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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 낮은 고조파 신호 발생기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
사운드 녹음 및 사운드 재생 장비의 품질을 특징짓는 AF 신호의 비선형 왜곡은 일반적으로 고조파 왜곡으로 평가됩니다. 고품질 장치의 경우 대략적인 임계값인 0,1%를 초과해서는 안 됩니다. 이 수준의 왜곡을 측정하려면 고조파 계수가 몇 배 낮은 신호 발생기가 필요하므로 제안된 장치를 개발할 때 비선형 신호 왜곡을 줄이는 데 중점을 두었습니다. 주요 기술 특성 :
장치에서 생성된 주파수 범위는 20개의 하위 범위로 나뉘며, 각 하위 범위에서는 이중 가변 저항기에 의해 주파수가 변경됩니다. 출력 전압은 XNUMXdB 단위로 부드럽고 개별적으로 조정할 수 있습니다. 발전기의 기능 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 1. 그 기반은 광대역 증폭기 A1이며, 포지티브 피드백 회로(POS)는 대역 통과 필터 R1C2R2C3(빈 브리지)로 구성되고 네거티브 피드백 회로(OSC)는 진폭을 안정화하기 위한 노드와 요소로 구성됩니다. 출력 전압 R4, R1, U2, A7-AXNUMX.
대역 통과 RC 필터는 병렬 발진 회로와 유사하며 유사 공진 주파수 fp=1/2piRC(R1=R2=R 및 C1=C2=C)에서 1/3의 최대 전송 계수를 제공합니다. 품질 요소와 최고의 선택 속성. 발진 주파수는 저항 R1 및 R2의 저항 또는 커패시터 C1 및 C2의 정전 용량의 조정된 변화에 의해 조정될 수 있습니다. 분명히, 발전기의 자가 여자를 위해 피드백 회로에 의해 지정된 증폭기 A1의 전송 계수는 0,01과 같아야 합니다. 이러한 낮은 이득으로 인해 깊은 피드백을 사용하면 넓은 주파수 범위와 증폭기 자체의 매우 낮은(0,05% 미만) 왜곡 수준을 달성하는 것이 어렵지 않습니다. 발생기의 낮은 고조파 왜곡률을 얻으려면 출력 전압의 진폭이 특정 수준에서 안정화되어야 합니다. 이를 위해 증폭기는 비선형 피드백 루프로 덮여 있으며, 여기에 서미스터나 전계 효과 트랜지스터가 제어된 감쇠기로 포함되는 경우가 많습니다. 그러나 첫 번째 경우에는 0,1% 미만의 중간 주파수에서 발생기의 고조파 계수를 간단한 방법으로 달성하기 어렵고, 두 번째 경우에는 XNUMX% 미만이므로 제어된 왜곡을 줄이는 데 특별한 주의를 기울였습니다. 감쇠기. 증폭기 A1에 공급되는 OOS 전압은 진폭이 항상 출력 전압의 1/3과 동일한 상수와 포락선의 특성이 다음과 같이 결정되는 변수의 두 구성 요소의 합으로 표현될 수 있습니다. OOS 회로의 특성 및 범위는 요소의 온도 및 시간 드리프트 매개 변수, 주파수 범위의 필터 전송 계수 변경 등 불안정 요인에 따라 달라집니다. (두 번째 구성 요소의 진폭은 몇 배 더 작습니다. 처음보다). 이로 인해 선형 요소(분배기 R1R3 및 가산기 A4)만 포함된 채널을 통해 증폭기 A7의 반전 입력에 상수 성분을 공급하여 비선형 왜곡을 줄이기 위해 1채널 OOS 회로를 사용하고 변수를 사용한다는 아이디어가 탄생했습니다. 정정 신호를 생성하는 진폭 안정화 채널(U2, A6-A7)을 통한 구성 요소는 상수 구성 요소로 가산기 AXNUMX에 추가됩니다. 두 번째 채널은 다음과 같이 작동합니다. 증폭기 A1의 출력 신호는 정류기 U1에 의해 정류되고, 여기서 제거된 전압은 적분기 A2에서 기준 신호와 비교되어 출력 발진 수준을 설정합니다. 통합된 차전압은 감쇠기 A4를 직접 구동하고 반전 팔로워 A5을 통해 감쇠기 A3를 구동합니다. 분배기 R3R4와 필터의 전달 계수가 1/3인 발전기의 고정(정상) 작동 모드에서 입력 전압의 차이와 적분기 A2 및 중계기 A3의 출력 전압은 4에 가깝습니다. . 따라서 감쇠기 A5와 A6의 출력 신호 진폭은 동일하고 차동 증폭기 AXNUMX의 출력 전압도 XNUMX에 가깝습니다. 비정지 모드에서 증폭기 A1의 출력 신호 진폭이 변경되면 기준 전압에 대해 한 방향 또는 다른 방향으로 정류된 전압의 편차가 발생하고 결과적으로 적분기 A2 및 중계기 A3의 출력 전압이 발생합니다. . 이러한 제어 신호의 영향으로 감쇠기 A4와 A5의 전송 계수는 반대 방향으로 변경되고 정현파 전압이 증폭기 A6의 출력에 나타나 발전기를 고정 모드로 전환합니다. 출력 진동의 진폭이 정상 값에 비해 증가함에 따라 출력 신호와 위상이 일치하는 증폭기 A6의 출력에 신호가 나타나고 감소하면 위상이 다른 것으로 나타납니다. 작은 신호에서 작동하는 제어된 감쇠기와 비선형 왜곡 제품의 부분 보상을 사용하면 발생기 고조파 수준을 크게 줄일 수 있습니다.
