Введение

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор. Источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах инициирующих измерения или технологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими состояниями или периодическими колебаниями. Они присутствуют практически везде.

Генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультимерах, осциллографах, радиоприёмниках ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ (накопители на магнитной ленте или магнитных дисках, устройства печати, алфавитно-цифровой терминал), почти в любом цифровом приборе (счётчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с «многократным отображением») и во множестве других устройств. Устройство без генератора либо вообще ни на что не способно, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор).

В данной работе рассмотрена реализация функционального генератора. Приводятся функциональная и принципиальная схемы проектируемого устройства, описываются его основные характеристики, принцип построения и работы.

1. Выбор и обоснование направления проектирования

При проектировании функционального генератора был проведен обзор и анализ литературы. При обзоре были выбраны основные блоки устройства и элементы блоков, позволяющие реализовать требования проекта.

Из обзора информационных материалов были выделены аналоги разрабатываемого устройства, симметричный мультивибратор, генератор линейно изменяющегося напряжения и синусоидальных колебаний [1], которые выполняют схожие задачи.

Рассмотрим аналоги более подробно.

Симметричный мультивибратор [1] схема которого представлена на рисунке 1.1, предназначен для генерирования периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы с требуемыми параметрами (амплитудой, длительностью, частотой следования, и др.). Мультивибратор выполняет функцию задающего (ведущего) генератора, формирующего запускающие входные импульсы для последующих узлов и блоков в системе импульсного или цифрового действия. Длительности импульса и паузы выходного сигнала такого мультивибратора равны между собой: t_и­ = t_и1 = t­_и2 (рисунок 1.2). Преимуществом этого аналога является то, что он работает в режиме самовозбуждения, и для формирования импульсного сигнала не требуется внешнее воздействие, а процесс получения импульсного напряжения основывается на преобразовании энергии источника постоянного тока. Недостаток - отсутствие треугольных импульсов и гармонического сигнала на выходе генератора.

Рисунок 1.1 – Схема симметричного мультивибратора

Рисунок 1.2 - Временные диаграммы работы симметричного мультивибратора

В генераторе линейно изменяющегося [1] напряжения используется начальный участок экспоненциального заряда конденсатора, а функцию элемента создающего цепь для быстрого разряда конденсатора выполняет транзистор. Цикл начинается с линейного нарастания опорного сигнала от нуля (рисунок 1.3). Временной интервал формируется с начала цикла до момента совпадения преобразуемого и опорного сигнала. Достоинством этого аналога является то, что он генерирует треугольные импульсы, а недостатком – отсутствие прямоугольных импульсов и гармонического сигнала на выходе генератора.

Рисунок 1.3 - Временные диаграммы работы генератора линейно изменяющегося напряжения

Генератор синусоидальных колебаний [1] осуществляет преобразование энергии постоянного тока в переменный ток требуемой частоты. Для диапазона низких частот применяют RC генераторы. Они основаны на использовании частотно-зависимых цепей, составляемых из резисторов и конденсаторов. Достоинством этого аналога является то, что он генерирует гармонический сигнал, а недостатком – отсутствие прямоугольных и треугольных импульсов на выходе генератора. Обобщённая функциональная схема генератора представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Обобщённая функциональная схема генератора

Все указанные устройства схожи и частично выполняют требования технического задания.

В целом, за прототип можно принять симметричный мультивибратор [1], удовлетворяющий основным требованиям технического задания, и затем добавить фильтр нижних частот [2,3] для получения на выходе гармонического сигнала. А так как прототип работает только с положительным напряжением, дополнительно введём интегратор, чтобы, используя сигнал индикации полярности выбирать с помощью аналогового мультиплексора [2] выходной сигнал этого интегратора, или другой сигнал на его входе. Для обеспечения возможности изменения частоты выходного сигнала за счёт внешнего управляющего напряжения, на вход аналогового мультиплексора поставим варикап [4].