Generator funcțional folosind un circuit
MAX038
Uneori este necesar să testați parametrii amplificatoarelor de joasă frecvență, la frecvențe de frecvențe diferite, uneori până la o înălțime a semnalului de până la 10 MHz. Din acest motiv, am vrut să proiectez un generator simplu și în același timp relativ ieftin, care nu va fi o problemă de produs chiar și acasă și cu parametri destul de decenți.
După o lungă căutare (metodă de încercare și eroare), am decis în cele din urmă asupra cipului MAX038 de la Maxim. Acesta este un generator sinusoidal/pătrat/triunghi complet cu o funcție de 20 MHz într-un singur cip! Deși este posibil să construiți un generator de funcții complet numai cu MAX038 (dacă am urmat doar conexiunea circuitului de catalog), am constatat că pentru a crea un generator de funcții complet funcțional este necesar să adăugați alte circuite.
Proiectul final descris aici este capabil să genereze semnale sinusoidale, pătrate, triunghiulare și TTL la niveluri de până la 20 MHz. În mod normal, un generator de funcții analogice ar putea genera aceste frecvențe, dar ar fi foarte scump de fabricat și, de asemenea, costul, și ar fi o conexiune destul de complicată și nu am vrut asta. După cum puteți vedea, acest design întreg este format din 4 circuite integrate pentru generator și 2 pentru sursa de alimentare.
Vă rugăm să rețineți că acest generator a fost proiectat pentru o acoperire de frecvență cât mai mare posibil și un nivel de distorsiune cât mai mic posibil, deci ar trebui să fie potrivit pentru toate tipurile de aplicații.
Schema bloc MAX038
Schema bloc a circuitului integrat în circuitul de bază
În mod surprinzător, MAX038 nu folosește nicio tehnică imaginativă pentru a genera frecvențe de la 1 Hz la 20 MHz sau mai mult. În schimb, folosește un oscilator simplu de tip relaxare care funcționează prin încărcarea și descărcarea unui condensator (pe un pin 5) folosind un curent constant. Este practic un integrator cu două pante de „pantă dulce”, care creează o undă triunghiulară, a cărei frecvență este determinată de un condensator de oscilator extern și de curentul de intrare pe pinul IIN. Această undă interioară a triunghiului este alimentată către comparatorul interior pentru a crea o funcție de undă pătrată. Funcția de undă sinusoidală este creată prin alimentarea unei unde triunghiulare către un circuit de undă sinusoidală care corectează automat frecvența dorită și produce o undă sinusoidală cu o distorsiune rezonabilă la o amplitudine constantă. Undele sinusoidale, pătrate și triunghiulare sunt apoi alimentate către un multiplexor, care selectează ce funcții să transmită prin tamponul de ieșire cu impedanță mică.
MAX038 face toată treaba creării formei de undă reale, astfel încât circuitele rămase decid doar ce frecvență să fie activă și ce tip de undă (sinusoidal/pătrat/triunghi) să creeze.
Schema de conexiuni
Descrierea și funcția cablajului
Frecvența de ieșire este determinată de trei factori. Primul este valoarea condensatorului oscilatorului de pe pinul 5, care stabilește intervalul de frecvență în care va funcționa cipul. Al doilea și al treilea factor sunt intrarea curentă „IIN” (pinul 10) și pinul „FADJ” (pinul 8) cu setarea frecvenței. Contrar numelui său, pinul de setare a frecvenței nu este cel mai bun mod de a regla frecvența de ieșire. Frecvența de ieșire este de fapt direct proporțională cu curentul care curge către pinul IIN. Intrarea FADJ este utilizată doar pentru reglarea mai fină a frecvenței (sau modularea frecvenței), deoarece are doar aproximativ 70% din intervalul de setare IIN. Circuitul FADJ furnizează un coeficient de temperatură mic frecvenței de ieșire. În aplicații critice cu buclă deschisă, am deconectat conexiunea FADJ la GND (nu REF) printr-un rezistor de 12 km/h (R8 în schema de cablare).
Curentul la IIN utilizat pentru setarea frecvenței de ieșire poate varia de la aproximativ 2uA la 750uA, dar trebuie să fie între 10uA și 400uA pentru performanțe optime. Pinul IIN funcționează ca o masă virtuală, deci este o chestiune simplă de a aplica o tensiune pozitivă pe rezistor la IIN. Acest lucru creează un curent la IIN care poate fi ușor detectat de Legea lui Ohm.
