Integrovaný obvod MAX038, so šírkou pásma do 20 MHz, patril k druhej generácii integrovaných obvodov generátorov funkcií. Zámerne som uviedol "patril" nakoľko sa tento IC už nevyrába, stále ho môžete kúpiť ako základ pre stavbu poloprofesionálneho generátora funkcií.

Tento integrovaný obvod je v súčastnosti hojne využívaný a to aj vďaka čínskym predajcom v amatérskych konštrukciách nízkofrekvenčných generátorov funkcií po celom svete. Veď skúste si zadať do vyhľadávača frázu "MAX038" a zistíte sami, že aj keď ho už MAXIM dávno stiahol zo svojho portfólia, tak v podstate mu nič nebráni aby sa aj naďalej hojne používal ako náhrada za komerčne drahšie a konštrukčne náročnejšie konštrukcie nízkofrekvenčných generátorov signálu najmä pre amatérske prostredie. Aj v našom blogu bol už niekoľko krát opisovaný, ale iba povrchne, ako súčasť či už autorskej konštrukcie, alebo v podobe recenzie na hotový výrobok, či stavebnicu. Teraz sa naň pozrieme, tak trocha bližšie.

Prvá otázka, ktorá vás určite napadne je ...

Kde si môžete kúpiť tento integrovaný obvod?
U známych spoločností zaoberajúcich sa predajom elektronických komponentov ho už nenájdete vôbec, takže ho tam ani nehľadajte. Na AliExpresse však tento integrovaný obvod ponúkajú rôzny dodávatelia od približne 5 €. Na tej istej platforme nájdete aj niekoľko typov stavebníc a to už od 18 € - jednoduchších, ale aj zložiteších práve s týmto obvodom. Váš výber bude teda podľa toho, či potrebujete iba základné funkcie, ale potrebujete aj niečo viac. Tie vám poskytnú všetky potrebné komponenty, ktoré budete potrebovať pri stavbe generátora.

Integrovaný obvod MAX038 si môžte kúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

Stavebnicu generátora funkcií s MAX038 si môžte kúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

Príklad dodávaných stavebníc s integrovaným obvodom MAX038.

MAX038 od Maxim Integrated

MAX038 je  presný funkčný generátor, ktorý generuje sínusové, pílové, trojuholníkové, obdĺžnikové a impulzné signály s minimálnym počtom externých komponentov. Výstupná frekvencia je pritom nastaviteľná medzi 0,1 Hz a 20 MHz, a je určená externou sieťou RC, prúdovou a internou referenciou šírky pásma 2,5 V.
Pracovný cyklus je nastaviteľný medzi 10% a 90% pomocou ovládacieho napätia ± 2,3 V. Frekvenčnú moduláciu a rozmetanie je možné nastaviť rovnakým spôsobom. Tvar výstupného signálu je digitálne nastavený binárnym kódom na dvoch TTL kompatibilných SELECT pinoch. Všetky výstupné signály sú úplne symetrické so zemou a majú špičkovú hodnotu 2 V. Koncová vyrovnávacia pamäť má veľmi nízku výstupnú impedanciu a môže dodávať  prúdy až do ± 20 mA. K dispozícii je výstup SYNC kompatibilný s TTL, ktorý za každých okolností generuje časovo symetrický signál s rovnakou frekvenciou ako hlavný signál.
MAX038 má interný porovnávač fáz, pomocou ktorého môžete integrovať IC do PLL užívateľsky prívetivým spôsobom a fázovú uzamknutú slučku.

Hlavné parametre MAX038

• Frekvenčný rozsah 0,1 Hz až 20 MHz.
• Rozsah rozmetania v rozsahu 1 až 350.
• Skreslenie sínusovej vlny 0,75%.
• Výstupná impedancia 0,1 Ω.
• Teplotný posun 200 ppm / °C.
• Pracovný cyklus 10% až 90%.