장치의 개략도. 메인 앰프에는 증폭된 신호를 위해 병렬로 연결된 두 개의 차동 입력단(VT1, VT2 및 VT5, VT6)이 포함되어 있습니다. 덕분에 증폭기는 교류 전압의 두 반파에 대해 대칭을 이루므로 고조파 레벨, 특히 대부분의 고품질 RC 발진기에서 신호 스펙트럼의 두 번째로 큰 구성 요소가 크게 감소합니다. 증폭기의 또 다른 특징은 차동 스테이지 트랜지스터의 베이스에 연결된 저항 R39, R32.2 및 R40을 통해 흐르는 낮은 전류입니다. 이는 베이스 전류의 차이와 동일하므로 전류 전달 계수 h21e가 유사한 트랜지스터를 선택하면 크게 줄일 수 있습니다. 결과적으로 이중 가변 저항 R32 섹션의 일관성에 대한 요구 사항을 줄이고 첫 번째 섹션(R32.1)을 트랜지스터 VT1, VT5의 베이스(절연 커패시터 없이)에 직접 연결할 수 있는 것으로 나타났습니다. 증폭기 자체의 잡음을 줄이기 위해 차동 스테이지의 대기 전류는 상대적으로 작게(약 100μA) 선택됩니다. 트랜지스터 VT1 및 VT5 콜렉터의 신호는 트랜지스터 VT7, VT9 및 VT8, VT10에 만들어진 대칭 전압 증폭기에 공급됩니다. 비선형성을 줄이기 위해 전송 계수를 13...15로 줄이는 로컬 OOS(저항 R8 및 R12)로 보호됩니다. 저항 R19, R20은 복합 트랜지스터 VT12VT14 및 VT13VT15의 출력단에 대해 전압 소스 모드에 가까운 조건을 생성하며 이는 또한 증폭기의 선형성을 높이는 데 도움이 됩니다. 이 단계의 정지 전류는 저항 R16을 트리밍하여 설정됩니다. 큰 피드백 깊이와 넓은 대역폭에서 안정적인 작동을 위해 증폭기에는 차동 스테이지의 부하 저항(R1 및 R1)과 병렬로 연결된 회로 R11C2 및 R2C10에 의한 주파수 보정이 제공됩니다. 이러한 회로에 의해 설정된 개방 루프 피드백이 있는 증폭기의 차단 주파수는 20~25kHz 범위입니다. 수정되지 않은 증폭기와 수정 회로의 주파수 응답을 결합한 결과 옥타브당 6dB의 기울기를 갖는 특성 섹션이 더욱 확장되었습니다. 전압 증폭기의 차단 주파수는 수 메가헤르츠 영역에 있습니다. 또한 전체 앰프의 안정성 마진을 높이기 위해 OOS 회로에 강제 링크 C19R69가 포함되어 있습니다. 증폭기의 출력 신호는 트랜지스터 VT16의 리피터를 통과하고 다이오드 VD6에 의해 정류되어 연산 증폭기 DA1에 만들어진 적분기로 이동합니다. 기준 전압은 트리머 저항 R35에서 공급됩니다. 연산 증폭기의 출력에서 표시된 신호의 차이를 통합한 결과와 동일한 전압이 트랜지스터 VT17.1의 게이트에 작용하고 연산 증폭기 DA2의 반전 팔로워를 통해 트랜지스터 VT17.2의 게이트에 작용합니다. .52. 저항 R55-R49와 함께 이 트랜지스터는 제어된 감쇠기를 형성합니다. 저항 R50, R56 및 R57, R20로 구성된 OOS 회로에 의해 트랜지스터 특성의 비선형성이 감소됩니다. 최상의 결과를 얻으려면 전계 효과 트랜지스터 게이트의 정전압이 차단 전압의 50~2% 내에 있어야 하며 OOS 회로의 저항기 저항이 커야 한다는 것이 실험적으로 확립되었습니다. 채널의 저항보다 큽니다. 이는 설명된 감쇠기에서 고려되며, 고정 모드에서 감쇠기를 제어하는 최상의 전압 비율을 설정하기 위해 저항 R33을 트리밍하여 연산 증폭기 DAXNUMX의 반전 입력 전압을 조정할 수 있습니다. 감쇠기 출력 신호의 차이는 연산 증폭기 DA4의 차동 증폭기에 의해 증폭되고 저항 R66-R68, R70-R72, R40에 만들어진 OOS 전압 가산기를 통해 메인 증폭기의 반전 입력에 영향을 미칩니다. 1/3에 가까운 OOS 회로의 전송 계수는 각 하위 범위의 트리밍 저항 R68, R70-R72를 사용하여 별도로 설정됩니다. 