Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Зробіть генератор 9V з батарейним живленням

 

Часто в синтезатор-DIY виправлення помилок і / або схем експериментів, джерело сигналу з змінною частотою і амплітудою саме те, що вам потрібно, щоб перевірити поведінку схеми. Якщо джерело сигналу має різні форми хвиль, воно буде служити в більшості сценаріїв.

У цій статті буде представлено 9В генератор функцій на батарейках, який виводить синусоїдальні, квадратні та трикутні сигнали. Частота регулюється від приблизно 20 Гц до 11КГц, а вихідний рівень може варіюватися від 0 до приблизно 3 В, пік - пік.

Я тримав вихідний рівень в цьому діапазоні, як схема, по суті живиться від віртуального +/- 4.5V блок живлення, і я хотів, щоб блок продовжував функціонувати як довго в 9V виснаження батареї, як це можливо. Схема витягує близько 11 мА при використанні зі світлодіодом, показаним на схемі.

Однак, якщо ви купуєте вимикач живлення з очевидною пасивною індикацією стану, ви можете залишити світлодіод вимкненим, і схема затягне близько 9мА. У будь-якому випадку, ви можете розраховувати на хороше довге життя на 9В лужної батареї.

Сигнал може бути введений у вхід схеми VCF або VCA, що розробляється, або змішувача або входу підсилювача, який потрібно перевірити. Оскільки її заряд батареї можна залишити в панелі інструментів.

Ось схема.

 

Небагато першої інформації про ведення домашнього господарства: У моїх схемах коло з літерами використовується для позначення як внутрішніх, так і додаткових сторінок. Розглянемо всі кола з однаковими літерами, з'єднаними разом (навіть на сторінках у багатосторінковій схемі). Якщо б я показав всі ці точки, що біжать назад до джерела живлення, схематично було б дуже важко читати. Точки схеми, позначені Xn, або інші маркери (наприклад, TRI, OUT, X1) підключаються від друкованої плати до компонентів панелі. Ці імена з'являтимуться знову, коли ви подивитеся на схему підключення панелі. Я використовую прямий і кривий символ конденсатора лінії для всіх конденсаторів. Якщо конденсатор поляризований, я додаю символ + (плюс) поруч із прямою лінією в символі конденсатора (наприклад, C1, C3).

Давайте подивимося, як працює ця схема. Почнемо з простого джерела живлення. Ми розділили напругу батареї навпіл двома резисторами 4.7K: R1 та R3. Віртуальна земля підрозділу вийде з місця з'єднання двох резисторів. Найкращий спосіб зрозуміти це полягає в тому, щоб побачити постачання як постачання плюс 4,5 В від позитивного терміналу акумулятора, мінус 4,5 В від негативного терміналу акумулятора, і віртуальну землю від з'єднання резисторів R1 і R3. Алюмінієві електролітичні конденсатори С1 і С3 використовуються в якості резервуарів для зарядки для двох половин живлення. Точки BP (батареї позитивні) і BN (батарея негативні) вказують на підключення живлення по всій схемі. Дві точки, які також позначені BP і BN, є етикетками для пончиків на платі ПК, до яких застосовується потужність батареї після перемикання через S1.

Для світлодіода чи ні для світлодіодів, це питання. Хоча світлодіоди всмоктують потужність, так і забувають вимкнути пристрій. Вибір за вами. Використовуйте перемикач, який має приємний індикатор стану увімкнення та не забувайте вимикати живлення - або використовуйте світлодіодне світло, щоб нагадати вам, що пристрій увімкнений і використовується трохи більше, але не забудьте вимкнути його.

Отже, якщо ви використовуєте світлодіод 1, він просто висвітлюється внаслідок упередженого підключення, коли живлення пристрою увімкнено. Використовуйте світлодіод високої ефективності, оскільки він не отримує багато струму, але ви обов'язково побачите його. Якщо ви хочете, щоб LED1 був яскравішим (і акумулятор швидше загинув), зменшіть значення R2, ​​скажімо, до 2K або, можливо, 1.5K.

