Generator impulsów trójkątnych
Prezentowany tutaj generator pozwala na kształtowanie impulsów o formie trójkątnej i o zmiennej biegunowości przy wykorzystaniu jednobiegunowego źródła zasilania.
Z funkcjonalnego punktu widzenia generator składa się z następujących podzespołów: licznika rewersyjnego, przetwornika cyfrowo-analogowego oraz elektronicznego przełącznika biegunowości.
Licznik rewersyjny zbudowany jest z elementów dyskretnych w celu osiągnięcia możliwości pracy ze stosunkowo wysokimi częstotliwościami, w przeciwnym wypadku właściwsze byłoby wykorzystanie mikrokontrolerów.
Т - wejście częstotliwości taktującej generatora sterującego
А, Б - wyjścia sterujące przełącznikiem biegunowości, aktywnym
poziomem logicznym jest poziom niski
М - wejście modulujące, wysoki poziom logiczny blokuje możliwość
otwarcia obwodu przełącznika biegunowości
У - wyjście sterujące przetwornikiem cyfrowo-analogowym
К - wyjście kontrolujące częstotliwość sygnału wyjściowego
Licznik rewersyjny zlicza od 0 do pewnej ustalonej wartości, po czym liczy w przeciwnym kierunku (do 0), a następnie ponownie wzwyż. Kierunek liczenia zmieniany jest przy pomocy przełącznika, którym steruje układ porównujący bieżącą wartość z zerem przy uwzględnieniu współczynnika konwersji (taki mechanizm pozwala na wyeliminowanie powtórzeń wartości granicznych, tak jak to się dzieje w układach z odwracaniem wyjścia przy pomocy elementów alternatywy rozłącznej). W momencie osiągnięcia przez licznik wartości zerowej zmienia się stan przełącznika, który ustala biegunowość sygnału wyjściowego.
Układ porównujący zbudowany jest w oparciu o kość 556РТ4, co pozwala na łatwe określenie 3 dowolnie ustalonych współczynników konwersji bez konieczności fizycznej modyfikacji układu. Zamiast 556РТ4 można tutaj zastosować inne kości EPROM albo wykorzystać inne układy porównujące zbudowane z elementów dyskretnych, na przykład taki:
Układ licznika rewersyjnego zbudowany jest na bazie dwóch liczników 555ИЕ7, co pozwala na wykorzystanie współczynników konwersji o wartości do 255 i 8-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy, ale w praktyce jak do tej pory wykorzystywany był tylko przetwornik 4-bitowy przy współczynnikach konwersji od 10 do 15 - jest to związane z ograniczeniami jakie narzuca nam generowana częstotliwość.
Zależność częstotliwości generatora sterującego (Fgen) od częstotliwości, która jest wymagana na wyjściu (Fwyj) wyraża się wzorem:
Fgen = 4*K*Fwyj
gdzie K jest wspólczynnikiem konwersji. Przykładowo, jeśli K=250, wówczas częstotliwość sygnału wyjściowego będzie 1000 razy mniejsza od częstotliwości generatora sterującego, a dla K=10 i K=15 - odpowiednio 40 i 60 razy mniejsza. Maksymalna częstotliwość generatora sterującego jest ograniczona poprzez parametry techniczne elementów układu. W przypadku zastosowanych scalaków 555ИЕ7 daje to wartość 15 MHz, co przy współczynniku konwersji 15 odpowiada częstotliwości sygnału wyjściowego równej 250 kHz.