Bloková schéma a činnosť obvodu

Interná bloková schéma a minimálna externá konfigurácia sú uvedené na obrázku nižšie.
Interný oscilátor je relaxačného typu, ktorého frekvencia je určená nabíjaním a vybíjaním kondenzátora pomocou dvoch konštantných prúdov. Týmto spôsobom sa vytvárajú trojuholníkové a štvorcové signály. Prúdy týchto dvoch prúdov sú riadené prúdom prúdiacim v kolóne IIN (10) a sú modulované napätím pripojeným na kolíky (8 a 7) FADJ a DADJ. Týmto spôsobom môžete ovládať pracovný cyklus a aplikovať frekvenčnú moduláciu. Prúd tečúci v kolóne IIN môže byť medzi 2 μA a 750 μA. S jedným a tým istým externým kondenzátorom môžete teda meniť frekvenciu viac ako dve desaťročia.
Použitím jednosmerného napätia medzi -2,4 V a +2,4 V na kolík FADJ môžete zmeniť frekvenciu výstupného signálu o ± 70%. Toto nastavenie môže slúžiť ako ďalšie jemné nastavenie výstupnej frekvencie. Z dôvodu prítomnosti veľmi stabilnej vnútornej referencie s výstupným napätím 2,5 V môžete uvedené nastavenia vykonať pomocou pevných odporov alebo potenciometrov medzi touto referenciou a kolíkmi IIN, FADJ a DADJ.
Po relaxačnom oscilátore nasleduje prevodník trojuholníka na sinus s veľmi nízkym vlastným skreslením. Binárne riadený analógový multiplexor preposiela trojuholníkové, sínusové alebo štvorcové výstupy do vyrovnávacieho zosilňovača.

Bloková schéma integrovaného obvodu MAX038.

Spínacia poloha tohto multiplexora je riadená napätím kompatibilným s TTL na vstupoch A0 (3) a A1 (4) takto:

• Sinus: A0 = 'X' A1 = 'H'
• Štvorec: A0 = 'L' A1 = 'L'
• Trojuholník: A0 = 'H' A1 = 'L'

Širokopásmový výstupný zosilňovač dodáva signál s konštantnou špičkovou hodnotou 2 V. bez ohľadu na nastavený tvar signálu. Napätie delta ide do komparátora, ktorý je zodpovedný za generovanie výstupu SYNC. Táto etapa má samostatné napájacie pripojenie a dá sa vypnúť. Hlavný oscilátor generuje dva fázové kvadratúrne signály, ktoré smerujú do detektora fázy EXOR. Druhý vstup môže byť spojený s externým signálom cez PDl pin (13). Obvod porovnáva fázu obidvoch signálov a dodáva prúd na kolíku PDO (12), ktorý môže byť priamo spojený so vstupom FADJ na synchronizáciu vnútornej frekvencie s externou.

Výstupná frekvencia

Vzťah medzi hodnotou kondenzátora (C_f), prúdom IIN (R_in) a generovanou frekvenciou vyplýva z nasledujúceho grafu. Maximálna linearita a minimálne skreslenie je zaručené, ak regulačný prúd zostáva medzi 10 μA a 400 μA.
Ak má obvod pracovať s pevnou frekvenciou, odporúča sa prúd 100 μA a môžete nastaviť frekvenciu podľa výberu externého kondenzátora. Hodnota tohto komponentu je medzi 20 pF a 100 μF.
Odporúča sa spojiť kolík COSC (5) zo zemou. Je zrejmé, že nemôžete použiť elektrolytické kondenzátory, pretože napätie na komponente je bipolárne.

Hodnota výstupnej frekvencie vo vzťahu ku kondenzátoru C_f.