Ми використовуємо U1-A (0 TL074 Quad Op Amp) як інтегратор, а U1-B (¼ TL074 Quad Op Amp) як компаратор. Разом вони складають серце осцилятора генератора функцій. При включенні живлення вихід U1-B (нашого компаратора) завжди буде насиченим високим або насиченим низьким. Ми будемо вважати, що під час обговорення його роботи він буде заряджений. При включенні живлення вихідний підсилювач, який використовується в якості нашого інтегратора (U1-A), буде знаходитися на рівні землі, але негайно почне підвищуватися під впливом виходу U1-B. Низький вихід U1-B подається назад до свого неінвертуючого входу через послідовно з'єднані 62K резистори R5 і R6. Два диоди 1N914 з'єднані між переходом R5 / R6 і землею. Катод D1 з'єднаний з переходом R5 / R6, а анод D2 підключений до переходу R5 / R6. Інші кінці діодів з'єднані з віртуальною землею схеми (ми просто скажемо землі відтепер).

Що роблять діоди D1 і D2? Вони контролюють напругу на перехресті R5 / R6, так як при виході U1-B від позитивної насиченості до негативної насиченості напруга на переході R5 / R6 змінюється від переднього падіння діода над землею (близько + 600мВ) до переднього. падіння діода нижче землі (близько -600мВ).

Ми робимо це так, щоб напруга, що подається назад до інтегратора, мала однакову величину в обох напрямках. Причина, по якій ми не тільки використовуємо вихід U1-B, тому, що її позитивні і негативні напруги насичення не зовсім однакові. Оскільки струм, що подається на інтегратор через регулятори тонкої та грубої частоти і R10, залежить від величини напруги, що надходить від секції компаратора, важливо, щоб напруга було однаковим у позитивному і негативному напрямках, або трикутна хвиля інтегратора - форма буде страждати від поганої симетрії. Замість того, щоб виглядати трикутними, хвиля виглядала б перекошеною (більше пилкоподібної або хвильової хвилі).

Низький початковий рівень на виході U1-B призводить до струму, що протікає від інвертуючого входу інтегратора U1-A висновку 2 (через 62K резистор R10, 100K грубого частоти горщик R9 і 100K тонкої частоти горщик R4) до напруги -600mV на рівні R5 / R6 / D1-k / D2-a.

У відповідь, вихід інтегратора (висновок U1-A 1) збільшується до тих пір, поки струм, що протікає в неінвертуючий вхід компаратора U1-B через резистор R7 180K, не подолає струм, що протікає до рівня -600mV на R5 / R6 / D1 -k / D2-перехід через резистор R5 62K.

Коли вихід U1-A достатньо високий (близько + 1.7V), вихід компаратора U1-B перемикається на позитивну насиченість. Тепер рівень R5 / R6 / D1-k / D2-переходу знаходиться на рівні + 600мВ, а струм тече до інвертуючого входу U1-A через R4, R9 і R10. На виході інтегратора низькі рампи до тих пір, поки напруга недостатньо низька (близько -1.7V), щоб витягнути достатній струм через R7, щоб подолати струм, що протікає через R5 від рівня + 600mV на R5 / R6 / D1-k / D2-a перехрестя. У цей час вихід компаратора швидко відбивається до негативного насичення і процес продовжується, що призводить до коливань трикутної хвилі на виході інтегратора U1-A і квадрату коливань на виході компаратора U1-B.

Потенціометр 100K грубої частоти R9 використовується як регульований дільник напруги для керування рівнем напруги, що призводить до протікання струму в або з R10, а згодом - в інвертуючий вхід інтегратора. Коли склоочисник R9 регулюється в напрямку R4, вхід інтегратора бачить більше напруги (таким чином, струм), а частота підвищується. Коли склоочисник R9 налаштований на R13, на вході інтегратора спостерігається менша напруга (таким чином струм), а частота нижче. Резистор R13 (3K) встановлює межу для того, наскільки низька напруга може бути відрегульована, і все ще примушує інтегратор правильно змінюватися, коли потенціометр R9 регулюється до кінця.

