Popis
Jedná se o přístroj vytvářející napěťový signál se sinusovým, trojúhelníkovým a obdélníkovým (TTL) průběhem o nastavitelné frekvenci a amplitudě. Přístroj má dva výstupy. První je analogový. Dle nastavení zde může být průběh napětí buď sinusový, nebo trojúhelníkový. Výstupní impedance je 50Ω. Druhý výstup je digitální, jeho úrovně odpovídají TTL standardu a výstupní impedance je 600Ω. Frekvence i fáze jsou shodné pro oba výstupy. Frekvenci lze regulovat od 1Hz do 1MHz s krokem 1Hz. Amplituda analogového signálu je plynule nastavitelná v rozsahu 0 až 1V při 50Ω zátěži (4V p-p bez zátěže).
Schéma zapojení
Na následujícím obrázku je znázorněno schéma celého zařízení (mimo modulu s tlačítky, které je klasické maticové konstrukce).
Hlavní část
Základem zařízení je integrovaný obvod přímé digitální syntézy (DDS) firmy Analog Devices s označením AD9833.Tento obvod je řízen mikrokontrolérem PIC16F73 (IC2) po třívodičovém sériovém vedení. Hodinový signál pro DDS i pro mikrokontrolér je zajištěn společným přesným krystalovým generátorem obdélníkového signálu se zabudovanou programovatelnou děličkou kmitočtu, fázovým závěsem a pamětí PROM naprogramovaného na výstupní frekvenci 16777216Hz (224). K mikrokontroléru jsou dále připojeny periferie pro komunikaci s uživatelem. Těmi jsou LCD displej 2x16 znaků pro zobrazení nastavené frekvence a typu výstupního signálu a také klávesnice složená z pěti tlačítek.
Výstupní obvody
Z výstupního signálu obvodu AD9833 je pomocí RC členu oddělena stejnosměrná složka. Poté je signál zesílen pomocí precizního operačního zesilovače OPA2134 v zapojení neinvertujícího zesilovače. Z jeho výstupu je signál přiveden na vstup komparátoru a také na dráhu potenciometru regulujícího amplitudu napětí na analogovém výstupu. Na jezdec potenciometru je připojen vstup dalšího neinvertujícího zesilovače, jehož výstup vede přes výstupní 50Ω odpor na BNC konektor. Jako komparátor je použit velmi rychlý obvod AD8561, u kterého je pomocí rezistorů ve dvojité zpětné vazbě nastavena hystereze, korigován fázový posun a střída výstupního signálu. Jeho výstup je přiveden opět přes výstupní odpor na druhý BNC konektor (digitální výstup).
Napájecí obvody
Napájení přístroje je (především z bezpečnostních důvodů) realizováno běžně prodávaným adaptérem s výstupním střídavým napětím o efektivní hodnotě 9V. Zapojení je však přizpůsobeno i pro případné napájení symetrickým stejnosměrným napětím +/- 8V až +/- 14V. Pro větší bezpečnost je obvod opatřen dvěma proudovými vratnými pojistkami. Diody chrání proti přepólování zdroje v případě napájení symetrickým stejnosměrným napětím a v případě napájení adaptérem 9V AC (tedy střídavým napětím), slouží pro jednocestné usměrnění. Napětí je pak filtrováno pomocí kondenzátorů s dostatečnou kapacitou.
V celém zapojení se nachází celkem pět integrovaných stabilizátorů typu 78xx/79xx. Ty zajišťují napájecí symetrické stejnosměrné napětí +/- 5V zvlášť pro analogovou a zvlášť pro digitální část. Pátý stabilizátor napájí mikrokontrolér, krystalový generátor a LCD displej. Operační zesilovač vyžaduje pro správnou funkci filtrační elektrolytické kondenzátory v těsné blízkosti u svého pouzdra, tedy již na výstupu stabilizátorů. Proto jsou stabilizátory pro analogovou část opatřeny ochrannými diodami. Všechny integrované obvody jsou opatřeny blokovacími kondenzátory o hodnotě 47nF.
