วงจรกำเนิดฟังก์ชันโดยใช้ IC เดี่ยว 4049

ในโพสต์นี้เราจะเรียนรู้วิธีการสร้างวงจรกำเนิดฟังก์ชันง่ายๆ 3 ตัวโดยใช้ IC 4049 ตัวเดียวสำหรับสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมคลื่นสามเหลี่ยมและคลื่นไซน์ผ่านการใช้งานสวิตช์ที่ง่ายดาย

ใช้ต้นทุนต่ำเพียงตัวเดียว CMOS IC 4049 และโมดูลที่แยกจากกันจำนวนหนึ่งมันเป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างเครื่องกำเนิดฟังก์ชันที่มีประสิทธิภาพซึ่งจะให้ช่วงของรูปคลื่นสามรูปแบบรอบ ๆ และนอกเหนือจากสเปกตรัมเสียง

วัตถุประสงค์ของบทความนี้คือการสร้างเครื่องกำเนิดความถี่โอเพ่นซอร์สพื้นฐานที่ประหยัดต้นทุนซึ่งสร้างและใช้งานได้ง่ายโดยมือสมัครเล่นและผู้เชี่ยวชาญด้านห้องปฏิบัติการทั้งหมด

เป้าหมายนี้ประสบความสำเร็จอย่างไม่ต้องสงสัยเนื่องจากวงจรมีรูปคลื่นไซน์สี่เหลี่ยมและสามเหลี่ยมที่หลากหลายและสเปกตรัมความถี่ตั้งแต่ 12 Hz ถึง 70 KHz ใช้ IC อินเวอร์เตอร์ CMOS hex เพียงตัวเดียวและองค์ประกอบแยกไม่กี่ชิ้น

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสถาปัตยกรรมอาจไม่ได้ให้ประสิทธิภาพของวงจรขั้นสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของความสม่ำเสมอของรูปคลื่นที่ความถี่ที่เพิ่มขึ้น แต่ก็ยังเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อสำหรับการวิเคราะห์เสียง

สำหรับเวอร์ชันบลูทู ธ ที่คุณสามารถทำได้ อ่านบทความนี้

แผนภาพบล็อก

พื้นฐานการทำงานของวงจรจากแผนภาพบล็อกที่แสดงด้านบน ส่วนหลักของเครื่องกำเนิดฟังก์ชันคือเครื่องกำเนิดสามเหลี่ยม / สแควร์เวฟซึ่งประกอบด้วยตัวรวมและทริกเกอร์ Schmit

เมื่อเอาต์พุตของ Schmitt trigger สูงแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนกลับจากเอาต์พุต Schmitt ไปยังอินพุตของ Integrator จะอนุญาตให้เอาต์พุตของ Integrator เป็นค่าลบก่อนที่จะเกินระดับเอาต์พุตที่ต่ำกว่าของ Schmitt trigger

ในขั้นตอนนี้เอาต์พุตทริกเกอร์ Schmitt จะช้าดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่ป้อนกลับไปยังอินพุตของอินทิเกรเตอร์จะช่วยให้มันเพิ่มขึ้นในเชิงบวกก่อนที่จะถึงระดับทริกเกอร์บนของ Schmitt trigger

เอาต์พุตของทริกเกอร์ Schmitt สูงขึ้นอีกครั้งและเอาต์พุตอินทิเกรเตอร์จะเพิ่มขึ้นเป็นลบอีกครั้งและอื่น ๆ

การกวาดบวกและลบของอินทิเกรเตอร์เอาท์พุทแสดงถึงรูปคลื่นสามเหลี่ยมที่มีแอมพลิจูดคำนวณโดยฮิสเทรีซิสของชมิตทริกเกอร์ (นั่นคือความแตกต่างระหว่างขีด จำกัด ทริกเกอร์สูงและต่ำ)

การผลิตทริกเกอร์ Schmitt โดยธรรมชาติแล้วคลื่นสี่เหลี่ยมที่ประกอบด้วยสถานะเอาต์พุตสูงและต่ำสลับกัน

เอาต์พุตสามเหลี่ยมถูกส่งไปยังไดโอด shaper ผ่านแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์ซึ่งจะปัดเศษเสียงสูงและต่ำของรูปสามเหลี่ยมเพื่อสร้างสัญญาณคลื่นไซน์โดยประมาณ

จากนั้นรูปคลื่นทั้ง 3 แบบสามารถเลือกได้โดยสวิตช์เลือก 3 ทาง S2 และจ่ายให้กับแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์เอาต์พุต

วงจรทำงานอย่างไร

แผนภาพวงจรเต็มของเครื่องกำเนิดฟังก์ชัน CMOS ดังที่เห็นในรูปด้านบน ตัวรวมถูกสร้างขึ้นทั้งหมดโดยใช้อินเวอร์เตอร์ CMOS, Nl ในขณะที่กลไก Schmitt ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ตอบรับเชิงบวก 2 ตัว มันคือ N2 และ N3

ภาพต่อไปนี้แสดงรายละเอียด pinout ของ IC 4049 สำหรับใช้กับแผนผังข้างต้น

วงจรทำงานในลักษณะนี้เมื่อพิจารณาในขณะนี้ที่ปัดน้ำฝน P2 อยู่ในตำแหน่งที่ต่ำที่สุดโดยที่เอาต์พุต N3 สูงซึ่งเป็นกระแสเทียบเท่ากับ:

Ub - U1 / P1 + R1

เดินทางผ่าน R1 และ p1 โดยที่ Ub ระบุแรงดันไฟฟ้าและใช้แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ N1

เนื่องจากกระแสไฟฟ้านี้ไม่สามารถเคลื่อนเข้าสู่อินพุทอิมพีแดนซ์สูงของอินเวอร์เตอร์ได้จึงเริ่มเดินทางไปยัง C1 / C2 ขึ้นอยู่กับว่าตัวเก็บประจุใดถูกสลับในแนวเดียวกันโดยสวิตช์ S1

แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงเหนือ C1 จึงลดลงในเชิงเส้นเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออกของ N1 เพิ่มขึ้นในเชิงเส้นก่อนที่แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ต่ำกว่าของทริกเกอร์ Schmitt จะเข้าใกล้เมื่อเอาต์พุตของทริกเกอร์ Schmitt ต่ำ

ปัจจุบันเทียบเท่ากับ - ออก / P1 + R1 ไหลผ่านทั้ง R1 และ P1

กระแสนี้ไหลผ่าน C1 เสมอดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกของ N1 จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณจนกว่าจะได้แรงดันไฟฟ้า จำกัด สูงสุดของ Schmitt trigger เอาต์พุตของ Schmitt trigger จะเพิ่มขึ้นและรอบทั้งหมดจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

เพื่อรักษาความสมมาตรของคลื่นสามเหลี่ยม (นั่นคือความชันที่เท่ากันสำหรับทั้งส่วนที่เป็นขั้วบวกและส่วนที่เป็นขั้วลบของรูปคลื่น) ภาระของคอนเดนเซอร์และกระแสที่ปล่อยออกมาจะต้องเหมือนกันซึ่งหมายความว่า Uj, -Ui ควรจะเหมือนกับ Ut

อย่างไรก็ตามน่าเศร้าที่ Ut ได้รับการตัดสินโดยพารามิเตอร์อินเวอร์เตอร์ CMOS โดยปกติคือ 55%! แรงดันไฟฟ้าแหล่ง Ub = Ut อยู่ที่ประมาณ 2.7 V กับ 6 V และ Ut โดยประมาณที่ 3.3 V

ความท้าทายนี้เอาชนะด้วย P2 ซึ่งต้องมีการปรับเปลี่ยนสมมาตร ในขณะนี้ให้พิจารณาว่า thai R-เกี่ยวข้องกับเส้นอุปทานที่เป็นบวก (ตำแหน่ง A)

โดยไม่คำนึงถึงการตั้งค่าของ P2 แรงดันเอาต์พุตสูงของ Schmitt trigger จะยังคงเป็น 11 เสมอ

อย่างไรก็ตามเมื่อเอาต์พุต N3 ต่ำ R4 และ P2 จะสร้างตัวแบ่งที่เป็นไปได้ดังกล่าวตามการกำหนดค่าที่ปัดน้ำฝนของ P2 แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0 V ถึง 3 V อาจถูกส่งกลับไปยัง P1

สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าไม่ใช่ -Ut อีกต่อไป แต่เป็น Up2-Ut ในกรณีที่แรงดันของตัวเลื่อน P2 อยู่ที่ประมาณ 0.6 V ดังนั้น Up2-Ut ควรอยู่ที่ประมาณ -2.7 V ดังนั้นกระแสของการชาร์จและการคายประจุจะเท่ากัน

เห็นได้ชัดว่าเนื่องจากความทนทานของค่า Ut ควรทำการปรับ P2 เพื่อให้ตรงกับตัวสร้างฟังก์ชันเฉพาะ

ในสถานการณ์ที่ Ut มีค่าน้อยกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าการเชื่อมต่อด้านบนของ R4 กับกราวด์ (ตำแหน่ง B) อาจเหมาะสม

สามารถพบสเกลความถี่ได้สองแบบซึ่งจะกำหนดโดยใช้ S1 12 Hz-1 kHz และ 1 kHz ถึง 70 kHz โดยประมาณ

การควบคุมความถี่แบบละเอียดจะได้รับจาก P1 ซึ่งจะเปลี่ยนกระแสของประจุและการคายประจุของ C1 หรือ C2 และทำให้ความถี่ที่ตัวรวมเพิ่มขึ้นและลง

เอาต์พุต squarewave จาก N3 จะถูกส่งไปยังเครื่องขยายเสียงบัฟเฟอร์ผ่านสวิตช์เลือกรูปคลื่น S2 ซึ่งประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์สองตัวที่เอนเอียงเหมือนแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น (ต่อขนานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพกระแสเอาต์พุต)

เอาต์พุตคลื่นสามเหลี่ยมมีให้ผ่านเครื่องขยายเสียงบัฟเฟอร์ N4 และจากที่นั่นโดยสวิตช์เลือกไปยังเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงบัฟเฟอร์

นอกจากนี้เอาต์พุตสามเหลี่ยมจาก N4 จะถูกเพิ่มไปยังไซน์เชเปอร์ซึ่งประกอบด้วย R9, R11, C3, Dl และ D2

D1 และ D2 ดึงกระแสเพียงเล็กน้อยถึงประมาณ +/- 0.5 โวลต์ แต่ความต้านทานที่หลากหลายของพวกเขาลดลงเกินแรงดันไฟฟ้านี้และลอการิทึม จำกัด เสียงสูงและต่ำของพัลส์สามเหลี่ยมเพื่อสร้างเทียบเท่ากับคลื่นไซน์

เอาต์พุตไซน์จะถูกส่งไปยังเครื่องขยายสัญญาณเอาท์พุตผ่าน C5 และ R10

P4 ซึ่งแตกต่างกันที่อัตราขยายของ N4 และด้วยเหตุนี้แอมพลิจูดของพัลส์สามเหลี่ยมที่จ่ายให้กับไซน์เชเปอร์จึงเปลี่ยนความโปร่งใสของไซนัส

ระดับสัญญาณต่ำเกินไปและแอมพลิจูดของรูปสามเหลี่ยมจะต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของไดโอดและจะดำเนินการต่อโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ และระดับสัญญาณที่สูงเกินไปเสียงสูงและต่ำจะถูกตัดออกอย่างมากจึงทำให้ไม่ดี เกิดคลื่นไซน์

ตัวต้านทานอินพุตของแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์เอาต์พุตถูกเลือกเพื่อให้รูปคลื่นทั้งสามมีค่าสูงสุดถึงแรงดันเอาต์พุตต่ำสุดประมาณ 1.2 V ระดับของเอาต์พุตสามารถเปลี่ยนแปลงได้ผ่าน P3

การตั้งค่าขั้นตอน

วิธีการปรับเปลี่ยนก็เพียงแค่เปลี่ยนความสมมาตรของสามเหลี่ยมและความบริสุทธิ์ของคลื่นไซน์

นอกจากนี้ความสมมาตรของสามเหลี่ยมยังได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดโดยการตรวจสอบอินพุตสแควร์เวฟเนื่องจากรูปสามเหลี่ยมสมมาตรจะถูกสร้างขึ้นหากรอบการทำงานของสแควร์เวฟเท่ากับ 50% (1-1 มาร์ค - เว้นวรรค)

ในการดำเนินการนี้คุณจะต้องปรับค่า P2 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

ในสถานการณ์ที่ความสมมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อเลื่อนที่ปัดน้ำฝน P2 ลงไปที่เอาต์พุต N3 แต่ไม่สามารถทำได้สมมาตรที่ถูกต้องส่วนบนของ R4 จะต้องเชื่อมต่อในตำแหน่งอื่น

ความบริสุทธิ์ของคลื่นไซน์จะเปลี่ยนไปโดยการปรับ P4 จนกว่ารูปคลื่นจะ 'ดูสมบูรณ์แบบ' หรือโดยการเปลี่ยนแปลงเพื่อความผิดเพี้ยนน้อยที่สุดก็ต่อเมื่อมีเครื่องวัดความผิดเพี้ยนให้ตรวจสอบเท่านั้น

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ามีผลต่อแรงดันขาออกของรูปคลื่นที่แตกต่างกันดังนั้นความบริสุทธิ์ของไซน์จึงต้องใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ 6 V

เมื่อใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานแบตเตอรี่ไม่ควรบังคับให้ทำงานลงด้านล่างมากเกินไป

CMOS ICs ที่ใช้เป็นวงจรเชิงเส้นจะระบายกระแสไฟได้สูงกว่าในโหมดสวิตชิ่งปกติดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะต้องไม่เกิน 6 V มิฉะนั้น IC อาจร้อนขึ้นเนื่องจากการกระจายความร้อนอย่างหนัก

อีกวิธีที่ยอดเยี่ยมในการสร้างวงจรกำเนิดฟังก์ชันสามารถทำได้โดยใช้ IC 8038 ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

วงจรกำเนิดฟังก์ชันโดยใช้ IC 8038

IC 8038 เป็น IC กำเนิดรูปคลื่นที่มีความแม่นยำซึ่งได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการสร้างรูปคลื่นเอาท์พุตไซน์สี่เหลี่ยมและสามเหลี่ยมโดยการผสมผสานส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และการปรับแต่งจำนวนน้อยที่สุด

ช่วงความถี่ในการทำงานสามารถกำหนดได้จาก 8 ขั้นตอนความถี่เริ่มตั้งแต่ 0.001Hz ถึง 300kHz ผ่านการเลือกองค์ประกอบ R-C ที่เหมาะสม

ความถี่ในการสั่นจะคงที่มากโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิหรือความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในช่วงกว้าง

นอกจากนี้ตัวกำเนิดฟังก์ชัน IC 8038 ยังมีช่วงความถี่ในการทำงานที่ใหญ่ถึง 1MHz เอาต์พุตรูปคลื่นพื้นฐานทั้งสามรูปแบบไซน์สามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมสามารถเข้าถึงได้ในเวลาเดียวกันผ่านพอร์ตเอาต์พุตแต่ละตัวของวงจร

ช่วงความถี่ของ 8038 สามารถเปลี่ยนแปลงได้ผ่านฟีดแรงดันไฟฟ้าภายนอกแม้ว่าการตอบสนองอาจไม่เป็นเชิงเส้นมากนัก เครื่องกำเนิดฟังก์ชันที่นำเสนอยังมีเช่นสมมาตรสามเหลี่ยมที่ปรับได้และระดับการบิดเบือนของคลื่นไซน์ที่ปรับได้

เครื่องกำเนิดฟังก์ชันโดยใช้ IC 741

วงจรกำเนิดฟังก์ชันที่ใช้ IC 741 นี้ให้ความสามารถในการทดสอบที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดสัญญาณคลื่นไซน์ทั่วไปโดยให้คลื่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสและสามเหลี่ยม 1 kHz เข้าด้วยกันและมีทั้งต้นทุนต่ำและง่ายมากในการสร้าง ตามที่ปรากฏว่าเอาต์พุตอยู่ที่ประมาณ 3V ptp บนคลื่นสี่เหลี่ยมและ 2V r.m.s ในคลื่นไซน์ ตัวลดทอนแบบสวิตช์อาจรวมเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วหากคุณต้องการที่จะอ่อนโยนต่อวงจรที่กำลังทดสอบ

วิธีการประกอบ

เริ่มบรรจุชิ้นส่วนลงบน PCB ตามที่แสดงในแผนภาพโครงร่างส่วนประกอบและตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใส่ขั้วของซีเนอร์อิเล็กโทรไลต์และไอซีอย่างถูกต้อง

วิธีตั้งค่า

ในการตั้งค่าวงจรกำเนิดฟังก์ชันอย่างง่ายเพียงแค่ปรับ RV1 อย่างละเอียดจนกระทั่งรูปคลื่นไซน์อยู่ต่ำกว่าระดับการตัด สิ่งนี้ช่วยให้คุณได้รับคลื่นไซน์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดผ่านออสซิลเลเตอร์ สี่เหลี่ยมจัตุรัสและสามเหลี่ยมไม่จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนหรือตั้งค่าใด ๆ

มันทำงานอย่างไร

1. ในวงจรกำเนิดฟังก์ชัน IC 741 นี้ IC1 ถูกกำหนดค่าในรูปแบบของออสซิลเลเตอร์สะพาน Wien ซึ่งทำงานที่ความถี่ 1 kHz
2. การควบคุมแอมพลิจูดจัดทำโดยไดโอด D1 และ D2 เอาต์พุตจาก IC นี้ถูกขับเคลื่อนผ่านทางซ็อกเก็ตเอาต์พุตหรือไปยังวงจรกำลังสอง
3. สิ่งนี้เชื่อมต่อกับ SW1a โดยใช้ C4 และเป็นทริกเกอร์ Schmidt (Q1 -Q2) zener ZD1 ทำงานเหมือนทริกเกอร์ 'ไม่มีฮิสทีเรีย'
4. ตัวรวม IC2, C5 และ R10 สร้างคลื่นสามเหลี่ยมจากคลื่นสี่เหลี่ยมอินพุต

เครื่องกำเนิดฟังก์ชัน UJT อย่างง่าย

ออสซิลเลเตอร์ unijunction แสดงด้านล่างเป็นหนึ่งในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฟันเลื่อยที่ง่ายที่สุด ผลลัพธ์ทั้งสองของการให้นี้คือรูปคลื่นฟันเลื่อยและลำดับของทริกเกอร์พัลส์ วงคลื่นขึ้นจากประมาณ 2V (จุดของหุบเขา Vv) ถึงจุดสูงสุดสูงสุด (Vp) จุดสูงสุดขึ้นอยู่กับ Vs ของแหล่งจ่ายไฟและอัตราส่วน BJT แบบสแตนด์อโลนซึ่งอาจอยู่ในช่วง 0.56 ถึง 0.75 โดย 0.6 เป็นค่าร่วม ช่วงเวลาของการสั่นหนึ่งครั้งโดยประมาณ:

เสื้อ = - RC x 1n [(1 - η) / (1 - Vv / Vs)]

โดยที่ '1n' หมายถึงการใช้ลอการิทึมตามธรรมชาติ พิจารณาค่ามาตรฐาน Vs = 6, Vv = 2 และ ที่ = 0.6 สมการข้างต้นลดความซับซ้อนเป็น:

เสื้อ = RC x 1n (0.6)

เนื่องจากการชาร์จตัวเก็บประจุเป็นแบบเพิ่มขึ้นความชันที่เพิ่มขึ้นของฟันเลื่อยจึงไม่เป็นเชิงเส้น สำหรับแอปพลิเคชันเสียงจำนวนมากสิ่งนี้แทบไม่สำคัญ รูป (b) แสดงให้เห็นถึงตัวเก็บประจุการชาร์จผ่านวงจรกระแสคงที่ สิ่งนี้ทำให้ความลาดชันตรงขึ้น

ตอนนี้อัตราประจุของตัวเก็บประจุคงที่โดยไม่ขึ้นกับ Vs แม้ว่า Vs จะยังคงมีอิทธิพลต่อจุดสูงสุด เนื่องจากกระแสขึ้นอยู่กับอัตราขยายของทรานซิสเตอร์จึงไม่มีสูตรง่ายๆสำหรับการวัดความถี่ วงจรนี้ออกแบบมาเพื่อทำงานกับความถี่ต่ำและมีการใช้งานเป็นเครื่องกำเนิดทางลาด

ใช้ LF353 ออปแอมป์

ออปแอมป์สองตัวใช้ในการสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมและวงจรกำเนิดคลื่นสามเหลี่ยมที่แม่นยำ ชุด LF353 ประกอบด้วยแอมป์ JFET op สองตัวซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันนี้

ความถี่สัญญาณเอาต์พุตคำนวณโดยสูตร f = 1 / RC . วงจรแสดงช่วงการทำงานที่กว้างมากโดยแทบจะไม่ผิดเพี้ยน

R อาจมีค่าใด ๆ ระหว่าง 330 โอห์มและประมาณ 4.7 M C สามารถมีค่าได้ตั้งแต่ประมาณ 220pF ถึง 2uF

เช่นเดียวกับแนวคิดข้างต้นแอมป์สองตัวจะถูกใช้ในครั้งต่อไป คลื่นไซน์คลื่นโคไซน์ วงจรกำเนิดฟังก์ชัน

พวกมันสร้างสัญญาณคลื่นไซน์ความถี่เกือบเท่ากัน แต่อยู่นอกเฟส 90 °ดังนั้นเอาต์พุตของแอมป์ออปที่สองจึงถูกเรียกว่าเป็นคลื่นโคไซน์

ความถี่ได้รับผลกระทบจากการรวบรวมค่า R และ C ที่ยอมรับได้ R อยู่ในช่วง 220k ถึง 10 M C อยู่ระหว่าง 39pF ถึง 22nF การเชื่อมต่อระหว่าง R, C และ / หรือค่อนข้างซับซ้อนเนื่องจากต้องสะท้อนถึงค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุอื่น ๆ

ใช้ R = 220k และ C = 18nF เป็นจุดเริ่มต้นที่ให้ความถี่ 250Hz ไดโอดซีเนอร์สามารถเป็นไดโอดเอาต์พุตกำลังต่ำ 3.9V หรือ 4.7V

ฟังก์ชัน Generator โดยใช้ TTL IC

สองประตูของก ประตู NAND สองอินพุต 7400 รูปสี่เหลี่ยม ประกอบด้วยวงจรออสซิลเลเตอร์จริงสำหรับวงจรกำเนิดฟังก์ชัน TTL นี้ คริสตัลและตัวเก็บประจุแบบปรับได้จะทำงานเหมือนกับระบบป้อนกลับในอินพุตของเกต U1-a และเอาต์พุตของเกต U1-b Gate U1-c ทำหน้าที่เหมือนบัฟเฟอร์ระหว่างสเตจออสซิลเลเตอร์และสเตจเอาต์พุต U1-d

สวิตช์ S1 ทำหน้าที่เหมือนการควบคุมประตูแบบสลับได้ด้วยตนเองเพื่อสลับเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมของ U1-d ที่พิน 11 เปิด / ปิด เมื่อเปิด S1 ตามที่ระบุไว้คลื่นสี่เหลี่ยมจะถูกสร้างขึ้นที่เอาท์พุตและเมื่อปิดรูปคลื่นเท่ากับจะถูกปิด

สวิตช์สามารถถูกแทนที่ด้วยลอจิกเกตเพื่อสั่งการเอาต์พุตแบบดิจิทัล คลื่นไซน์สูงสุด 6 ถึง 8 โวลต์ในอุดมคติเกือบจะถูกสร้างขึ้นที่จุดเชื่อมต่อของ C1 และ XTAL1

อิมพีแดนซ์บนทางแยกนี้สูงมากและไม่สามารถให้สัญญาณเอาต์พุตโดยตรงได้ ทรานซิสเตอร์ Q1 ตั้งค่าเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ติดตามตัวส่งมอบอิมพีแดนซ์อินพุตสูงให้กับสัญญาณคลื่นไซน์และอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำไปยังโหลดภายนอก

วงจรจะหมุนคริสตัลเกือบทุกประเภทและจะทำงานด้วยความถี่คริสตัลต่ำกว่า 1 MHz ถึงสูงกว่า 10 MHz

วิธีตั้งค่า

การตั้งค่าวงจรกำเนิดฟังก์ชัน TTL อย่างง่ายนี้สามารถเริ่มต้นได้อย่างรวดเร็วด้วยประเด็นต่อไปนี้

หากคุณมีออสซิลโลสโคปให้เชื่อมต่อกับเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมของ U1-d ที่พิน 11 และตำแหน่ง C1 ตรงกลางช่วงที่ให้รูปคลื่นเอาต์พุตที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

จากนั้นสังเกตเอาต์พุตคลื่นไซน์และปรับ C2 เพื่อให้ได้รูปคลื่นที่ดูดีที่สุด กลับไปที่ปุ่มควบคุม C1 และปรับให้ละเอียดไปมาเล็กน้อยจนกว่าจะได้เอาต์พุตคลื่นไซน์ที่ดีที่สุดบนหน้าจอขอบเขต

ส่วนรายการ

ตัวต้านทาน
(ตัวต้านทานทั้งหมดคือ - วัตต์หน่วย 5%)
RI, R2 = 560 โอห์ม
R3 = 100k
R4 = 1k

เซมิคอนดักเตอร์
U1 = ไอซี 7400
Q1 = 2N3904 ทรานซิสเตอร์ซิลิกอน NPN

คาปาซิเตอร์
C1, C2 = 50 pF, ตัวเก็บประจุแบบทริมเมอร์
C3, C4 = 0.1 uF, ตัวเก็บประจุแบบแผ่นเซรามิก

เบ็ดเตล็ด
S1 = สวิตช์สลับ SPST
XTAL1 = คริสตัลใด ๆ (ดูข้อความ)

วงจรรูปคลื่นไซน์ที่ดีที่สุดที่ควบคุมด้วยคริสตัล

เครื่องกำเนิดรูปคลื่นต่อไปนี้เป็นวงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์สองทรานซิสเตอร์ที่ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมราคาถูกในการสร้างและไม่ต้องใช้ขดลวดหรือโช้ก ราคาขึ้นอยู่กับคริสตัลที่ใช้เป็นหลักเนื่องจากต้นทุนโดยรวมขององค์ประกอบอื่น ๆ แทบจะไม่กี่ดอลลาร์ ทรานซิสเตอร์ Q1 และชิ้นส่วนที่อยู่ติดกันหลายส่วนสร้างวงจรออสซิลเลเตอร์

เส้นทางกราวด์สำหรับคริสตัลถูกกำหนดโดย C6, R7 และ C4 ในทางแยก C6 และ R7 ซึ่งเป็นตำแหน่งอิมพีแดนซ์ที่ค่อนข้างเล็ก RF จะถูกนำไปใช้กับแอมพลิฟายเออร์ emitter-follower, Q2