Vstup FADJ

Výstupnú frekvenciu môžete modulovať pripojením napätia medzi -2,4 V a +2,4 V na tento vstup. Vzťah medzi frekvenčnou odchýlkou ​​D (v %) a napätím na tomto vstupe je daný:
V_FADJ = -0,0343 * D
Vzťah medzi výstupnou frekvenciou a napätím je daný:
f = f₀ * [1 - (0,2915 * V_FADJ)]
kde f₀ je frekvencia s riadiacim napätím 0 V.
Vstup FADJ vyžaduje prúd približne 250 μA  z externého napätia. Nastaviteľný zdroj napätia je samozrejme schopný tento prúd bez problémov dodať. Tento prúd môžete "vytvoriť" aj pomocou nastaviteľného trimra zo zdroja konštantného napätia. Teplotný koeficient tohto systému je však oveľa horší ako regulácia z regulovateľného zdroja napätia s minimálnou impedanciou.
Prevádzku FADJ môžete deaktivovať pripojením tohto kolíka k zemi prostredníctvom odporu 12 kΩ. Nevýhodou tohto systému je to, že generovaná frekvencia sa zdvojnásobí, ale výhodou je to, že teplotný koeficient na výstupnej frekvencii sa mierne znižuje.

Rozmetanie výstupnej frekvencie
Môžete rozmetať cez IIN alebo cez FADJ. Regulácia prúdu má najväčší rozsah, a preto sa odporúča. Výhodou je, že je potrebný iba kladný prúd, zatiaľ čo na riadenie prostredníctvom FADJ je potrebné bipolárne napätie.

Minimalizovanie sínusového skreslenia
Skreslenie na sínusovom výstupnom napätí môžete minimalizovať použitím obvodu na obrázku nižšie. Obvod aplikuje veľmi stabilné napätie ± 100 mV na nastavenie DADJ pracovného cyklu, takže je možné optimalizovať časovú symetriu výstupného napätia. Tým sa zníži harmonické skreslenie sínusového signálu.

Minimalizovanie skreslenia sínusovej vlny.

Použitie PLL
Interný fázový detektor umožňuje zahrnúť MAX038 do fázy blokovanej slučky (PLL), čo vám umožňuje pevne prepojiť výstupnú frekvenciu s frekvenciou externého signálu. Základná schéma je nakreslená na nasledujúcom obrázku. Keď je PPL zablokovaný, výstup PDO dodáva približne 250 μA prúdu, ktorý je rozdelený medzi rezistorový RPD a vstup FADJ. Hodnota rezistora určuje rozsah záchytu PLL. Čím väčší je odpor, tým menší je rozsah snímania.

Základné zapojenie PLL.

Napájacie napätie a prúdy
Analógové obvody v MAX038 musíte dodávať symetricky. IC tiež vyžaduje pozitívne digitálne napájanie. Analógové a digitálne napájacie napätie musí byť navzájom veľmi dobre odpojené!
Uplatňujú sa tieto limitné hodnoty:

• Analógovo pozitívny V +: + 4,75 V min., +5,25 V max.
• Digitálne pozitívne DV +: + 4,75 V min., +5,25 V max.
• Analógovo negatívne U-: -4,75 V min., -5,25 V max.
• Analógový kladný napájací prúd: max. 45 mA.
• Digitálny kladný napájací prúd: max. 2 mA.
• Analógový záporný napájací prúd: -55 mA max.
• Referenčná hodnota vnútorného napätia: +2,48 V min., Typická +2,50 V, max. +2,52 V.
• Referenčná teplota Tempco: 20 ppm / ° C
• Referenčná referenčná kapacita: max. 4 mV / mA.

Špecifikácie výstupného napätia
Nasledujúce špecifikácie sú uvedené pre tri základné výstupné napätia štvorec, sínus a trojuholník:
Výstup s obdĺžnikovou vlnou:

• Najvyššia hodnota: 1,9 V min., Typicky 2,0 V, max. 2,1 V.
• Čas nábehu: typický 12 ns
• Fall time: 12 ns typicky
• Pracovný cyklus: 47% min., Typický 50%, max. 53%.