Przykładowe firmware EPROM dla współczynników 10, 15 i N:
| Adres w pamięci | D0 | D1 | D2 | D3 |
|---|---|---|---|---|
| 00000000 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ... | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 00001010 (K=10) | 1 | 0 | 1 | 1 |
| ... | 1 | Х | 1 | 1 |
| 00001111 (K=15) | 1 | Х | 0 | 1 |
| ... | 1 | Х | Х | 1 |
| ???????? (K=N) | 1 | Х | Х | 0 |
W momencie włączania zasilania liczniki znajdują się w dowolnym ze stanów, a co za tym idzie ich początkowe wartości mogą znajdować się poza obrębem "obszaru roboczego" (tj. poza przedziałem [0, N]), tak więc podczas programowania pamięci EPROM należy zwrócić uwagę na to, by wszystkie bity D0 oprócz pierwszego równe były jedności, co zapobiegnie możliwości zapętlenia się liczników poza granicami "obszaru roboczego".
Prądowy przetwornik cyfrowo-analogowy zbudowany jest w oparciu o układ 155ЛИ1, który spełnia rolę bufora, oraz przełączniki tranzystorowe z rezystorami. Oporniki dobierane były na podstawie wyliczenia oporu ładowania równego od 100 Ω do 1 kΩ, opór całkowicie otwartego przetwornika zbliżony jest do 5 kΩ. Natężenie zwarcia przy napięciu 30 V w pełni otwartym przetworniku zbliżony jest do 6 mA. Dopuszczalna wartość stosowanego napięcia wyznaczona jest przez graniczne parametry tranzystorów. Swobodne wejście układu 155ЛИ1 można także zastosować dla zmiany biegunowości sygnału wyjściowego. Zmieniając parametry powiązanych ze sobą rezystorów można otrzymać na wyjściu sygnały symetryczne o odmiennym kształcie, na przykład sinusoidalnym.
Elektroniczny przełącznik biegunowości jest symetrycznym układem zbudowanym na tranzystorach. Do aktywacji gałęzi układu używa się inwerterów w oparciu o bramki logiczne NAND wbudowane w układ 155ЛА3. Gałąź układu aktywowana jest przez niski stan logiczny na wejściu. Niedopuszczalna jest jednoczesna aktywacja obydwu gałęzi układu, ponieważ przez otwarte tranzystory zaczyna płynąć prąd zwarciowy niezależnie od rzeczywistego obciążenia obwodu. Jednak w tym przypadku zabezpieczenie przed wystąpieniem takiej sytuacji nie jest konieczne, ponieważ maksymalny prąd jest ograniczany przez przetwornik cyfrowo-analogowy i jest on znacznie niższy od prądu dopuszczalnego dla zastosowanych tranzystorów. Wartości rezystancji oporników dla niniejszego układu dobrano w sposób empiryczny.
Wejście М licznika rewersyjnego może być wykorzystane na rozmaite sposoby: do wypełnienia wejściowego sygnału trójkątnego impulsami prostokątnymi, do blokowania połówek fali o określonej biegunowości, do wstawiania odstępów pomiędzy falami itp.
Generator sterujący można skonstruować na bazie dowolnego schematu, na przykład w taki sposób:
Przedstawiony wyżej układ pozwala na otrzymanie częstotliwości w zakresie od 5-6 kHz do 4-5 MHz. Praca urządzenia zależy od wykorzystanych w nim elementów: zwiększenie oporności rezystora nastawnego doprowadzi do przerwania generowania impulsów, zmniejszenie oporności albo usunięcie rezystora zamontowanego bezpośrednio za rezystorem nastawnym doprowadzi do gwałtownego wzrostu generowanej częstotliwości, przy czym częstotliwość ta będzie w sposób istotny niestabilna. W każdym przypadku generator należy przetestować przed użyciem dobierając elementy w celu uzyskania stabilnej pracy urządzenia. Przy podziale pasma częstotliwości na podpasma należy uważać, aby się one nie pokrywały, co skutkowałoby powstaniem "martwych stref" pomiędzy podpasmami. Przy wykorzystaniu innych typów układów scalonych (К555ЛА3, 74LS00 i tym podobnych) parametry elementów mogą się różnić w sposób istotny od przedstawionych na schemacie.
Przykłady otrzymanych sygnałów:
