Низкочастотный измеритель АЧХ
НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АЧХ.
Прибор представляет собой синусоидальный генератор звуковой частоты с ручной и автоматической ее перестройкой в пределах двух поддиапазонов: 40...1000 Гц и 1...25 кГц. Генератор позволяет наблюдать АЧХ исследуемого устройства непосредственно на экране осциллографа (например, Н313, С1-94 и т. п.). Это значительно упрощает и делает наглядным процесс настройки магнитофонов, контроль АЧХ различных низкочастотных фильтров, регуляторов тембра и других устройств.
В режиме автоматической перестройки частоты генератор циклически, с периодом около 100 мс, вырабатывает синусоидальный сигнал, частота которого линейно и непрерывно увеличивается (сканирует) от нижней (fн) до верхней частоты (fв) выбранного поддиапазона. Циклы сканирования разделены между собой паузами длительностью около
10 мс, в течение которых на выходе генератора сигнал отсутствует. Эти паузы предназначены для синхронизации развертки осциллографа при наблюдении АЧХ.
Прибор позволяет регулировать верхнюю частоту сканирования в пределах 300...1000 Гц на первом поддиапазоне и 8...25 кГц на втором. Выходное напряжение можно регулировать плавно и ступенчато (уменьшать на 20 дБ). Максимальный его уровень, — 0,6 В. В режиме ручной перестройки частоты он работает как обычный ГЗЧ с двумя соответствующими поддиапазонами.
Питается прибор от сети переменного тока напряжением 220 В и потребляет мощность не более 5 Вт. Он не содержит дорогих и дефицитных деталей. Принципиальная схема приведена на рис. 1.
На транзисторах VT1 и VT3 собран стабилизированный источник питания с выходными напряжениями +5 и —5 В.
В режиме автоматической перестройки частоты, когда переключатель SB1 находится в положении “СК”, устройство работает так: транзисторы VT3,
VT4, резисторы R5-R8, логический элемент DD1.4 и конденсатор С7 образуют генератор цикла. Он формирует на резисторе R7 положительные прямоугольные импульсы, длительность которых определяет длительность паузы, а период следования равен циклу сканирования генератора.
На элементах VT5-VT7, R9—R12, С8, С10, VD5 собран генератор линейно нарастающего напряжения (ЛНН). Это напряжение определяет частоту выходного сигнала генератора. В начале каждого цикла закрывается транзистор VT5 и конденсатор С8 начинает заряжаться. Благодаря действию обратной связи через конденсатор С10 ток заряда конденсатора С8 стабилизирован и, следовательно, напряжение на нем в процессе заряда возрастает линейно. По окончании цикла открывается транзистор VT5 и конденсатор С8 разряжается. С началом нового цикла процесс повторяется. Регулировка амплитуды выходного напряжения генератора ЛНН осуществляется переменным резистором R11.
Выходной сигнал генератора ЛНН с эмиттера транзистора VT6 поступает на вход релаксационного генератора, выполненного на основе реверсивного интегратора. Он состоит из операционного усилителя (ОУ) DA1, логических элементов DD1.1—DD1.3, транзисторов VT13, VT16, резисторов R13-R17, R33- R38, конденсаторов С11, С12 и переключателя поддиапазонов SB2. Собственно интегратор собран на ОУ DA1, а на элементах DD1.1, DD1.2 собран компаратор выходного напряжения, управляющий через элемент DD1.3 направлением интегрирования. Для улучшения симметрии выходного напряжения релаксационного генератора в схему введен компенсирующий ключ на транзисторе VT13. Так как закон изменения частоты сигнала определяется формой напряжения генератора ЛНН, то, следовательно, в течение рабочей части цикла, когда происходит заряд конденсатора С8, частота линейно возрастает от значения fн до fв, которые определяются выбранным поддиапазоном. С выхода интегратора изменяющийся по частоте сигнал треугольной формы через резистор R18 поступает на устройство преобразования в синусоидальный сигнал, выполненное па транзисторах VT8—VT12. Работа устройства преобразователя описана в [Л]. Ключ на элементе DD1.4 шунтирует вход схемы преобразования на моменты разряда конденсатора С8, формируя паузы между циклами сканирования. В эти моменты частота сигнала интегратора быстро меняется от fн до fв.
Синусоидальный сигнал, сформированный устройством преобразования, через эмиттерный повторитель на транзисторе VT14 поступает на регулятор амплитуды выходного напряжения прибора — переменный резистор R26, a затем на базу транзистора VT15 выходного каскада. Потенциал эмиттера транзистора VT15, задаваемый делителем R27, R28. близок к 0 В, поэтому на выходе прибора отсутствует переходный конденсатор. Резисторы R30, R31 образуют выходной делитель сигнала на 20 дБ, коммутируемый переключателем SB3.
В режиме ручной перестройки частоты прибор работает как обычный генератор синусоидальных колебаний, имеющий два поддиапазона: 40...1000 Гц и 1...25 кГц. Выбор поддиапазонов производят переключателем SB2, а частоту генерации устанавливают переменным резистором R11. В этом режиме переключатель SB1 переведен в положение “Fо” работа генераторов цикла и ЛНН прекращается, ключ DD1.4 не переключается и синхронизирующие паузы, ненужные в этом режиме, на выходе прибора отсутствуют.
Для налаживания прибора необходимы осциллограф, вольтметр и генератор звуковой частоты. Более точно прибор можно настроить при использовании частотомера и измерителя нелинейных искажений.
Налаживание начинают с режима ручной перестройки частоты, для этого переключатель SB1 переводят в положение “Fо”, SB2 — в положение “X 1”, движок резистора R11 — в крайнее верхнее (по схеме) положение. Контролируя сигнал, вырабатываемый интегратором (вывод 5 микросхемы DA1), подбором емкости конденсатора С11 добиваются получения частоты генерации в пределах 24...26 кГц. Затем подбором сопротивления резистора R35 устанавливают эту частоту равной 25 кГц и контролируют форму сигнала интегратора в диапазоне частот от 1 до 25 кГц. Она должна быть треугольной и симметричной относительно оси ординат, т. е., продолжительность прямого и обратного хода “пилы” должна быть одинаковой. Симметрия зависит от величины сопротивления резистора R16, подбором которого можно устранить замеченные отклонения. После осуществления симметрирования формы колебаний следует вновь проверить верхнюю частоту генерации и при необходимости подбором резистора R35 установить ее равной 25 кГц.
Следующий этап — регулировка преобразователя треугольной формы колебаний в синусоидальную. Она сводится к подбору резисторов R18 и R20. Величина сопротивления резистора R18 определяет амплитуду напряжения, поступающего на вход схемы преобразователя, а величина резистора R20 передаточную функцию преобразователя (форму колебаний). При регулировке необходимо получить на выходе преобразователя сигнал, наиболее близкий по форме к синусоидальному. Для этого удобно использовать измеритель нелинейных искажении и вести подбор R18 и R20 по минимуму коэффициента гармоник на частоте 1 кГц, а затем визуально проконтролировать правильность настройки преобразователя по всему поддиапазону от 1 до 25 кГц.
Настроив преобразователь, приступают к подбору емкости конденсатора С12.
Переключатель SB2 устанавливают в положение “Х0,04”, а движок переменного резистора R11 — в верхнее (по схеме) положение. Подбором емкости конденсатора С12 добиваются частоты генерации 1 кГц.
Следующая операция настройки — проверка постоянной составляющей на выходе прибора, она максимальна при положении SB3 в “0 дБ”. Допустимым можно считать значения в интервале от 0 до +0,1 В, в противном случае необходимо подобрать сопротивление резистора R28. На этом настройка прибора в режиме ручной перестройки частоты заканчивается, и можно приступать к настройке режима сканирования.
Переключатель SB1 переводят в положение “СК”, SB2 — в положение “X1” и осциллографом контролируют сигнал на выходе прибора. Он должен представлять собой последовательность “пачек” длительностью 80...120 мс, разделенных паузами длительностью 5... 15 мс. Эти временные параметры зависят от постоянных времени цепочек R6C7 и R5C7 соответственно и могут быть скорректированы подпором емкости конденсатора С7 (длительность “пачки”) и резистора R5 (длительность паузы). Далее, подключив осциллограф к эмиттеру транзистора VТ6, контролируют сигнал генератора ЛНН, максимальная амплитуда которого должна быть не менее 4,5 В, а вершина “пилы” не должна иметь плоской части.
Изменение положения движка резистора R11 должно приводить к изменений амплитуды “пилы” в три раза без изменения ее формы. Настройку генератора ЛНН производят подбором сопротивления резистора R10 до получения максимальной амплитуды неискаженного сигнала.
Следующий этап - градуировка шкал переменного резистора R11 в режимах “СК” и “Fо”. Обе шкалы прибора линейные. Количество отметок, практически достаточное для работы - 8— 10 по шкале “Fо” (это могут быть 1, 3, 5, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25) и 5-6 по шкале “СК” (8, 10, 14, 16, 20, 25). При переключении поддиапазонов шкалы совпадают с поправочными коэффициентами “Х1” и “Х0,04”, обозначенными у переключателя SB2.
Градуировка шкалы “Fо” не представляет трудностей, это можно сделать частотомером или по фигурам Лиссажу. Градуировку шкалы “СК” с удовлетворительной точностью можно провести таким способом.
Для градуировки собирают схему согласно рис. 2. При равенстве амплитуд сигналов эталонного генератора и настраиваемого прибора на осциллограмме нетрудно отметить точку совпадения частот прибора и генератора (по нулевым биениям). Это свойство осциллограммы и используют в работе.
Переключатель SB2 ставят в положение “X1” на эталонном генераторе последовательно
устанавливают частоты 25 20, 16, 14, 10, 8, кГц, соответствующие верхним частотам сканирования прибора.
Перемещая движок резистора R11, добиваются смещения точки совпадения частот на правый край осциллограммы, омечая на шкале “СК” положения движка R11, соответствующие установленным частотам эталонного генератора.
Выходное напряжение прибора стабильно по амплитуде во всем диапазоне генерируемых частот, поэтому переменный резистор R26 можно оснастить шкалой выходного сигнала.
Для удобства регулировки конденсатор C12 следует составить из двух-трех паралельно соединенных конденсааторов емкостью 0,025 мкФ, 3300 пФ, 1500 пФ, а в качестве резисторов R10, R16, R18, R28, R35 использовать подстроечные с номиналом в 1,5-2 раза большем, чем указано на схеме.
Сетевой трансформатор T1 - любой маломощный понижающий трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке напряжение в пределах 6...7 В при токе 0,1 A.
С. ПЕРМЯКОВ
г.Загорск, Московской обл.
РАДИО № 7, 1988 г., с.56-58
ЛИТЕРАТУРА
Формирователь синусоидального напряжения. Радио, 1983, № 5, с. 61.