Výstup z trojuholníkovej vlny

• Najvyššia hodnota: 1,9 V min., Typicky 2,0 V, max. 2,1 V.
• Nelinearita: typická 0,5%
• Pracovný cyklus: 47% min., Typický 50%, max. 53%.

Výstup sínusovej vlny:

• Najvyššia hodnota: 1,9 V min., Typicky 2,0 V, max. 2,1 V.
• Skreslenie: 1,50% neupravené, 0,75% neupravené

Výstup synchronizácie:

• Amplitúda: 'L': max. 0,4 V, 'H': 2,8 V min
• Čas nábehu: Typický 10 ns
• Fall time: 10 ns typicky
• Pracovný cyklus: 50%

Výstupné signály pri 20 MHz a pri 100 kHz
Obrázky nižšie ukazujú tvar troch základných signálov pri frekvencii 20 MHz a pri 100 kHz.

Výstupné napätie pri 20 MHz.

Výstupné napätie pri 100 kHz.

Údaje o pripojení a funkcia jednotlivých pinov

MAX038 je obsiahnutý v 20-pinovom DIL puzdre. Funkcia pinov je nižšie stručne vysvetlená.

• Pin 1: REF - Výstupný pin internej referencie na bandgap 2,5 V.
• Pin 2: GND - Jeden z vnútorne odpojených uzemňovacích kolíkov.
• Pin 3: A0 - Prvý vstup pre binárny výber tvaru signálu.
• Pin 4: A1 - Druhý vstup pre binárny výber tvaru signálu.
• Pin 5: COSC - Pripojenie externého kondenzátora na nastavenie frekvencie.
• Pin 6: GND - Jeden z vnútorne odpojených uzemňovacích kolíkov.
• Pin 7: DADJ - Vstup pre nastavenie pracovného cyklu.
• Pin 8: FADJ - Vstup pre jemné doladenie frekvencie.
• Pin 9: GND - Jeden z vnútorne odpojených uzemňovacích kolíkov.
• Pin 10: IIN - Aktuálny vstup pre hrubé nastavenie frekvencie.
• Pin 11: GND - Jeden z vnútorne odpojených uzemňovacích kolíkov.
• Pin 12: CHOP - Ak sa táto funkcia nepoužíva, musí byť výstup fázového detektora uzemnený.
• Pin 13: PDI - Ak sa táto funkcia nepoužíva, musí byť pripojený vstup detektora fázy.
• Pin 14: SYNC - Výstup kompatibilný s TTL / CMOS, ktorý umožňuje synchronizáciu interného oscilátora s externým signálom, by sa mal ponechať otvorený, ak sa táto funkcia nepoužíva.
• Pin 15: DGND - Digitálna zem.
• Pin 16: DV + - Digitálne napájacie pripojenie +5 V, potrebné iba ak sa používa funkcia SYNC.
• Pin 17: V + - Kladné napájanie +5 V.
• Pin 18: GND - Jeden z vnútorne odpojených uzemňovacích kolíkov.
• Pin 19: OUT - Výstupný signál signálu generátora funkcií.
• Pin 20: V- -5 V záporné napájacie napätie.

Detail púzdra MAX038 s popisom vývodov.

Príklady rôznych zapojení obvodov s MAX038

Veľmi jednoduchý sínusový oscilátor
V schéme na obrázku nižšie sa MAX038 používa ako sínusový oscilátor, ktorého frekvencia je určená hodnotou kondenzátora C_f a rezistora R_in.

Schéma zapojenia jednoduchého generátora sínusového signálu.

Experimentálny obvod s MAX038
Na nasledujúcom obrázku je schéma „hodnotiacej rady“ vyvinutá spoločnosťou Maxim Integrated. Obvod okolo MAX038 je plne nastaviteľný pomocou prepojok. MAX442 bol pridaný tak, aby zodpovedal výstupnej impedancii MAX038 so štandardným 50 Ω BNC káblom, ktorý spája osciloskop s obvodom. Niektoré merania sa uskutočňovali na takomto testovacom okruhu v laboratóriu Vego, z ktorého sa ukázalo, že aj bez úpravy minimálneho skreslenia je priemerná hodnota skreslenia na sínuse iba 0,65%. Okruh bol naladený na minimálne skreslenie pri 1 kHz (0,6%) a potom sa prehnal medzi 200 Hz a 20 kHz. Na týchto limitoch bolo celkové harmonické skreslenie 1,2% a 1,3%.

