток, который имеет частоту 50 Герц. Так ли это? Сейчас узнаем. Напряжение для входа Ext.IN должно быть от 0,5 и до 20 Вольт. В розетке же 220 Вольт, чтобы его убавить, используем . На выходе я получил напряжение в 2 Вольта. Чтобы вы увидели, что есть напряжение на вторичной обмотке трансформатора, я туда поставил светодиод. Цепляемся за выводы вторичной обмотки крокодильчиками нашего генератора частоты
И начинаем производить замеры. Опа на! Ровно 50 герц;-).
Характеристики генератора
Вот характеристики генератора частоты, кому интересно:
1. Signal Output function
waveforms Sine wave, Square wave and Triangle wave
amplitude ≥10Vp-p(signal output, no load)
impedance 50Ω±10%(signal output)
DC offset ±2.5V(no load)
Display LCD160
Resolution 0.01Hz
Frequency Stability ±1×10 -6
Frequency accuracy ±5×10 -6
Sine wave distortion ≤0.8% (reference frequency is 1kHz)
Trinagle linearity ≥98% (0.01Hz~10kHz)
Rise and fall time of square wave ≤100ns
Square Wave Duty range 1%~99%
2. TTL Output function
Frequency range 0.01Hz ~ 2MHz
Amplitude >3Vp-p
Fan Out >20 TTL loads
3. COUNTER function
Counter Range 0-4294967295
Frequency Meter Range 1Hz~60MHz
Input Voltage Range 0.5Vp-p~20Vp-p
Storage and transferred: 10 set of parameters with storage and recall functions.
Заключение
В заключении хотелось бы сказать пару слов. Как же правильно выбрать генератор частоты? Здесь, конечно, все зависит от функционала, а точнее от того, какую максимальную частоту может выдать генератор. Чем большую частоту может выдавать генератор, тем он дороже. Начинающему электронщику, думаю, 2 Мегагерца сигналов синуса, треугольного и прямоугольного хватит по самое не балуйся, да еще и частотомер+счетчик.
Стоит ли его брать? Думаю, нет. Лучше взять какой-нибудь один, но подороже. У меня сейчас вот такой генератор частоты
Где купить генератор частот
Я бы посоветовал Алиэкспресс. Здесь действительно можно подобрать приличный генератор.
Начиная от простых дешевых
Заканчивая полупрофессиональными
Выбирайте на ваш вкус и цвет!
Генератор – это автоколебательная система, формирующая импульсы электрического тока, в которой транзистор играет роль коммутирующего элемента. Изначально, с момента изобретения, транзистор позиционировался как усилительный элемент. Презентация первого транзистора произошла в 1947 году. Презентация полевого транзистора произошла несколько позже – в 1953 г. В генераторах импульсов он играет роль переключателя и только в генераторах переменного тока он реализует свои усилительные свойства, одновременно участвуя в создании положительной обратной связи для поддержки колебательного процесса.
Наглядная иллюстрация деления частотного диапазона
Классификация
Транзисторные генераторы имеют несколько классификаций:
- по диапазону частот выходного сигнала;
- по типу выходного сигнала;
- по принципу действия.
Диапазон частот – величина субъективная, но для стандартизации принято такое деление частотного диапазона:
- от 30 Гц до 300 кГц – низкая частота (НЧ);
- от 300 кГц до 3 МГц – средняя частота (СЧ);
- от 3 МГц до 300 МГц – высокая частота (ВЧ);
- выше 300 МГц – сверхвысокая частота (СВЧ).
Таково деление частотного диапазона в области радиоволн. Существует звуковой диапазон частот (ЗЧ) – от 16 Гц до 22 кГц. Таким образом, желая подчеркнуть диапазон частот генератора, его называют, например ВЧ или НЧ генератором. Частоты звукового диапазона в свою очередь также подразделяются на ВЧ, СЧ и НЧ.
По типу выходного сигнала генераторы могут быть:
- синусоидальные – для генерации синусоидальных сигналов;
- функциональные – для автоколебания сигналов специальной формы. Частный случай – генератор прямоугольных импульсов ;
- генераторы шума – генераторы широкого спектра частот, у которых в заданном диапазоне частот спектр сигнала равномерный от нижнего до верхнего участка частотной характеристики.
По принципу действия генераторов:
- RC-генераторы;
- LC-генераторы;
- Блокинг-генераторы – формирователь коротких импульсов.
Ввиду принципиальных ограничений обычно RC-генераторы используются в НЧ и звуковом диапазоне, а LC-генераторы в ВЧ диапазоне частот.
