Функціональний генератор з використанням схеми
MAX038
Іноді доводиться тестувати параметри підсилювачів низької частоти на частотах різних частот, іноді до висоти сигналу до 10 МГц. З цієї причини я хотів розробити простий і в той же час відносно дешевий генератор, який не складе труднощів виготовити навіть вдома і з цілком пристойними параметрами.
Після довгих пошуків (метод спроб і помилок) я нарешті визначився з чіпом MAX038 від Maxim. Це повний генератор синусів/квадратів/трикутників з функцією 20 МГц в одному чіпі! Хоча можна створити повний генератор функцій лише з MAX038 (якщо я дотримувався лише підключення схеми каталогу), я виявив, що для створення повноцінного генератора функціональних функцій необхідно додати інші схеми.
Описана тут остаточна конструкція здатна генерувати синусоїдальні, квадратні, трикутні та TTL-сигнали на рівнях до 20 МГц. Зазвичай генератор аналогових функцій міг би генерувати ці частоти, але це було б дуже дорого у виробництві, а також коштувало, і це було б досить складне з'єднання, і я цього не хотів. Як бачите, вся ця конструкція складається з 4 інтегральних схем для генератора і 2 для джерела живлення.
Зверніть увагу, що цей генератор розроблений для максимально можливого покриття частоти та найнижчого можливого рівня спотворень, тому він повинен підходити для всіх типів застосувань.
Блок-схема MAX038
Структурна схема інтегральної схеми в базовій схемі
Дивно, але MAX038 не використовує жодних образних методів для генерації частот від 1 Гц до 20 МГц або більше. Натомість він використовує простий осцилятор релаксаційного типу, який працює, заряджаючи та розряджаючи конденсатор (на сосни 5), використовуючи постійний струм. В основному це інтегратор з двома "нульовими нахилами", який створює трикутну хвилю, частота якої визначається конденсатором зовнішнього генератора та вхідним струмом на сосни IIN. Ця внутрішня хвиля трикутника подається на внутрішній компаратор для створення квадратної хвильової функції. Функція синусоїди створюється шляхом подачі трикутної хвилі в синусоїду, яка автоматично коригує потрібну частоту і виробляє синусоїду з досить низьким спотворенням при постійній амплітуді. Потім синусоїдальні, квадратні та трикутні хвилі подаються в мультиплексор, який вибирає, які функції передавати через вихідний буфер з низьким імпедансом.
MAX038 виконує всю роботу зі створення власне форми сигналу, тому решта ланцюгів вирішують лише, яка частота повинна бути активною і який тип хвилі (синус/квадрат/трикутник) створити.
Монтажна схема
Опис та функція проводки
Вихідна частота визначається трьома факторами. Перший - це значення конденсатора генератора на сосни 5, який встановлює діапазон частот, в якому мікросхема буде працювати. Другим і третім чинниками є поточний вхід "IIN" (контакт 10) і контакт "FADJ" (контакт 8) з налаштуванням частоти. На відміну від назви, штифт для налаштування частоти - не найкращий спосіб регулювати вихідну частоту. Вихідна частота насправді прямо пропорційна струму, що надходить на висновок IIN. Вхід FADJ використовується лише для більш точного регулювання частоти (або частотної модуляції), оскільки він має лише близько 70% діапазону налаштування IIN. Схема FADJ подає невеликий температурний коефіцієнт на вихідну частоту. У критичних програмах із відкритим циклом я відключив підключення FADJ до GND (не REF) через резистор 12 км/год (R8 на схемі підключення).
Струм до IIN, який використовується для встановлення вихідної частоти, може коливатися приблизно від 2uA до 750uA, але для оптимальної роботи повинен бути між 10uA і 400uA. Штифт IIN функціонує як віртуальне заземлення, тому просто подати позитивну напругу на резисторі до IIN. Це створює струм до IIN, який може легко виявити Закон Ома.
