И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Что такое генератор звуковых частот?

Генератор звуковых частот позволяет получать синусоидальные сигналы с частотами в пределах 20 Гц — 20 кГц. В более совершенных генераторах диапазон частот расширен в область как более низких (до нескольких герц), так и более высоких частот (до нескольких сотен килогерц). В генераторе с расширенным диапазоном частот, как правило, весь диапазон разбивается на несколько поддиапазонов, которые выбираются с помощью переключателя.

Генераторы звуковых частот обычно представляют собой RC-генераторы с мостом Вина, с непрерывной перестройкой с помощью конденсаторов. Достоинства таких генераторов следующие: низкое содержание гармоник (0,1–0,5 %), хорошая стабильность частоты (10-3—10-4) и амплитуды, а также малые габаритные размеры и масса. Уровень выходного сигнала в генераторах звуковых частот достигает 10–50 В на ненагруженных выходных зажимах; выходное сопротивление можно изменять в пределах от единиц до 600 Ом.

Генераторы звуковых колебаний используют для испытаний различных низкочастотных цепей, элементов и блоков, теле- и радиоприемников, а также электроакустических устройств. Они служат для питания схем (мостов) при измерении индуктивности и емкости и являются источником сигнала, модулирующего генераторы высокой частоты.

Название генератора происходит от способа получения сигналов с частотами, для которых предназначается генератор. Структурная схема генератора биений приведена на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Структурная схема генератора биений

Прибор содержит два LC-генератора высокой частоты. Один из них генерирует колебания с постоянной частотой f1. Частоту второго генератора можно изменять в интервале от f2 до f2 + fmах, причем fmах — максимальная частота, на которую можно перестроить генератор. В результате объединения двух сигналов в смесителе на выходе фильтра, устраняющего ненужные составляющие, получают разностную частоту f1 — f2. Разностная частота может меняться в интервале от 0 до fmах и достигать значений 10–20 МГц.

Главным преимуществом генераторов биений является широкий диапазон перестройки, перекрываемый непрерывно без каких-либо переключений. К недостаткам относятся нестабильность разностной частоты, а также относительно высокий коэффициент содержания гармоник (несколько процентов). Генераторы биений используются для контроля частотных характеристик как селективных, так и апериодических схем, например широкополосных усилителей изображения.

Это — высокостабильный генератор высокой частоты, заменяющий в лабораторных условиях естественные источники сигналов, например от передатчика. Многие типы генераторов перекрывают в сумме весь диапазон радиочастот от 50—100 кГц до десятков тысяч мегагерц. В зависимости от назначения генераторы стандартных сигналов выпускаются как генераторы с амплитудной (AM), частотной (ЧМ), с двумя видами модуляции (АМ/ЧМ), импульсной модуляцией (ИМ) и т. п.

Структурная схема одного из таких генераторов, перекрывающего диапазон радиочастот (50 кГц—30 МГц), представлена на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Структурная схема генератора сигналов с AM модуляцией

Главным функциональным блоком является высокочастотный генератор, частота которого регулируется ступенчато в соответствии с поддиапазонами и плавно — с помощью перестраиваемого конденсатора в пределах одного поддиапазона. Точность установки и отсчета частоты лежит обычно в пределах 0,5–1,5 %. Сигнал с генератора подается на модулятор, в котором осуществляется амплитудная модуляция. Модулирующим сигналом может служить как сигнал от внутреннего генератора низкой частоты с частотой 1000 Гц, так и сигнал от внешнего генератора. С модулятором связан измеритель глубины модуляции. Выходное напряжение (0,1–1 В) можно уменьшить с помощью резистивного делителя вплоть до — 120 дБ (1 мкВ при исходном входном напряжении 1 В). Выходное сопротивление генератора мало, чаще всего 50 или 75 Ом.

Это определенный вид генератора сигналов, объединенного с осциллографом, в котором частота выходного сигнала не является постоянной. Специальная схема вызывает периодическое изменение частоты выходного сигнала таким образом, что она плавно изменяется в определенном интервале, а затем быстро возвращается к начальному значению. В это время амплитуда выходного сигнала остается постоянной.

Структурная схема генератора качающейся частоты представлена на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Структурная схема генератора качающейся частоты

Генератор Г1 служит для установки средней частоты, а генератор Г2 модулируется по частоте с помощью емкостного диода. Диапазон перестройки генератора Г2 составляет ± ΔF.

Пилообразное модулирующее напряжение берется со схемы временной развертки встроенного осциллографа. После смешения в смесителе сигналов от обоих генераторов получают ЧМ сигнал разностной частоты. Это выходной сигнал генератора качающейся частоты, который через делитель напряжения подводится к исследуемой схеме, например усилителю или фильтру.

Амплитуда напряжения на выходе схемы изменяется в зависимости от его амплитудной характеристики. Напряжение с выхода исследуемой схемы после детектирования подается на вход Y осциллографа. Поскольку изменение частоты выходного сигнала генератора качающейся частоты синхронизировано с временной разверткой осциллографа, на экране получают изображение амплитудной характеристики исследуемой схемы. Область наблюдаемой на экране осциллографа характеристики схемы зависит от девиации частоты 2ΔF и может регулироваться в широком интервале. Для увеличения точности отсчета частоты на изображение, полученное на экране, обычно наносятся метки, соответствующие определенным частотам (например, через 10 или 1 МГц). Для этого генератор качающейся частоты снабжают генератором меток.

Частота генератора развертки, определяющего скорость изменения ЧМ сигнала, устанавливается около нескольких десятков герц. При больших частотах могут появиться искажения наблюдаемой характеристики из-за инерционности LC-контуров.

Генераторы качающейся частоты применяют главным образом для настройки резонансных усилителей и фильтров, особенно с большой шириной полосы. Известны генераторы качающейся частоты, применяемые в телевизионной технике, которые перекрывают полосу частот от 0 до 1000 МГц.

Существуют два способа получения прямоугольных колебаний. Первый основан на формировании прямоугольного колебания из синусоидального. Синусоидальное колебание от встроенного или внешнего генератора подвергается последовательно усилению и ограничению для получения соответствующей формы.

Другой способ получения прямоугольного колебания основывается на непосредственной генерации колебания с формой, близкой к прямоугольной, в схеме мультивибратора. Получаемое после ограничения и усиления напряжение и представляет собой выходное колебание генератора.

Генераторы прямоугольных колебаний используются прежде всего для возбуждения импульсных схем и испытаний усилителей в динамическом режиме. Частотный диапазон генераторов прямоугольных колебаний простирается от 10–20 Гц до нескольких сотен килогерц. Крутизна фронта прямоугольного колебания составляет обычно 0,1–1 мкс.

Генераторы импульсов являются источниками прямоугольных или пилообразных импульсов, длительность которых значительно меньше периода повторения импульсов. Частота повторения импульсов лежит обычно в пределах диапазона звуковых частот. Крутизна фронтов импульсов, как правило, регулируемой длительности, составляет 50 не — 1 мкс.

Генераторы импульсов обеспечивают напряжения положительной и отрицательной полярностей, а также регулировку амплитуды в пределах от 1 мВ до 100 В с помощью делителя напряжения.

Измерения частоты могут выполняться различными методами. Выбор метода измерений зависит от диапазона измеряемых частот, а также от требуемой точности измерений. К наиболее известным методам измерений относятся резонансный метод, метод сравнения частоты с частотой другого генератора, а также методы, основанные на счете импульсов.