주파수 조정, 서브밴드 전환 및 불안정 요인으로 인해 출력 전압이 변경되고 이전 레벨을 복원하는 프로세스가 수반됩니다. 예를 들어, 출력 신호가 증가함에 따라 정류기(VD6) 출력의 전압이 증가하므로 트랜지스터 VT17.1 게이트의 제어 전압이 감소하고 트랜지스터 VT17.2의 게이트에서 제어 전압이 증가합니다. 이로 인해 감쇠기의 이득은 반대 방향으로 변하고 연산 증폭기 DA4의 증폭기의 공통 모드 출력 신호의 진폭이 증가하고 주 증폭기의 이득은 감소합니다. 결과적으로 생성기 출력 신호의 진폭과 연산 증폭기 DA1의 반전 입력에서 정류된 전압은 이전의 고정 값으로 돌아갑니다. 발전기의 출력 전압은 연산 증폭기 DA3의 AC 전압계로 측정됩니다. PA1 마이크로 전류계는 연산 증폭기를 둘러싼 OOS 회로의 정류기 브리지 VD7--VD10의 대각선에 포함됩니다. 발전기의 출력 전압은 가변 저항 R26과 저항 분배기 R27-R30 및 스위치 SA2로 구성된 스텝 감쇠기로 설정됩니다. 발전기는 양극 안정화 소스에서 전력을 공급받습니다. 소비되는 전류는 100mA 미만입니다. 디테일과 디자인. 이 장치는 공칭 값에서 허용 저항 편차가 ±5 및 ±10%인 MLT 저항기를 주로 사용합니다. 저항 R31, R39 및 R27-R30은 ±0,5...1%의 정확도로 선택됩니다. 트리머 저항기 - SP3-44, SP3-27 또는 SP3-16. 주파수를 조정하기 위해 이중 권선 가변 저항기 PTP가 사용되지만 이는 저항이 2...50kOhm인 다른 유형의 저항기 사용을 배제하지 않습니다(커패시터 C8-의 커패시턴스가 해당 변경됨). C15). 발전기 설정을 용이하게 하고 기사 시작 부분에 표시된 고조파 계수를 얻으려면 저항 R32 섹션의 불균형이 2..3%를 초과해서는 안 됩니다. 커패시터 C1, C2, C4, C5, C7, C19 - KM4 또는 KM5; C3, C6 - K50-6; C16-C18 - K50-3; C8-C15 - K73, K76, MBM. 서브밴드의 주파수 설정 오류를 줄이려면 후자의 커패시턴스를 1~2% 미만의 정확도로 선택해야 합니다. 다이어그램에 표시된 커패시턴스 값은 두 개의 커패시터를 병렬로 연결하여 얻습니다(예: C8, C12는 3,3 및 0,68μF 용량의 커패시터로 구성됨). 다이오드 KD521A는 KD522A, KD522B, KD509A, KD510A로 교체 가능하며, 제너 다이오드 KS162A는 KS156A로 교체 가능합니다. 트랜지스터 VT21, VT1, VT2, VT5의 정적 전류 전달 계수 h6e는 20% 이상 차이가 나지 않아야 하며 트랜지스터 VT7-VT10은 30% 차이가 나서는 안 됩니다. 트랜지스터 VT1-VT6의 경우 이러한 계수는 150~250, VT7-VT10 - 100~200, VT12-VT15 - 80~200 내에 있어야 합니다. 다이어그램에 표시된 것 대신 KPS315V-KPS1E를 조립하는 대신 KT3 (VT10-VT12, VT14-VT361, VT4) 및 KT7 (VT9-VT13, VT15, VT104, VT104) 시리즈의 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 차단 전압이 303% 이하인 트랜지스터 KP303V - KP30E도 있습니다. OU K140UD7은 K140UD8A, K140UD8B, K140UD6으로 교체할 수 있습니다. 