100-кратне керування точної частоти (R4) просто дозволяє більш-менш поточному потоку між виходом секції інтегратора і інвертуючим входом компаратора, як він регулюється. Це є необов'язковим і може бути усунуто, якщо вам не потрібно тонке керування частотою. Якщо R4 не використовується, просто приєднайте точку X1 до верхньої частини резистивного елемента потенціометра R9.

Перемикач S2 використовується для підключення більшого конденсатора (C2 .0022uF) паралельно з C4 (100pF) для того, щоб змінити діапазон генератора від високого (S2 відкрито) до низького (S2 закрито). Коли в інтеграторі використовується більший конденсатор, швидкість навантаження стає нижчою. Коли S2 відкритий, частотний діапазон функціонального генератора становить близько 400 Гц до 10 кГц. Коли S2 закритий і C2 паралельно з C4, діапазон частот знижується приблизно до 16 Гц до 590 Гц. Таким чином, генератор функції має гарний широкий діапазон регулювання частоти.

Ми бачимо гарну трикутну хвильову форму на виході U1-A (ланцюгова точка TRI), яка коливається навколо віртуальної землі пристрою з амплітудою близько 3 В, пік-пік. Ми беремо квадратну хвилю, що з'являється на виході U1-B і зменшуємо її амплітуду до приблизно 4V піку до піку, зберігаючи джерело низького імпедансу, використовуючи U1-C, щоб застосувати коефіцієнт дробового інвертування (точка SQR схеми). 22pF керамічний конденсатор через резистор R15 існує, щоб зменшити незначне підвищення кільця, що з'являється на виході U1-C без нього.

Щоб спростити схему та зменшити споживання струму, можна усунути функціональність синусоїдальної хвилі, якщо це необхідно. Просто усуньте LM13700 та пов'язані з ним компоненти та змініть перемикання вибору хвилі виводу лише на вибір між квадратними або трикутними хвилями. Ви також використовуватимете один перемикач SPDT.

Однак, я вважаю, що синусоїдальна хвиля корисна для зняття проблем, тому я включила його. Щоб змінити трикутну хвилю на синус-апроксимацію, ми перебільшуємо неінвертуючий вхід операційного підсилювача U2-A LM13700 Dual Transconductance, щоб скористатися нелінійними спотвореннями, які він забезпечує. Це спотворення має тенденцію до викривлення верхньої і нижньої частин форми трикутника всередину, надаючи йому синусоїдальний вигляд. Формування трикутника подається з виходу U1-A на неінвертуючий вхід U2-A (висновок 3) через 100-кратний потік R16.Триммерний потік R16 використовується для регулювання амплітуди сигналу, що з'являється на неінвертуючому вході U2-A.

Ми навмисно перенаправляємо вхідний сигнал, щоб R16 регулював кількість спотворень, що виникають у сигналі. Занадто мало, і сигнал виглядає трикутним; занадто багато, і сигнал виглядає занадто плоским зверху і знизу.

Ви зможете побачити (і почути), коли це правильно. 100-кратний пристрій R24 використовується для застосування регульованого струму зміщення до неінвертуючого входу через резистор 200K R19. Таким чином, тример R24 використовується для регулювання симетричності синусоїдальної форми. 100-кілометровий потік R17 використовується для прикладання сигналу зміщення до операційної напруги U2-A і таким чином контролює амплітуду синусоїдальної форми. Ми використовуємо буферний підсилювач Дарлінгтона, представлений на мікросхемі LM13700, для буферизації виводу.

Резистори R22 (220K) і R23 (680K) зміщують вихід U2-A так, що синусова хвиля коливається навколо віртуальної землі пристрою. Резистор R18 (10K) перетворює струм з U2-A висновку 8 на напругу. Точка схеми SIN надходить від висновку U2-A 8. Інша половина U2 (U2-B) не використовується в цій схемі.

Точки SQR, TRI і SIN перемикаються через S3 (SPDT перемикач) і S2 (перемикач SPDT) і пропускаються через R11 (потенціометр 100K), який використовується як регульований дільник напруги. Частина вибраної форми сигналу, що відбирається від склоочисника R11, подається на інвертуючий вхід U1-D через 10К резистор R12. Резистор 12K зворотного зв'язку U1-D надає йому коефіцієнт посилення 1,2, що дає кожному сигналу трохи посилення. Ця схема забезпечує вирівнювання вибраного рівня, відрегульованого рівнем, з низького імпедансного виходу U1-D.

Конденсатори С6 - С9 є .1uF керамічними ковпачками, які повинні бути розташовані поблизу силових висновків обох ІС (U1 і U2) під час побудови схеми.

Ось список компонентних компонентів. Усі ковпачки мають бути оцінені 16В або вище. Я перераховую справу RadioShack і дошку для перфорації, яка повинна добре пристосувати проект.

Акумуляторний синус, квадрат, і генератор функції хвиль трикутника Список деталей проекту

Ви можете легко побудувати цю схему на невеликій платі експериментатора або офортувати плату. У найближчі місяці шукайте цей проект на веб-сайті MFOS. Ми будемо пропонувати професійно виготовлену плату для ПК, а також комплект деталей.

Кількість Опис Значення Позначення
1 LM13700N Подвійна провідність Op Amp LM13700N U2
1 TL074CN Quad Op Amp TL074CN U1
2 1N914 Sw. Діод 1N914 D1, D2
1 Світлодіод загального призначення СВІТЛОДІОДНИЙ LED1
3 Лінійний конічний потенціометр 100K R4, R9, R11
4 Резистор 1/4 Вт 5% 10K R12, R15, R18, R20
1 Резистор 1/4 Вт 5% 12K R8
1 Резистор 1/4 Вт 5% 180K R7
1 Резистор 1/4 Вт 5% 1K R21
1 Резистор 1/4 Вт 5% 200K R19
1 Резистор 1/4 Вт 5% 20K R14
1 Резистор 1/4 Вт 5% 220K R22
2 Резистор 1/4 Вт 5% 3K R2, R13
2 Резистор 1/4 Вт 5% 4.7K R1, R3
3 Резистор 1/4 Вт 5% 62K R5, R6, R10
1 Резистор 1/4 Вт 5% 680K R23
3 Trim Pot (Bourns 3296W або еквівалент) 100K R16, R17, R24
1 Конденсатор керамічний .002uF C2
4 Конденсатор керамічний .1uF С6, С7, С8, С9
1 Конденсатор керамічний 100pF C4
1 Конденсатор керамічний 22pF C5
2 Конденсатор електролітичний 220uF C1, C3
2 Перемикач SPDT SPDT S3, S4
2 Перемикач SPST SPST S1, S2
2 Банановий Джек Банановий Джек J1, J2
1 Акумулятор 9V акумулятор B1
1 Корпус проекту радіостанції (6x4x2 ″) Кішка №: 270-1806  
1 Радіо Shack PC плата з 780 отворами Cat #: 276-168  
1 Радіотелефонні 9V Snap Connectors Cat #: 270-324  
1 25 ′ Рулон з 22 AWG дроту 25 футів  
3 Ручки для потенціометрів Ручки для потенціометрів  

Ну, у вас є це, простий, але корисний 9В акумуляторний генератор функцій, який стане в нагоді час від часу. Це зробить великий подарунок для будь-якого з ваших друзів-ентузіастів електроніки. У наступній частині я нададу деталі конструкції, включаючи розкладки ПК та ідеї передньої панелі.

Тим часом: продовжуйте уявляти, продовжуйте винаходити, залишайтеся геніальними!

Рей Уілсон є автором Make: Analog Synthesizers і божевільним за дуже популярним сайтом Music from Outer Space.

Поділитися

Залишити Коментар