รูปคลื่นที่จุดเชื่อมต่อ C6 / R7 เป็นรูปคลื่นไซน์ที่เกือบสมบูรณ์แบบจริงๆ เอาต์พุตที่ตัวปล่อยของ Q2 มีช่วงแอมพลิจูดตั้งแต่ประมาณ 2 ถึง 6 โวลต์สูงสุดถึงจุดสูงสุดขึ้นอยู่กับปัจจัย Q ของคริสตัลและค่าตัวเก็บประจุ C1 และ C2

ค่า C1 และ C2 เป็นตัวกำหนดช่วงความถี่ของวงจร สำหรับความถี่คริสตัลต่ำกว่า 1 MHz C1 และ C2 ควรเป็น 2700 pF (.0027 p, F) สำหรับความถี่ระหว่าง 1 MHz ถึง 5 MHz สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นตัวเก็บประจุ 680-pF และสำหรับ 5 MHz และ 20 MHz คุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุ 200-pF

คุณอาจลองทดสอบกับค่าของตัวเก็บประจุเหล่านั้นเพื่อให้ได้เอาต์พุตคลื่นไซน์ที่ดูดีที่สุด นอกจากนี้การปรับตัวเก็บประจุ C6 อาจมีผลต่อระดับเอาต์พุตสองระดับและรูปร่างโดยรวมของรูปคลื่น

ส่วนรายการ

ตัวต้านทาน
(ตัวต้านทานทั้งหมดคือ - วัตต์หน่วย 5%)
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270 โอห์ม
R8-100k
ตัวเก็บประจุ
C1, C2— ดูข้อความ
C3, C5-0.1-p.F, แผ่นเซรามิก
C6-10 pF ถึง 100 pF ทริมเมอร์
เซมิคอนดักเตอร์
Q1, Q2-2N3904
XTAL1— ดูข้อความ

วงจรกำเนิดฟันเลื่อย

ในวงจรกำเนิดฟันเลื่อยชิ้นส่วน Q1, D1-D3, R1, R2 และ R7 ได้รับการกำหนดค่าเหมือนกับวงจรกำเนิดไฟฟ้าคงที่แบบธรรมดาซึ่งจะชาร์จตัวเก็บประจุ C1 ด้วยกระแสคงที่ กระแสชาร์จคงที่นี้สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นเหนือ C1

ทรานซิสเตอร์ Q2 และ Q3 มีการเชื่อมต่อเหมือนคู่ดาร์ลิงตันเพื่อดันแรงดันไฟฟ้าผ่าน C1 ไปยังเอาต์พุตโดยไม่มีเอฟเฟกต์โหลดหรือบิดเบือน

ทันทีที่แรงดันไฟฟ้ารอบ C1 เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 70% ของแรงดันไฟฟ้าประตู U1-a จะเปิดใช้งานกระตุ้นให้เอาต์พุต U1-b สูงขึ้นและเปิดสวิตช์ Q4 สั้น ๆ ซึ่งจะยังคงเปิดอยู่ในขณะที่ตัวเก็บประจุ C1 ปล่อยประจุ

การดำเนินการนี้จะเสร็จสิ้นในรอบเดียวและเริ่มในรอบถัดไป ความถี่เอาต์พุตของวงจรควบคุมโดย R7 ซึ่งให้ความถี่ต่ำสุดประมาณ 30 Hz และความถี่ระดับบนสุดประมาณ 3.3 kHz

ช่วงความถี่สามารถทำให้สูงขึ้นได้โดยการลดค่าของ C1 และลดลงโดยการเพิ่มค่าของ C1 เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าสูงสุดของ Q4 ภายใต้การควบคุม C1 ไม่ควรใหญ่กว่า 0.27 uF

ส่วนรายการ

วงจรกำเนิดฟังก์ชันโดยใช้ IC 4011

รากฐานของวงจรนี้คือ Wien -bridge oscillator ซึ่งให้เอาต์พุตคลื่นไซน์ รูปคลื่นสี่เหลี่ยมและสามเหลี่ยมจะถูกดึงออกมาในภายหลัง

Wien -bridge oscillator สร้างขึ้นโดยใช้ CMOS NAND เกต N1 ถึง N4 ในขณะที่การป้องกันความเสถียรของแอมพลิจูดนั้นมาจากทรานซิสเตอร์ T1 และไดโอด D1 และ D2