Схемотехника генераторов
RC и LC генераторы синусоидальные
Наиболее просто реализуется генератор на транзисторе в схеме емкостной трехточки – генератор Колпитца (рис. ниже).
Схема генератора на транзисторе (генератор Колпитца)
В схеме Колпитца элементы (C1), (C2), (L) являются частотозадающими. Остальные элементы представляют собой стандартную обвязку транзистора для обеспечения необходимого режима работы по постоянному току. Такой же простой схемотехникой обладает генератор, собранный по схеме индуктивной трехточки – генератор Хартли (рис. ниже).
Схема трехточечного генератора с индуктивной связью (генератор Хартли)
В этой схеме частота генератора определяется параллельным контуром, в который входят элементы (C), (La), (Lb). Конденсатор (С) необходим для образования положительной обратной связи по переменному току.
Практическая реализация такого генератора более затруднительна, поскольку требует наличия индуктивности с отводом.
И тот и другой генераторы автоколебания находят преимущественно применение в СЧ и ВЧ диапазонах в качестве генераторов несущих частот, в частотозадающих цепях гетеродинов и так далее. Регенераторы радиоприемников также основаны на генераторах колебаний. Указанное применение требует высокой стабильности частоты, поэтому практически всегда схема дополняется кварцевым резонатором колебаний.
Задающий генератор тока на основе кварцевого резонатора имеет автоколебания с очень высокой точностью установки значения частоты ВЧ генератора. Миллиардные доли процента далеко не предел. Регенераторы радиостанций используют только кварцевую стабилизацию частоты.
Работа генераторов в области низкочастотного тока и звуковой частоты связана с трудностями реализации высоких значений индуктивности. Если быть точнее, то в габаритах необходимой катушки индуктивности.
Схема генератора Пирса является модификацией схемы Колпитца, реализованной без применения индуктивности (рис. ниже).
Схема генератора Пирса без применения индуктивности
В схеме Пирса индуктивность заменена кварцевым резонатором, что позволило избавиться от трудоемкой и громоздкой катушки индуктивности и, в то же время, ограничило верхний диапазон колебаний.
Конденсатор (С3) не пропускает постоянную составляющую базового смещения транзистора на кварцевый резонатор. Такой генератор может формировать колебания до 25 МГц, в том числе и звуковой частоты.
Работа всех вышеперечисленных генераторов основана на резонансных свойствах колебательной системы, составленной из емкости и индуктивности. Соответственно, частота колебаний определяется номиналами этих элементов.
RC генераторы тока используют принцип фазового сдвига в резистивно-емкостной цепи. Наиболее часто применяется схема с фазосдвигающей цепочкой (рис. ниже).
Схема RC генератора с фазосдвигающей цепочкой
Элементы (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) выполняют сдвиг фазы для получения положительной обратной связи, необходимой для возникновения автоколебаний. Генерация возникает на частотах, для которых фазовый сдвиг оптимален (180 гр). Фазосдвигающая цепь вносит сильное ослабление сигнала, поэтому такая схема имеет повышенные требования к коэффициенту усиления транзистора. Менее требовательна к параметрам транзистора схема с мостом Вина (рис. ниже).
Схема RC генератора с мостом Вина
Двойной Т-образный мост Вина состоит из элементов (C1), (C2), (R3) и (R1), (R2), (C3) и представляет собой узкополосный заграждающий фильтр, настроенный на частоту генерации. Для всех остальных частот транзистор охвачен глубокой отрицательной связью.
Функциональные генераторы тока
Функциональные генераторы предназначены для формирования последовательности импульсов определенной формы (форму описывает некая функция – отсюда и название). Наиболее часто встречаются генераторы прямоугольных (если отношение длительности импульса к периоду колебаний составляет ½, то такая последовательность называется «меандр»), треугольных и пилообразных импульсов. Самый простой генератор прямоугольных импульсов – мультивибратор, подается как первая схема начинающих радиолюбителей для сборки своими руками (рис. ниже).
Схема мультивибратора – генератора прямоугольных импульсов
Особенностью мультивибратора является то, что в нем можно использовать практически любые транзисторы. Длительность импульсов и пауз между ними определяется номиналами конденсаторов и резисторов в базовых цепях транзисторов (Rb1), Cb1) и (Rb2), (Cb2).
Частота автоколебания тока может изменяться от единиц герц до десятков килогерц. ВЧ автоколебания на мультивибраторе реализовать невозможно.
Генераторы треугольных (пилообразных) импульсов, как правило, строятся на основе генераторов прямоугольных импульсов (задающий генератор) путем добавления корректирующей цепочки (рис. ниже).
Схема генератора треугольных импульсов
Форма импульсов, близкая к треугольной, определяется напряжением заряда-разряда на обкладках конденсатора С.
Блокинг-генератор
Предназначение блокинг-генераторов состоит в формировании мощных импульсов тока, имеющих крутые фронты и малую скважность. Длительность пауз между импульсами намного больше длительности самих импульсов. Блокинг-генераторы находят применение в формирователях импульсов, сравнивающих устройствах, но основная область применения – задающий генератор строчной развертки в устройствах отображения информации на основе электронно-лучевых трубок. Также блокинг-генераторы с успехом применяются в устройствах преобразования электроэнергии.
Генераторы на полевых транзисторах
Особенностью полевых транзисторов является очень высокое входное сопротивление, порядок которого соизмерим с сопротивлением электронных ламп. Перечисленные выше схемотехнические решения универсальны, просто они адаптированы под использование различных типов активных элементов. Генераторы Колпитца, Хартли и другие, выполненные на полевом транзисторе, отличаются только номиналами элементов.
Частотозадающие цепи имеют те же соотношения. Для генерирования ВЧ колебаний несколько предпочтительнее простой генератор, выполненный на полевом транзисторе по схеме индуктивной трехточки. Дело в том, что полевой транзистор, имея высокое входное сопротивление, практически не оказывает шунтирующее действие на индуктивность, а, следовательно, работать высокочастотный генератор будет стабильнее.
Генераторы шума
Особенностью генераторов шума является равномерность частотной характеристики в определенном диапазоне, то есть амплитуда колебаний всех частот, входящих в заданный диапазон, является одинаковой. Генераторы шума находят применение в измерительной аппаратуре для оценки частотных характеристик проверяемого тракта. Генераторы шума звукового диапазона часто дополняются корректором частотной характеристики с целью адаптации под субъективную громкость для человеческого слуха. Такой шум называется «серым».
Видео
До сих пор существует несколько областей, в которых применение транзисторов затруднено. Это мощные генераторы СВЧ диапазона в радиолокации, и там, где требуется получение особо мощных импульсов высокой частоты. Пока еще не разработаны мощные транзисторы СВЧ диапазона. Во всех других областях подавляющее большинство генераторов выполняется исключительно на транзисторах. Причин этому несколько. Во-первых, габариты. Во-вторых, потребляемая мощность. В-третьих, надежность. Вдобавок ко всему, транзисторы из-за особенностей своей структуры очень просто поддаются миниатюризации.
В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах приводится информация о принципах действия и особенностях функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.
Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.
В рассмотренных ранее схемотехнических решениях LC-генераторов в качестве активного элемента использовался биполярный транзистор. Однако при разработке миниатюрных радиопередатчиков и радиомикрофонов широко применяются схемы активных элементов, выполненных на полевых транзисторах. Главное достоинство полевых транзисторов, часто называемых канальными или униполярными, заключается в высоком входном сопротивлении, соизмеримом с входным сопротивлением электронных ламп. Особую группу составляют полевые транзисторы с изолированным затвором.
По переменному току полевой транзистор активного элемента высокочастотного генератора может быть включен с общим истоком, с общим затвором или с общим стоком. При разработке микропередатчиков чаще используются схемотехнические решения, в которых полевой транзистор по переменному току включен по схеме с общим стоком. Такая схема включения полевого транзистора аналогична схеме включения с общим коллектором для биполярного транзистора. В активном элементе, выполненном на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим стоком, нагрузка подключена в цепь истока транзистора, а выходное напряжение снимается с истока по отношению к шине корпуса.
Коэффициент усиления по напряжению такого каскада, часто называемого истоковым повторителем, близок к единице, то есть выходное напряжение практически равно входному. При этом фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами отсутствует. Истоковые повторители отличает сравнительно небольшое входное сопротивление при повышенном входном сопротивлении. Помимо этого для таких каскадов характерна малая входная емкость, что приводит к увеличению входного сопротивления на высоких частотах.
