Niekedy je potrebné otestovať parametre nízkofrekvenčných zosilňovačov, pri frekvenciách rôznych frekvenciách a to niekedy až do výšky signálu do 10 MHz. Z tohto dôvodu som chcel navrhnúť jednoduchý a pritom relatívne lacný generátor, ktorý nebude problém vyrobiť aj v domácich podmienkach a s celkom slušnými parametrami.

Po dlhom hľadaní (metóda pokus a omyl) som sa nakoniec rozhodol pre čip MAX038 od Maxim. Jedná sa o kompletný sínusový / štvorcový / trojuholníkový generátor s funkciou 20 MHz v jednom čipe! Aj keď je možné zostaviť kompletný funkčný generátor iba pomocou MAX038 (pokiaľ by som sa pridŕžal iba katalógového zapojenia obvodu), zistil som, že na vytvorenie plnohodnotného funkčného generátora funkcií je potrebné ho doplniť o ďalšie obvody.

Tu opísaná konečná konštrukcia je schopná vytvárať sínusové, štvorcové, trojuholníkové a TTL signály na úrovni až do 20 MHz. Normálne by bol analógový funkčný generátor schopný vytvoriť tieto frekvencie, no bol by veľmi nákladný na výrobu a aj cenu a jednalo by sa hlavne o dosť zložité zapojenie a to som nechcel. Ako vidíte, celý tento návrh pozostáva zo 4 integrovaných obvodov pre generátor a 2 pre napájanie.

Upozorňujem, že tento generátor bol navrhnutý pre najvyššie možné frekvenčné pokrytie a pre najnižšiu možnú úroveň skreslenia, takže by mal byť vhodný pre všetky druhy aplikácií.

Bloková schéma MAX038

Bloková schéma integrovaného obvodu v základnom zapojení

Prekvapivo, MAX038 nepoužíva žiadne nápadité techniky na vytváranie frekvencií od 1 Hz do 20 MHz alebo viac. Namiesto toho používa jednoduchý oscilátor relaxačného typu, ktorý pracuje nabíjaním a vybíjaním kondenzátora (na pine 5) pomocou konštantného prúdu. V zásade ide o integrátor s dvoma sklonmi "dul slope", ktorý vytvára trojuholníkovú vlnu, ktorej frekvencia je určená externým oscilátorovým kondenzátorom a vstupným prúdom na IIN pine. Táto vnútorná vlna trojuholníka sa privádza do vnútorného komparátora, aby sa vytvorila funkcia štvorcovej vlny. Funkcia sínusovej vlny sa vytvára privádzaním trojuholníkovej vlny do obvodu sínusovej vlny, ktorý automaticky koriguje požadovanú frekvenciu, a vytvára sínusovú vlnu s primeraným nízkym skreslením pri konštantnej amplitúde. Sinusové, štvorcové a trojuholníkové vlny sa potom privádzajú do multiplexora, ktorý vyberá, ktoré funkcie sa majú vysielať cez výstupnú vyrovnávaciu pamäť s nízkou impedanciou.

MAX038 robí všetku prácu pri vytváraní skutočného tvaru vlny, takže zvyšné obvody len rozhodujú o tom, ktorá frekvencia má byť aktívna a aký typ vlny (sínus / štvorec / trojuholník) sa má vytvárať.

Schéma zapojenia

Schéma zapojenia v originálnej veľkosti - klikni

Popis zapojenia a funkcie

Výstupná frekvencia je určená tromi faktormi. Prvým z nich je hodnota kondenzátora oscilátora na pine 5, ktorý nastavuje frekvenčný rozsah, v ktorom bude čip pracovať. Druhým a tretím faktorom je prúdový vstup „IIN“ (pin 10) a piny „FADJ“ (pin 8) s nastavením frekvencie. Na rozdiel od svojho názvu nie je pin na nastavenie frekvencie najlepším spôsobom úpravy výstupnej frekvencie. Výstupná frekvencia je v skutočnosti priamo úmerná prúdu, ktorý prúdi na IIN pin. Vstup FADJ sa používa iba na jemnejšie nastavenie frekvencie (alebo na frekvenčnú moduláciu), pretože má len asi 70% rozsahu nastavenia IIN. Obvod FADJ dodáva výstupnej frekvencii malý teplotný koeficient. V kritických aplikáciách s otvorenou slučkou som vypol pripojenie FADJ k GND (nie REF) cez odpor 12 km / h (R8 na obrázku schémy zapojenia).

Prúd do IIN používaný na nastavenie výstupnej frekvencie sa môže pohybovať od približne 2uA do 750uA, ale pre optimálny výkon musí byť medzi 10uA až 400uA. IIN pin funguje ako virtuálna zem, a preto je to jednoduchá záležitosť aplikovania kladného napätia cez odpor na IIN. To vytvára prúd do IIN, ktorý sa dá jednoducho zistiť pomocou Ohmovho zákona.

V skutočnosti môže byť výstupná frekvencia spojená s jednoduchým vzorcom:

Fo (MHz) = IIN (uA) / Cf (pF)

Kde Cf je hodnota kondenzátora oscilátora na pine 5. Tento vzorec predpokladá, že FADJ je pri nulových voltoch. Použité kondenzátory pre 6 frekvenčných rozsahov: 22pF, 220pF, 2,2nF, 22nF, 220nF a 2,2uF. Okrem 22pF (NPO keramika) a 220pF (polistyrol) sú ostatné kondenzátory na báze polipropylénu.

Napätie na DADJ (pin 7) riadi pracovný cyklus krivky (definovaný ako percento času, kedy je výstupná krivka kladná). Ak VDADJ = 0V (vybrané SW2), pracovný cyklus je 50%. Zmena tohto napätia z + 2,3 V na -2,3 V prostredníctvom P1 spôsobuje, že sa výstupný pracovný cyklus mení od 15% do 85%, približne -15% na volt. Napätia nad ± 2,3 V môžu posunúť výstupnú frekvenciu a / alebo spôsobiť nestabilitu.

SYNC (pin 14) je výstup kompatibilný s TTL / CMOS, ktorý je možné použiť na synchronizáciu externých obvodov. Výstup SYNC je štvorcová vlna, ktorej stúpajúca hrana sa zhoduje s výstupnou stúpajúcou sinusovou alebo trojuholníkovou vlnou, keď prechádza cez 0V. Keď je vybraná obdĺžniková vlna, stúpajúca hrana SYNC nastáva uprostred pozitívnej polovice výstupnej obdĺžnikovej vlny, účinne 90 stupňov pred výstupom. Pracovný cyklus SYNC je stanovený na 50% a je nezávislý od kontroly DADJ. Pretože SYNC je veľmi rýchlym TTL výstupom, vysokorýchlostné prechodné prúdy v DGND (kolík 15) a DV + (pin 16) môžu vyžarovať energiu do výstupného obvodu, čo spôsobuje úzku špičku vo výstupnej krivke. Tento bod je ťažko viditeľný pri osciloskopoch, ktoré majú šírku pásma menej ako 100 MHz. Indukčnosť a kapacita IC soketov má tendenciu zosilňovať tento účinok, preto sa sokety neodporúčajú, keď je zapnutá SYNC. SYNC je napájaný zo samostatných uzemňovacích a napájacích kolíkov (DGND a DV +) a dá sa vypnúť vytvorením otvoreného obvodu DV + s SW3. Ak sa synchronizácia externých obvodov nepoužíva, využíva sa  vypnutie systému SYNC otvorením DV + eliminuje špičku.

MAX038 obsahuje TTL / CMOS fázový detektor, ktorý sa dá použiť v slučke s fázovou zámkou (PLL) na synchronizáciu jeho výstupu s externým signálom - čo sa pri návrhu nepoužíva. Pretože sa tento interný detektor fázy nepoužíva, PDI a PDO sú pripojené k GND.

Na odstránenie akýchkoľvek deformácií týkajúcich sa zaťaženia používam ako výstupnú vyrovnávaciu pamäť operačný zosilňovač - AD847, obvod s vyrovnávacou pamäťou videa.

Doska pločných spojov

Osadenie a návrh. Strana spojov

Strana TOP dosky plošnáho spoja s medemou vrstvou a osadením komponentov.

Realizácia

Pokiaľ chceme ostať z MAX038 maximum, vyžaduje to pozornosť pri výrobe dosky plošného spoja a obtokoch pri napájaní a rozmiestnení dosiek. Používam nízkoimpedančné pripojenie všetkých päť pinov GND. V + a V- sú priamo obchádzané k základnej rovine s 22nF NPO keramickými kondenzátormi súbežne s 47uF ultra nízkoimpedančnými elektrolytickými kondenzátormi. Dodržte čo najkratšie vodiče kondenzátora (najmä pri keramike 22nF), aby sa minimalizovala sériová indukčnosť, sú pripojené k pinom MAX038 priamo na základnej rovine. Pretože sa dá použiť SYNC (zapínať / vypínať prostredníctvom SW3), DV + sú pripojené k V +, DGND musí byť pripojený k základnej rovine, medzi DV + a DGND je pripojený jeden tantalový kondenzátor 22 pF (piny 16 a 15). Nie je potrebné používať samostatný zdroj alebo prevádzkovať oddelené stopy pre DV +.

Napájací obvod obsahujúci 78L05 a 79L05 je štandardné +/- 5V regulované napájanie napájané jednosmerným usmerneným striedavým vstupom.

Namerané priebehy signálu

Záver

Integrovaný obvod MAX038 je najvýkonnejším jednosmerným generátorom funkcií, ktorého výroba sa, žiaľ, zastavila. Bohužiaľ nerozumiem tomu, prečo bola jeho výroba zastavená alebo prečo sa iní výrobcovia doteraz nevyvinuli podobný integrovaný obvod.

Datasheet MAX038 (.pdf) - klikni

Zdroj : mihalcz.ingyenweb.hu

Ďakuje za prečítanie :)