PLL s externým fázovým detektorom
Samozrejme môžete použiť aj externý detektor fázy. Príklad tohto je uvedený na nasledujúcom obrázku. Jeden vstup detektora fázy sa potom vyšle z výstupu SYNC na MAX038 s prepojením frekvenčných deličov alebo bez nich. Hodnoty R4, R5 a R6 definujú rozsah synchronizácie, zatiaľ čo hodnota C4 definuje rozsah zachytenia. Nevýhodou tohto obvodu je, že blokuje tak základnú frekvenciu, ako aj harmonické.

Zapojenie PLL s externým fázovým detektorom.

Funkčný generátor od 5 Hz do 5 MHz
Na nasledujúcom obrázku je ľahko replikovateľný generátor jednoduchých funkcií, ktorý vytvára sínus, trojuholníky a obdĺžniky s frekvenciami medzi 5 Hz a 5 MHz. Frekvenčné rozsahy sa volia pomocou S2 a kondenzátorov pripojených k tomuto prepínaču. Upozorňujem, že kondenzátory C6 a C7 sa nesmú používať! Prepínač S2 vám umožňuje zvoliť tri krivky. Výstup poskytuje pevné výstupné napätie, ktoré môžete nastaviť pomocou potenciometra R8 s nízkym odporom.
S kapacitným trimrom C1 môžete nastaviť najvyšší rozsah.

Jednoduchý funkčný generátor signálu.

Digitálne programovateľný syntetizátor frekvencie
Na záver tejto článku o MAX038 (7€ / ks) je na obrázku nižšie schéma digitálne programovateľného syntetizátora frekvencie s frekvenčným rozsahom 8 kHz až 16,383 MHz a rozlíšením 1 kHz.
Srdcom obvodu je kryštálovo riadený frekvenčný generátor od spoločnosti Motorola, MC145151. Tento integrovaný obvod obsahuje frekvenčné deliče, ktoré sú programovateľné pripojením N vstupov k zemi. Otvorením spínača sa zvýši výstupná frekvencia o hodnotu uvedenú pri prepínači. Tento IC je ponúkaný cez AliExpress za cca 1 € / kus.
Prepínače tiež smerujú na dvanásť bitový DAC  - MX7541 (10€ / 5ks). Výstupné napätie tohto DAC sa prevádza na prúd cez operačný zosilňovač MAX412 (7€ / 5ks). Výstupný prúd riadi IIN pin MAX038 a nastavuje výstupnú frekvenciu generátora.
Táto frekvencia musí byť samozrejme spojená s výstupnou frekvenciou kryštálového oscilátora. MC145151 obsahuje detektor fázy, ktorého výstup ovláda vstup FADJ MAX038 cez dolnopriepustný filter (MAX427).
Na výstupe je zahrnutý dvojitý dolnopriepustný filter LC, ktorý potlačuje vyššie harmonické.

Digitálne programovateľný syntetizátor frekvencie.

Slovo na záver

Aj keď MAX038 "výbehovým" typom, tak ho určite netreba zatracovať, nakoľko je to vždy zaujímavý komponent pre stavbu generátora funkcií, alebo na experimentovanie s ním. Pokiaľ vás článok zaujal a rozhodli ste sa pre stavbu, tak v poslednej stati nájdete priame odkazy na kúpu potrebných integrovaných obvodov k stavbe, tak aj samotného MAX038.

Integrovaný obvod MAX038 si môžte kúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

Stavebnicu generátora funkcií s MAX038 si môžte kúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)