5.3 Микросхема функционального генератора мах
Широкому распространению функциональных генераторов способствовала разработка ориентированных на их построение больших интегральных микросхем (БИС). Их применение не только удешевляет эти полезные приборы, но и позволяет достигнуть при их построении высоких технических характеристик. В частности, благодаря хорошо согласованным свойствам входящих в их состав полупроводниковых приборов и операционных усилителей.
Примером высококачественной микросхемы функционального генератора является микросхема МАХ038 фирмы MAXIM . Вид на ее корпус сверху представлен на рисунке 4. Микросхема выполнена в корпусе с 20 выводами и содержит все блоки типичного функционального генератора, включая преобразователь треугольного сигнала в синусоидальный.
Функциональная схема микросхемы МАХ038 показана на рисунке 5. Центральное место занимает собственно генератор OSCILLATOR, работа которого основана на заряде и разряде внешней емкости С регулируемым постоянным током. Для этого служит источник регулируемого тока OSCILLATOR CURENT GENERATOR. Такое решение обеспечивает заземление одной из обкладок обычно переключаемого конденсатора и позволяет менять частоту генератора изменением управляющего напряжения. Кроме того, при этом обеспечена возможность регулировки симметрии (скважности) импульсов и манипуляции.
Применение интегратора на основе управляемых источников тока имеет некоторые преимущества перед интегратором с емкостной отрицательной обратной связью — большая высокочастотность и меньшие искажения верхушек треугольных колебаний. Правда, получение высокой линейности треугольного напряжения оказывается более сложной задачей.
Для
получения синусоидального напряжения
применен преобразователь SINE
SHAPER,
а для получения прямоугольного напряжения
— дополнительный ком-
Рисунок 4 - Микросхема МАХ038 фирмы MAXIM
(Вид сверху)
Pucунок 5- Функциональная схема микросхемы МАХ038
паратор COMPARATOR. Коммутатор MUX служит для выбора формы сигнала (синусоидальной, треугольной или прямоугольной), а буферный усилитель для подключения нагрузки RLCL. Второй компаратор и фазовый детектор PHASE DETECTOR служат для создания сигналов синхронизации, которые используются осциллографом при работе с функциональным генератором.
На
рисунок 6 представлены рекомендованные
разработчиком типовые схемы включения
этой микросхемы — слева обычная, а
справа с несколько улучшенными
характеристиками.
ADJUST R6 FOR MINIMUM SINE-WAVE DISTORTION
Рисунок 6- Обычная и улучшенная схемы включения микросхемы МАХ038
фирмы MAXIM
На рисунке 7 представлены полученные широкополосным осциллографом осциллограммы сигналов функционального генератора на данной микросхеме — слева на частоте 50 Гц, а справа на предельной частоте 20 МГц. Нетрудно заметить, что на низкой частоте форма сигналов безупречна, а на частоте 20 МГц искажения сигнала заметны даже на глаз. Тут, однако, уместно отметить, что функциональные генераторы со столь высокой частотой довольно редкие приборы. Так что микросхема МАХ038 пригодна практически для всех массовых моделей функциональных генераторов.
Осциллограммы рисунок 8 дают представление и о других возможностях микросхемы, в частности о влиянии емкости нагрузки на форму импульсов прямоугольной формы, о возможности манипуляции и частотной модуляции выходного сигнала.
Специалистам о качестве сигналов генераторов лучше всего говорят спектрограммы сигналов. На рисунке 9 представлены спектрограммы двух сигналов — прямоугольного (слева) и синусоидального (справа). К примеру, из них видно, что уровень второй гармоники синусоидального сигнала с частотой 5.9 кГц на 50 дБ (почти в 300 раз) ниже уровня первой гармоники. Напротив, прямоугольный сигнал дает четко выраженные гармоники (особенно нечетные).
Pucунок 7- Осциллограммы сигналов функционального генератора МАХ038 на
частоте 50 Гц (слева) и 20 МГц (справа)
Pucунок 8- Осциллограммы, иллюстрирующие возможности микросхемы
MАХО38
Рисунок 9- Спектрограммы прямоугольного (слева)
и синусоидального (справа) сигналов
функционального генератора МАХ038