De fapt, frecvența de ieșire poate fi asociată cu o formulă simplă:
Fo (MHz) = IIN (uA)/Cf (pF)
Unde Cf este valoarea condensatorului oscilatorului pe pinul 5. Această formulă presupune că FADJ este la zero volți. Condensatoare utilizate pentru 6 intervale de frecvență: 22pF, 220pF, 2.2nF, 22nF, 220nF și 2.2uF. În plus față de 22pF (ceramică NPO) și 220pF (polistirol), ceilalți condensatori se bazează pe polipropilenă.
Tensiunea de pe DADJ (pinul 7) controlează ciclul de funcționare al curbei (definit ca procentul de timp în care curba de ieșire este pozitivă). Dacă VDADJ = 0V (SW2 selectat), ciclul de funcționare este de 50%. Schimbarea acestei tensiuni de la +2,3 V la -2,3 V prin P1 face ca ciclul de funcționare de ieșire să varieze de la 15% la 85%, aproximativ -15% pe volt. Tensiunile peste ± 2,3 V pot schimba frecvența de ieșire și/sau pot provoca instabilitate.
SYNC (pinul 14) este o ieșire compatibilă TTL/CMOS care poate fi utilizată pentru sincronizarea circuitelor externe. Ieșirea SYNC este o undă pătrată a cărei margine ascendentă coincide cu ieșirea sinusoidală sau undă triunghiulară care trece prin 0V. Când este selectată o undă pătrată, marginea ascendentă a SYNC apare în mijlocul jumătății pozitive a undei pătrate de ieșire, efectiv cu 90 de grade înainte de ieșire. Ciclul de funcționare SYNC este setat la 50% și este independent de controlul DADJ. Deoarece SYNC este o ieșire TTL foarte rapidă, curenții tranzitori de mare viteză din DGND (pinul 15) și DV + (pinul 16) pot radia energie către circuitul de ieșire, provocând un vârf îngust în curba de ieșire. Acest punct este dificil de văzut cu osciloscoape cu o lățime de bandă mai mică de 100 MHz. Inductanța și capacitatea prizelor IC tinde să amplifice acest efect, astfel încât prizele nu sunt recomandate atunci când SYNC este activat. SYNC este alimentat de pinii de masă și de alimentare separați (DGND și DV +) și poate fi oprit prin crearea unui circuit deschis DV + cu SW3. Dacă nu se utilizează sincronizarea circuitului extern, oprirea sistemului SYNC prin deschiderea DV + elimină vârful.
MAX038 include un detector de fază TTL/CMOS care poate fi utilizat într-o buclă de blocare a fazelor (PLL) pentru a sincroniza ieșirea cu un semnal extern - care nu este utilizat în proiectare. Deoarece acest detector de fază intern nu este utilizat, PDI și PDO sunt conectate la GND.
Pentru a elimina orice distorsiuni legate de sarcină, folosesc un amplificator operațional - AD847, un circuit de tampon video ca tampon de ieșire.
Placă de circuit imprimat
Instalare și proiectare. Partea conexiunii
Partea superioară a plăcii cu circuit imprimat cu un strat de miere și montarea componentelor.
Implementare
Dacă vrem să rămânem la maximum de la MAX038, necesită atenție la producerea plăcii cu circuite imprimate și ocoliri la alimentarea cu energie și amplasarea plăcilor. Folosesc o conexiune cu impedanță redusă a tuturor celor cinci pini GND. V + și V- sunt direct ocolite la planul de masă cu condensatori ceramici NPO 22nF în paralel cu condensatori electrolitici cu impedanță ultra-mică de 47uF. Păstrați firele condensatorului cât mai scurte posibil (în special pentru ceramica 22nF) pentru a minimiza inductanța seriei, acestea sunt conectate la pinii MAX038 direct pe planul de masă. Deoarece SYNC poate fi utilizat (pornit/oprit prin SW3), DV + sunt conectați la V +, DGND trebuie conectat la planul de masă, un condensator de tantal de 22 pF (pinii 16 și 15) este conectat între DV + și DGND. Nu este nevoie să utilizați o sursă separată sau să operați piese separate pentru DV +.
Circuitul de alimentare care conține 78L05 și 79L05 este o sursă de alimentare standard reglementată de +/- 5V alimentată de o intrare de curent alternativ DC rectificată.
Forme de undă de semnal măsurate
Concluzie
Circuitul integrat MAX038 este cel mai puternic generator de funcții DC, a cărui producție, din păcate, a încetat. Din păcate, nu înțeleg de ce producția sa a fost oprită sau de ce alți producători nu au dezvoltat încă un circuit integrat similar.