Modul s tlačítky
Tlačítka jsou osazena na samostatné desce, na které jsou propojena s konektorem SL2. LED diody pro jejich podsvícení jsou paralelně propojeny a opatřeny paralelní kombinací odporů omezujících proud.
Parametry přístroje
Analogový výstup
- Minimální odstup druhé harmonické složky v dB a její procentuelní zastoupení (Třetí a ostatní harmonické složky výstupního signálu jsou oproti druhé harmonické zanedbatelné.).
- Minimální odstup signál-šum
- Maximální odchylka nastavené a reálné frekvence
- Maximální odchylka amplitudy v závislosti na výstupní frekvenci
- Rozsah výstupní amplitudy: 0 až 1,1V (±0,07V) při zátěži 50 Ω
- Výstupní impedance: 50 Ω (±0,5 Ω)
Digitální výstup
- Maximální délka náběžné/sestupné hrany: 100ns
- Výstupní impedance: 600 Ω (±60 Ω)
Ostatní
- Napájecí napětí: 9V AC / 220mA nebo stejnosměrné symetrické napětí v rozsahu 2x 8V až 2x 13V.
- Hmotnost včetně doporučené krabičky: 230g
- Vnější rozměry krabičky: 95 x 135 x 45mm
- Se započtením přístrojového knoflíku a BNC konektorů: 95 x 140 x 50mm
Poznámka: Parametry přístroje byly změřeny ve spolupráci s katedrou měření fakulty elektrotechnické ČVUT.
Ovládání přístroje
Po připojení napájecího napětí se rozsvítí podsvícení LCD displeje a tlačítek. Na LCD displeji se zobrazí úvodní text "Generátor funkcí 1MHz" (nebo obdobný) a po chvilce nápis "Hz -----" (nebo obdobný).
Šipky vlevo/vpravo slouží pro posun kurzoru, šipky nahoru/dolů pak ke změně hodnot. Měnit lze jakoukoli číslici v čísle udávajícím výstupní frekvenci. Při podržení šipky nahoru/dolů přístroj plynule zvyšuje/snižuje frekvenci. Při současném podržení tlačítka OK probíhá čítání rychleji. Regulace amplitudy je zajištěna potenciometrem v horní části přístroje - ten nastavte do krajní pravé polohy (maximum).
Montáž do krabičky
Celé zařízení je navrženo tak, aby se snadno umístilo do plastové krabičky „KG B15. Přístroj lze ale také velmi snadno umístit i do jiné přístrojové krabičky. Oba moduly (LCD displej a klávesnice), které by měly být na čelním panelu, můžete připojit k hlavní desce pomocí plochých kabelů.
Závěr
To, že jste se dočetli až sem, zřejmě znamená, že o výrobě přístroje opravdu uvažujete. Pokud máte zkušenosti s pájením SMD součástek (velikost 1206, SOIC8 apod.), mělo by pro vás být sestavení generátoru poměrně snadné. Můžete si zkusit přístroj vyrobit pouze podle tohoto návodu nebo si ho zakoupit jako stavebnici zde na webových stránkách autora.
Poznámka: Kompletní stavebnice je dodávána jako sada obsahující všechny potřebné součástky a konstrukční díly, hlavní desku plošných spojů se zapájeným obvodem AD9833, desku plošných spojů pro modul s tlačítky, modul LCD displeje, vyfrézovanou a upravenou plastovou krabičkou včetně přístrojového štítku, napájecí adaptér a samozřejmě také podrobný návod k sestavení.
Odkazy
- Oficiální stránky autora, kde si mužete objednat stavebnici nebo i hotový přístroj - http://www.elweb.cz
- Oficiální stránky generátoru DDS - http://www.elweb.cz/generator/
Komentáře
Mám tady datasheet od
Mám tady datasheet od použitého DDS a hned druhý bod features říká: 0 to 12,5 MHz output frequency range 28-bit resolution. Zajímalo by mě tedy, proč jste z brouka nevymáčkl maximum? Bránily tomu nějaké technické problémy?