Одним из критериев классификации LC-генераторов на полевых транзисторах, как и генераторов на биполярных транзисторах, является схемотехническое решение цепи положительной обратной связи. В зависимости от примененной схемы цепи ПОС такие генераторы делятся на генераторы с индуктивной связью, с емкостной связью и трехточечные генераторы (так называемые трехточки). В генераторах с индуктивной связью цепь положительной обратной связи между входным и выходным электродами транзистора образована индуктивной связью, а в генераторах с емкостной связью – емкостной. В трехточечных ВЧ-генераторах, которые в свою очередь делятся на индуктивные и емкостные трехточки, резонансный контур подключен к активному элементу в трех точках.
Следует признать, что при разработке высокочастотных генераторов для миниатюрных радиопередающих устройств особой популярностью пользуются схемотехнические решения с полевыми транзисторами, основанные на применении индуктивной трехточки (схема Хартли). Дело в том, что на высоких частотах комплексное входное сопротивление полевого транзистора велико. Поэтому транзистор практически не шунтирует резонансный контур, то есть не оказывает никакого влияния на его параметры. Принципиальная схема одного из вариантов высокочастотного LC-генератора, выполненного по схеме Хартли на полевом транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим стоком, приведена на рис. 3.10.
Рис. 3.10. Принципиальная схема LC-генератора на полевом транзисторе по схеме Хартли
В рассматриваемой схеме активный элемент LC-генератора выполнен на полевом транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме истокового повторителя, то есть с общим стоком. Электрод стока транзистора замкнут на шину корпуса через конденсатор С2. Резонансный контур образован включенными параллельно подстроечным конденсатором С1 и катушкой индуктивности L1, от параметров которых зависит частота генерируемых колебаний. Этот контур подключен в цепь затвора полевого транзистора VT1.
Возникшие в резонансном контуре колебания подаются на затвор транзистора VT1. При положительной полуволне входного сигнала на затвор поступает соответственно положительное напряжение, в результате чего возрастает проводимость канала, а ток стока растет. При отрицательной полуволне колебания на затвор поступает соответственно отрицательное напряжение, в результате чего проводимость канала снижается, а ток стока уменьшается. Снимаемое с электрода истока транзистора VT1 напряжение подается в резонансный контур, а именно на вывод катушки L1, которая по отношению к истоку транзистора включена по схеме повышающего автотрансформатора. Такое включение позволяет увеличить коэффициент передачи цепи положительной обратной связи до необходимого уровня, то есть обеспечивает соблюдение условия баланса амплитуд. Выполнение условия баланса фаз обеспечивается включением транзистора VT1 по схеме с общим стоком.
Соблюдение условий баланса амплитуд и баланса фаз приводит к возникновению устойчивых колебаний на частоте резонанса колебательного контура. При этом частота генерируемого сигнала может изменяться с помощью подстроечного конденсатора С1 колебательного контура. Выходной сигнал, формируемый генератором, снимается с электрода истока полевого транзистора VT1.
При конструировании высокочастотных генераторов для микропередатчиков нередко используются схемотехнические решения с полевыми транзисторами, основанные на применении емкостной трехточки (схема Колпитца). Принципиальная схема одного из вариантов высокочастотного LC-генератора, выполненного по схеме Колпитца на полевом транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим стоком, приведена на рис. 3.11.
Рис. 3.11. Принципиальная схема LC-генератора на полевом транзисторе по схеме Колпитца
Активный элемент данного LC-генератора выполнен на полевом транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме с общим стоком. При этом электрод стока транзистора замкнут на шину корпуса через конденсатор С5. Параллельный резонансный контур образован катушкой индуктивности L1 и конденсаторами С1 – С4, от параметров которых зависит частота генерируемых колебаний. Этот контур включен в цепь затвора полевого транзистора.
Возникшие в резонансном контуре колебания подаются на затвор транзистора VT1. Снимаемое с электрода истока транзистора VT1 напряжение через цепь обратной связи подается в резонансный контур, а именно в точку соединения конденсаторов С3 и С4, образующих емкостной делитель. Выбор соответствующих величин емкостей конденсаторов С3 и С4, а также необходимого соотношения этих величин позволяет подобрать такой уровень коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, при котором обеспечивается соблюдение условия баланса амплитуд. Выполнение условия баланса фаз обеспечивается включением транзистора VT1 по схеме с общим стоком.
Соблюдение условий баланса амплитуд и баланса фаз обеспечивает возникновение устойчивых колебаний на частоте резонанса колебательного контура. При этом частота генерируемого сигнала может изменяться с помощью конденсатора С2 (грубая настройка) и конденсатора С1 (точная настройка). Выходной сигнал частотой около 5 МГц, формируемый генератором, снимается с электрода истока полевого транзистора VT1.