Насправді вихідну частоту можна пов'язати з простою формулою:
Fo (МГц) = IIN (uA)/Cf (pF)
Де Cf - значення конденсатора генератора на сосні 5. Ця формула передбачає, що FADJ знаходиться на нульовій напрузі. Конденсатори, що використовуються для 6 діапазонів частот: 22pF, 220pF, 2.2nF, 22nF, 220nF і 2.2uF. На додаток до 22pF (NPO кераміка) та 220pF (полістирол), інші конденсатори засновані на поліпропілені.
Напруга на DADJ (висновок 7) контролює робочий цикл кривої (визначається як відсоток часу, коли вихідна крива є додатною). Якщо VDADJ = 0В (вибрано SW2), робочий цикл становить 50%. Зміна цієї напруги від +2,3 В до -2,3 В через P1 призводить до зміни робочого циклу на виході від 15% до 85%, приблизно -15% на вольт. Напруги вище ± 2,3 В можуть зміщувати вихідну частоту та/або спричиняти нестабільність.
SYNC (контакт 14) - це вихід, сумісний з TTL/CMOS, який може використовуватися для синхронізації зовнішніх ланцюгів. Вихід SYNC - це квадратна хвиля, висхідний край якої збігається з висхідною синусоїдою або трикутною хвилею, коли вона проходить через 0В. Коли вибрано квадратну хвилю, висхідний край SYNC виникає в середині позитивної половини вихідної квадратної хвилі, фактично на 90 градусів до вихідної. Робочий цикл SYNC встановлений на рівні 50% і не залежить від контролю DADJ. Оскільки SYNC є дуже швидким виходом TTL, високошвидкісні перехідні струми в DGND (контакт 15) та DV + (контакт 16) можуть випромінювати енергію у вихідний контур, викликаючи вузький пік на вихідній кривій. Цю точку важко побачити на осцилографах із смугою пропускання менше 100 МГц. Індуктивність і ємність розеток мікросхеми, як правило, посилюють цей ефект, тому розетки не рекомендуються, коли увімкнено SYNC. SYNC живиться від окремих контактів заземлення та живлення (DGND та DV +) і може бути відключений шляхом створення розімкнутої схеми DV + з SW3. Якщо синхронізація зовнішньої схеми не використовується, вимкнення системи SYNC, відкривши DV +, усуває пік.
MAX038 включає фазовий детектор TTL/CMOS, який можна використовувати у фазовому контурі (PLL) для синхронізації його виходу із зовнішнім сигналом, який не використовується в конструкції. Оскільки цей внутрішній фазовий детектор не використовується, PDI та PDO підключені до GND.
Щоб усунути будь-які спотворення, пов'язані з навантаженням, я використовую операційний підсилювач - AD847, схему відеобуфера, як вихідний буфер.
Друкована плата
Встановлення та проектування. Сторона підключення
ЗВЕРХНА сторона друкованої плати з медовим шаром та кріпленням компонентів.
Впровадження
Якщо ми хочемо дотримуватися максимуму від MAX038, це вимагає уваги при виготовленні друкованої плати та байпасів при живленні та розміщенні плат. Я використовую з’єднання з низьким опором усіх п’яти виводів GND. V + і V- безпосередньо переходять на землю за допомогою керамічних конденсаторів NPO 22 нФ паралельно з електролітичними конденсаторами з наднизьким опором 47 мкФ. Тримайте дроти конденсатора якомога коротшими (особливо для кераміки 22 нФ), щоб мінімізувати послідовну індуктивність, вони підключені до штифтів MAX038 безпосередньо на площині заземлення. Оскільки можна використовувати SYNC (увімкнути/вимкнути через SW3), DV + підключені до V +, DGND потрібно підключити до заземлення, один танталовий конденсатор 22 пФ (висновки 16 і 15) підключений між DV + і DGND. Немає необхідності використовувати окреме джерело або керувати окремими доріжками для DV +.
Схема блоку живлення, що містить 78L05 та 79L05, є стандартним +/- 5В регульованим джерелом живлення, що живиться від випрямленого постійного струму.
Виміряні форми сигналу
Висновок
Інтегральна схема MAX038 - це найпотужніший генератор функцій постійного струму, виробництво якого, на жаль, припинилося. На жаль, я не розумію, чому його виробництво було зупинено або чому інші виробники ще не розробили подібну інтегральну схему.