이 장치에는 총 편차 전류가 261μA이고 프레임 저항이 약 100Ω인 M800M 마이크로 전류계가 포함되어 있습니다. 스위치 SA1, SA2 - PG3, 소켓 XS1 - CP50-73. 대부분의 발전기 요소는 2mm 두께의 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 배치됩니다. 저항 R25는 레벨 조정기 R26의 단자에 납땜되고, 분배기 저항 R27-R30은 스위치 SA1의 단자에 납땜됩니다. 커패시터 C8-C15, C19 및 저항 R31, R39, R67-R72, R40은 이중 가변 저항 R32 옆에 설치된 추가 인쇄 회로 기판에 장착됩니다(인쇄 회로 기판 도체의 치수 및 패턴은 커패시터, 그 그림은 제공되지 않습니다). 저항 R60과 커패시터 C17은 마이크로 전류계 PA1의 단자에 장착됩니다.
장치 설정은 ±14,5...16 V 범위 내에 있어야 하는 안정화된 전원 공급 장치의 출력에서 전압을 측정하는 것으로 시작됩니다. 그 후 저항 R66의 단자 중 하나가 일시적으로 납땜이 풀리고 작동 증폭기의 모드에서 직류가 확인되는지 확인합니다. 저항 R2, R10의 전압 강하는 저항 R2,3, R2,7 - 12...14 V 및 R1,7, R2,1 - 13... .15 V에서 1,1...1,5 V 이내여야 합니다. 트리머 저항 R16은 정지를 설정합니다. 출력단의 전류를 1,5...2,5mA로 설정합니다. 증폭기 출력의 정전압은 ±10mV를 초과해서는 안 됩니다. 필요한 경우 추가 고저항 저항기(5~6kOhm)를 사용하여 저항기 R15 또는 R150을 분류하여 이를 달성할 수 있습니다. 그런 다음 증폭기의 기생 자기 여기(parasitic self-excitation)가 없는지 확인하십시오. 그렇다면 보정 커패시터 C1, C2의 용량을 늘리고 강제 회로 R69C19의 요소를 선택하십시오. 그런 다음 연산 증폭기 DA1, DA2, DA4가 균형을 이루고 저항 R66의 단자가 납땜되고 저항 R32, R33, R35, R37의 슬라이더가 중간 위치로 설정되고 스위치 SA1이 "x10" 위치(100~1000Hz). 저항 R70 및 R35를 조정하면 이 하위 범위에서 생성이 발생하고 저항 R35는 최대 출력 전압을 5V로 설정합니다. 다음으로 오실로스코프 동기화 입력을 발생기 출력에 연결하고 연산 증폭기 DA4 출력의 신호 모양을 확인합니다. 트리머 저항기 R70 및 R33은 이 신호의 가능한 가장 작은 진폭을 달성하고 트랜지스터 VT17의 게이트에서 제어 전압을 닫습니다(고저항 입력 전압계로 측정됨). 이는 -0,4... 범위 내에 있어야 합니다. -1,6V. 나머지 하위 범위의 연산 증폭기 DA4 출력에서 왜곡되지 않은 신호의 안정적인 생성과 가장 낮은 진폭은 트리밍 저항 R68, R71, R72를 사용하여 달성됩니다. 신호의 주파수 진폭이 충분히 안정적이지 않으면 저항 R44의 저항이 증가합니다. 진폭을 안정화하기 위해 발생하는 저주파(0,1~1Hz) 진동은 커패시터 C16과 직렬로 수 킬로옴 저항을 연결하여 제거됩니다. 디지털 주파수 측정기를 사용하여 하위 범위를 전환할 때 스케일이 교정되고 주파수 변경 계수가 확인됩니다. 연산 증폭기 DA3에 전압계를 설정하면 저항 R59를 선택하여 필요한 감도를 설정하게 됩니다. 주파수 대역 10~105Hz에서 전압계 전송 계수의 불균일성은 1%를 초과해서는 안 됩니다. 저자: N. Shiyanov
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