ไดโอดเหล่านี้อาจต้องจับคู่กันสองชุดเพื่อความผิดเพี้ยนต่ำสุด โพเทนชิออมิเตอร์แบบปรับความถี่ P1 ต้องเป็นโพเทนชิออมิเตอร์สเตอริโอคุณภาพสูงที่มีแทร็กความต้านทานภายในจับคู่กับความคลาดเคลื่อนภายใน 5%

R3 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าช่วยให้มีการปรับสิ่งอำนวยความสะดวกเพื่อให้เกิดความผิดเพี้ยนน้อยที่สุดและในกรณีที่ใช้ชิ้นส่วนที่จับคู่กันสำหรับ D1, D2 และ P1 ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกโดยรวมอาจต่ำกว่า 0.5%

เอาต์พุตจาก Wien -bridge oscillator ถูกนำไปใช้กับอินพุตของ N5 ซึ่งมีความเอนเอียงในพื้นที่เชิงเส้นและทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียง NAND เกต N5 และ N6 รวมกันเพิ่มประสิทธิภาพและคลิปเอาต์พุตออสซิลเลเตอร์เพื่อสร้างรูปคลื่นสี่เหลี่ยม

รอบหน้าที่ของรูปคลื่นค่อนข้างได้รับอิทธิพลจากขีด จำกัด ศักย์ของ N5 แห้งแล้ง N6 อย่างไรก็ตามมันอยู่ใกล้กันถึง 50%

เอาต์พุตเกต N6 ถูกส่งไปยังอินทิเกรเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยใช้ NAND เกต N7 และ N8 ซึ่งสอดประสานกับคลื่นสี่เหลี่ยมเพื่อส่งรูปคลื่นสามเหลี่ยม

แอมพลิจูดรูปคลื่นสามเหลี่ยมนั้นขึ้นอยู่กับความถี่แน่นอนและเนื่องจากอินทิเกรเตอร์ไม่แม่นยำมากนักความเป็นเชิงเส้นจึงเบี่ยงเบนไปตามความถี่

ในความเป็นจริงการแปรผันของแอมพลิจูดนั้นค่อนข้างเป็นเรื่องเล็กน้อยเมื่อพิจารณาว่าเครื่องกำเนิดฟังก์ชันมักจะใช้ร่วมกับมิลลิโวลต์มิเตอร์หรือออสซิลโลสโคปและสามารถตรวจสอบเอาต์พุตได้อย่างง่ายดาย

วงจร Function Generator โดยใช้ LM3900 Norton Op Amp

เครื่องกำเนิดฟังก์ชันที่มีประโยชน์มากซึ่งจะช่วยลดฮาร์ดแวร์และราคาสามารถสร้างได้ด้วย IC LM3900 ของ Norton quad amplifier ตัวเดียว

หากถอดตัวต้านทาน R1 และตัวเก็บประจุ C1 ออกจากวงจรนี้การตั้งค่าผลลัพธ์จะเป็นแบบทั่วไปสำหรับเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมของ Norton-amplifier โดยกระแสเวลาเข้าสู่ตัวเก็บประจุ C2 การรวมตัวเก็บประจุ C1 แบบบูรณาการเข้ากับเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมจะสร้างคลื่นไซน์ที่แม่นยำสมจริงที่เอาต์พุต

ตัวต้านทาน R1 ที่ช่วยเสริมค่าคงที่ของเวลาของวงจรช่วยให้คุณสามารถปรับคลื่นไซน์เอาท์พุตเพื่อความผิดเพี้ยนต่ำสุด วงจรที่เหมือนกันช่วยให้คุณสามารถใส่เอาท์พุตคลื่นไซน์ไปยังการเชื่อมต่อมาตรฐานสำหรับเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม / คลื่นสามเหลี่ยมที่ออกแบบด้วยแอมพลิฟายเออร์ Norton สองตัว

ดังที่แสดงให้เห็นในภาพสามเหลี่ยมเอาต์พุตทำงานเหมือนกับอินพุตสำหรับเครื่องขยายสัญญาณไซน์

สำหรับค่าชิ้นส่วนที่ระบุในบทความนี้ความถี่ในการทำงานของวงจรจะอยู่ที่ประมาณ 700 เฮิรตซ์ ตัวต้านทาน R1 สามารถใช้เพื่อปรับการบิดเบือนคลื่นไซน์ต่ำสุดและตัวต้านทาน R2 สามารถใช้สำหรับปรับความสมมาตรของคลื่นสี่เหลี่ยมและสามเหลี่ยม

แอมพลิฟายเออร์ตัวที่ 4 ในแพ็คเกจ Norton quad สามารถเชื่อมต่อเป็นบัฟเฟอร์เอาต์พุตสำหรับรูปคลื่นเอาต์พุตทั้ง 3 รูปแบบ