Цифровой лабораторный генератор

June 27, 2010 by admin Комментировать »

Напоследок мы разберем одну практическую схему на счетчиках. Это давно обещанный (см. главы 2 и 12) цифровой лабораторный генератор, для кото­рого нам придется использовать еще один тип счетчика, «заточенного» для работы именно в качестве делителя частоты.

Счетчик 561ИЕ16, который мы будем использовать, ничего особенного не представляет и является простым асинхронным счетчиком, подобным пока­занному на рис. 16.12, б. Мы могли бы спокойно соорудить его сами из от­дельных триггеров, но для этого их понадобилось бы целых 14 штук (то есть семь корпусов типа ТМ2). А микросхема 561ИЕ16 в 16-выводном корпусе не только заключает в себе 14-разрядный счетчик, но и включает специальные буферные усилители по выходу каждого каскада деления, для того, чтобы случайная перегрузка одного каскада внешней нагрузкой не привела к оста­новке всех последующих. Кроме выходов Q0—Q13, наружу выведен вход тактовых импульсов С и вход сброса R.

Позвольте, спросите вы, но ведь еще два вывода заняты под питание, так что из 16 выводов на выходы Qjc приходится всего 12, а не 14, откуда же взять еще два? Разработчики пошли по пути наименьшего сопротивления — поче­му-то вместо того, чтобы использовать корпус, например, DIP-20 (заодно еще и вход S вывести, и еще что-нибудь, например, поставить буферный усили­тель для входной частоты), они просто исключили выходы второго и третье­го каскадов Q1 и Q2. Ну, да ладно, обойдемся и тем, что дают.

Итак, с помощью этого счетчика мы получим генератор, который выдает 13 значений частоты (считая входную), каждая в два раза меньше предыдущей, за исключением небольшого «провала» — частоты с коэффициентом 4 и 8 будут отсутствовать. Чтобы получить при этом самые низкие частоты, крат­ные целым, без дробных частей, значениям, выраженным в герцах, нужно на входе использовать генератор с частотой, равной какой-нибудь степени двойки. Генератор можно, конечно, соорудить по одной из приведенных вы­ше схем мультивибраторов, но это не есть приемлемое решение для лабора­торного прибора. Для цифрового генератора в данном случае важна именно стабильность частоты, так как- мы собираемся испытывать с его помощью разные измерительные схемы — это одна из главных причин, почему лучше сделать для себя такой генератор, а не использовать аналоговые серийные приборы с плавной перестройкой частоты. Есть, разумеется, в продаже и точные цифровые генераторы промышленного производства, но они на мно­го порядков дороже того, что мы можем соорудить на двух микросхемах и пяти навесных деталях— как говорится, одним взмахом паяльника. И при этом функциональность полученного генератора будет перекрывать наши потребности если и не на все 100%, то по крайней мере на 99% совершенно точно — исключая редкий случай потребности в частотах порядка мегагерц.

Мы возьмем тот самый кварц, который в народе называют «часовым» (см. разд. «Кварцевые генераторы» в этой главе). Он имеет частоту 32 768 Гц, что есть 2 . Чаще всего такие резонаторы бывают в продаже в малогабарит­ном цилиндрическом корпусе 8×3 мм, они без проблем работают при напря­жениях питания до 12—15 В. Отечественный РК-206 имеет еще меньший корпус 6×2 мм, но и рассеиваемая мощность у него меньше, так что с ним лучше ограничиться напряжением питания 3—6 В.

Пристроив к такому генератору двоичный счетчик из пятнадцати ступеней, мы получим на выходе частоту ровно 1 Гц, которую можно использовать для отсчета времени в привычных нам секундах. Однако на одном счетчике ИЕ16 мы 1 Гц все равно не получим, ибо разрядов у нас только 14, поэтому придется ставить дополнительные делители. Кроме того, длительность по­ложительного или отрицательного импульса с частотой 1 Гц, полученной на выходе счетчика, составляет не секунду, а полсекунды, так что для по­лучения интервала («ворот») длительностью в 1 секунду придется поделить частоту еще раз пополам. Кстати, немаловажной и очень удобной особен­ностью нашего генератора будет то, что частоты будут точно (ну, почти точно, так как счетчик асинхронный) сфазированы, что позволит нам полу­чать импульсы разной скважности, если использовать дополнительные ло­гические элементы.

Сама схема представлена на рис. 16.14. Как видите, она крайне проста, и сборка требует только аккуратности при отсчете выводов микросхем. Если хотите еще упростить схему, то удалите дополнительный счетчик на DD3, тогда придется обходиться минимальной частотой 2 Гц (но не забудьте, что остаются свободные элементы «И-НЕ», и их входы надо присоединить к «земле»). Схему следует собрать на макетной плате и вывести все четырна­дцать значений частоты на ее край, оформив в виде клеммника с соедине­ниями под винт. Внешний вид такого клеммника показан на рис. 16.14 сбоку. Они бывают несколько разной конструкции и разных размеров, а также с дюймовым — 5,08 мм — или метрическим — 5 мм — шагом между вывода­ми, сдвоенные (как на рисунке), строенные или счетверенные, но все отли­чаются тем, что их можно соединять друг с другом в одну линейку наподобие деталей конструктора «Лего», получая таким образом клеммники с любым количеством выводов. Естественно, каждую клемму следует надписать, что­бы не заниматься каждый раз отсчетом выводов.

Да, а питание? А отдельного блока питания для этой конструкции делать во­все не надо. Потребляет вся схема около 150—200 мкА при напряжении пи­тания 5 В, при 15 В потребление возрастает до 1,5 мА. А так как 561-я серия безупречно работает при питании от 3 до 15 В (и менять ее на быстродейст­вующие аналоги в этой конструкции не следует), то целесообразно питать генератор от того же напряжения, что и испытываемые схемы, чтобы сразу получить нужные логические уровни. В случае чего схему несложно запитать от лабораторного источника.

На плату можно отдельно поставить еще одну микросхему с логическими элементами (ЛА7 или ЛЕ5) — они позволят собирать выходы счетчика для получения нужной скважности и для разных других целей. Можно добавить к схеме и ключевой транзистор, так как довольно часто приходится подклю­чать различные мощные нагрузки вроде динамика или светодиодов. Если по­требуется более высокая частота, то «часовой» кварц можно просто заменить другим резонатором частотой до 1 МГц. В общем, творите, как сумеете.

clip_image002

Рис. 16.14. Схема цифрового лабораторного генератора

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты