फंक्शन जेनरेटर: 12 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

यह निर्देशयोग्य मैक्सिम्स के एनालॉग इंटीग्रेटेड सर्किट MAX038 पर आधारित फंक्शन जनरेटर के डिजाइन का वर्णन करता है।

फंक्शन जनरेटर इलेक्ट्रॉनिक फ्रीक के लिए बहुत उपयोगी उपकरण है। अनुनाद सर्किट को ट्यून करने, ऑडियो और वीडियो उपकरण का परीक्षण करने, एनालॉग फिल्टर की डिजाइनिंग और कई अन्य विभिन्न उद्देश्यों के लिए इसकी आवश्यकता होती है।

आज दो मुख्य प्रकार के फंक्शन जनरेटर हैं; डिजिटल, (डीएसपी आधारित, डीडीएस…) जो अधिक से अधिक बार उपयोग किए जाते हैं और एनालॉग, जो मूल थे।

दोनों प्रकार के अपने फायदे और नुकसान हैं। डिजिटल जनरेटर बहुत स्थिर आवृत्ति के साथ संकेत उत्पन्न कर सकते हैं, लेकिन उन्हें बहुत शुद्ध साइन सिग्नल उत्पन्न करने में समस्या होती है (एनालॉग के लिए क्या समस्या नहीं है)। इसके अलावा डीडीएस दृष्टिकोण पर आधारित मुख्य रूप से फैले फ़ंक्शन जनरेटर में इतनी बड़ी आवृत्ति पीढ़ी सीमा नहीं है।

लंबे समय से मैं एक उपयोगी फ़ंक्शन जनरेटर डिजाइन करना चाहता था, जो किसी तरह दोनों प्रकार (एनालॉग और डिजिटल) जनरेटर के कुछ लाभों को जोड़ सके। मैंने मैक्सिम चिप MAX038* पर डिज़ाइन को आधार बनाने का निर्णय लिया

* टिप्पणी - यह चिप अब मैक्सिम द्वारा निर्मित और बेची नहीं जाती है। यह अप्रचलित है। इसे अभी भी eBay, Aliexpress और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अन्य साइटों में खोजना संभव है।

अन्य एनालॉग फ़ंक्शन जनरेटर चिप्स भी मौजूद हैं (एक्सार से एक्सआर 2206, इंटरसिल से आईसीएल 8038), लेकिन मेरे पास था

एक MAX038 उपलब्ध है, और मैंने इसका इस्तेमाल किया। फ़ंक्शन जनरेटर की डिजिटल विशेषताएं एक Atmega328 चिप द्वारा प्रदर्शित की गई थीं। इसके कार्य निम्नलिखित हैं:

• आवृत्ति रेंज चयन को नियंत्रित करता है
• सिग्नल प्रकार को नियंत्रित करता है (साइन, आयताकार, त्रिकोणीय, चूरा)
• सिग्नल के आयाम को मापता है
• डीसी ऑफसेट को मापता है
• सिग्नल की आवृत्ति को मापता है
• ऑडियो रेंज में साइन सिग्नल के THD को मापता है (इसे अभी भी लागू किया जाना है)
• यह सारी जानकारी एक वर्ण 16x2 एलसीडी डिस्प्ले पर प्रदर्शित करता है।

चरण 1: MAX038 विवरण

मैंने MAX038 डेटाशीट संलग्न की है। सबसे महत्वपूर्ण चिप पैरामीटर देखे जा सकते हैं:

0.1Hz से 20MHz ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी रेंज

त्रिभुज, सॉवोथ, साइन, स्क्वायर, और पल्स वेवफॉर्म

♦ स्वतंत्र आवृत्ति और कर्तव्य-चक्र समायोजन

३५० से १ फ़्रीक्वेंसी स्वीप रेंज

♦ 15% से 85% परिवर्तनीय शुल्क चक्र

♦ कम प्रतिबाधा आउटपुट बफर: 0.1Ω

♦ कम 200ppm/डिग्री सेल्सियस तापमान बहाव

एक अन्य महत्वपूर्ण आवश्यकता दोहरी आपूर्ति (± 5V) की आवश्यकता है। आउटपुट आयाम निश्चित है (~ 2 वीपी-पी 0 वी डीसी ऑफसेट के साथ)।

डेटाशीट के पेज 8 पर चिप का ब्लॉक-आरेख देखा जा सकता है। पृष्ठ 11 पर सरलतम परिपथ देखा जा सकता है, जिसका उपयोग साइन तरंग संकेत उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। इस सर्किट को फंक्शन जनरेटर के डिजाइन के आधार के रूप में लिया गया था।

चरण 2: सर्किट …

चित्र पर फ़ंक्शन जनरेटर का सर्किट प्रस्तुत किया गया है, मैंने इस छवि को उच्चतम संभव रिज़ॉल्यूशन के साथ किया है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि प्रत्येक.device मान को ठीक से पढ़ा जा सके। योजनाबद्ध काफी जटिल दिखता है और बेहतर ढंग से समझने के लिए मैं इसके मुख्य भागों को अलग से समझाऊंगा। कई पाठक मुझे दोष दे सकते हैं कि सर्किट बहुत बेमानी है। यह सच है। सबसे पहले आप देख सकते हैं कि इसमें दो MAX038 चिप्स हैं। कारण यह है कि PCB SO और DIP दोनों प्रकार के पैकेज को सपोर्ट करता है। अतिरेक कुछ कार्यों में भी देखा जा सकता है -

1) एलईडी वर्तमान सक्रिय आवृत्ति रेंज दिखाता है, लेकिन यह एलसीडी पर भी प्रदर्शित होता है;

2) एलईडी का उपयोग सिग्नल प्रकार को इंगित करने के लिए भी किया जाता है, लेकिन एलसीडी भी इस जानकारी को दिखाता है

उपयोगकर्ता को अधिक लचीलेपन की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन इस तरह से किया जाता है - इच्छा के तहत वह एलसीडी का उपयोग नहीं कर सकता है, या बस एलईडी के सोल्डरिंग को छोड़ सकता है। मैंने उन्हें डिज़ाइन चरणों के दौरान कार्यक्षमता को डीबग करने में सक्षम होने के लिए मिलाप किया है।

यह भी देखा जा सकता है कि मैं बहुत सारे opamps का उपयोग करता हूं। उनमें से कुछ को बिना किसी समस्या के छोड़ा जा सकता है - विशेष रूप से बफ़र्स। वर्तमान समय में opamps अपने आप में बड़ी अतिरेक प्रदान करते हैं - एक पैकेज में आप 2, 4 यहां तक कि 8 अलग-अलग एम्पलीफायर पा सकते हैं, और यह अपेक्षाकृत कम कीमत पर है। उनका उपयोग क्यों नहीं करना चाहिए?

निरर्थक फ़िल्टरिंग कैपेसिटर भी हैं - उपयोग की जाने वाली प्रत्येक एनालॉग चिप का अपना कैपेसिटर बैंक (दोनों आपूर्ति के लिए टैंटलम + सिरेमिक कैपेसिटर) होता है। उनमें से कुछ को छोड़ा भी जा सकता है।

चरण 3: सर्किट स्पष्टीकरण - बिजली की आपूर्ति (1)

जैसा कि मैंने कहा कि इस जनरेटर को दोहरी आपूर्ति की आवश्यकता है। सकारात्मक वोल्टेज 7805 रैखिक वोल्टेज नियामक के उपयोग से बनाया गया है। नकारात्मक आपूर्ति 7905 चिप द्वारा उत्पन्न होती है। 2x6V ट्रांसफार्मर का मध्य नल बिंदु बोर्ड के सामान्य मैदान से जुड़ा होता है। उत्पन्न बिजली की आपूर्ति - सकारात्मक और नकारात्मक दोनों को चॉक्स द्वारा एनालॉग और डिजिटल में अलग किया जाता है। दो एल ई डी प्रत्येक आपूर्ति की उपस्थिति का संकेत देते हैं।

चरण 4: सर्किट स्पष्टीकरण - आवृत्ति रेंज नियंत्रण (2)

बड़ी आवृत्ति रेंज को कवर करने के लिए एक बहु संधारित्र बैंक का उपयोग किया जाता है। कैपेसिटर के अलग-अलग मूल्य होते हैं और वे विभिन्न आवृत्ति उप-श्रेणियों को परिभाषित करते हैं। इनमें से केवल एक कैपेसिटर का उपयोग कार्य के दौरान किया जाता है - इसकी निचली प्लेट एमओएस ट्रांजिस्टर स्विच द्वारा आधारित होती है। किस कैपेसिटर के नीचे की प्लेट को ग्राउंड किया जाना है, इसे एटमेगा 328 द्वारा डीमल्टीप्लेक्सर चिप 74HC238 के उपयोग से नियंत्रित किया जाता है। MOS स्विच के रूप में मैंने BSS123 ट्रांजिस्टर का उपयोग किया। इस स्विच के लिए मुख्य आवश्यकता कम रॉन और न्यूनतम संभव नाली समाई होना है। कैपेसिटर बैंक के डिजिटल नियंत्रण को छोड़ा जा सकता है - पीसीबी में यांत्रिक रोटरी स्विच के लिए तारों को टांका लगाने के लिए छेद होते हैं।

चरण 5: सर्किट स्पष्टीकरण - आवृत्ति समायोजन (3)

चित्र पर आवृत्ति और कर्तव्य चक्र नियंत्रण परिपथ दिखाया गया है। वहां मैंने मानक LM358 opamp (एक पैकेज में दोहरी एम्पलीफायर) का उपयोग किया। मैंने डुअल 10K पोटेंशियोमीटर का भी इस्तेमाल किया।

MAX038 चिप आंतरिक वोल्टेज संदर्भ 2.5V उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग सामान्य रूप से सभी समायोजन के लिए संदर्भ के रूप में किया जाता है।

यह वोल्टेज IC8a के इनवर्टिंग इनपुट पर लगाया जाता है और यह DADJ (ड्यूटी साइकिल एडजस्टमेंट) के लिए उपयोग किए जाने वाले नकारात्मक वोल्टेज संदर्भ को उत्पन्न करता है। दोनों वोल्टेज DADJ के लिए पोटेंशियोमीटर पर लागू होते हैं, जो मध्य नल को बफ़र किया जाता है और MAX038 चिप के DADJ पिन पर लगाया जाता है। जम्पर JP5 का उपयोग जमीन से कनेक्ट होने पर DADJ फ़ंक्शन को अक्षम करने के लिए किया जा सकता है। "कोर्स" फ़्रीक्वेंसी कंट्रोल को MAX038 "IIN" पिन में करंट सनक / सोर्स को बदलकर प्रीफॉर्म किया जाता है। इस धारा को रोकनेवाला R41 और पाठ्यक्रम आवृत्ति नियंत्रण पोटेंशियोमीटर के मध्य नल को बफर करने वाले opamp के आउटपुट वोल्टेज द्वारा परिभाषित किया गया है। इन सभी को REF और IIN MAX038 पिन के बीच सिंगल पोटेंशियोमीटर (रीओस्टेट कनेक्शन में) से बदला जा सकता है।

चरण 6: सर्किट स्पष्टीकरण - आयाम नियंत्रण, SYNC सिग्नल जनरेशन … (4)

जैसा कि डेटाशीट में लिखा गया है कि आउटपुट सिग्नल पीएफ MAX038 में जमीनी क्षमता के बराबर डीसी वोल्टेज के साथ ~ 1 वी का आयाम है।

मैं सिग्नल आयाम को नियंत्रित करने और डीसी ऑफ़सेट को स्वयं परिभाषित करने में सक्षम होने की संभावना रखना चाहता था। अतिरिक्त सुविधा के रूप में मैं आउटपुट सिग्नल के समानांतर सीएमओएस स्तरों के साथ सिंक सिग्नल रखना चाहता था। डिफ़ॉल्ट रूप से MAX038 चिप ऐसा संकेत उत्पन्न करता है, लेकिन डेटाशीट में मैंने पढ़ा है कि यदि यह सुविधा सक्षम है (मतलब - DV + पिन 5V से जुड़ा है), आउटपुट एनालॉग सिग्नल में कुछ चोटियों (शोर) को देखा जा सकता है। मैं रखना चाहता था यह यथासंभव स्वच्छ है और इस कारण से मैंने बाहरी रूप से SYNC सिग्नल उत्पन्न किया है। पीसीबी इस तरह से किया जाता है कि डीवी + पिन को मुख्य आपूर्ति में आसानी से जोड़ा जा सके। SYNC पिन को BNC कनेक्टर में रूट किया जाता है - केवल 50 ओम रेसिस्टर को सोल्डर किया जाना चाहिए। इस स्थिति में, SYNC सिग्नल जनरेशन सर्किटरी को छोड़ा जा सकता है। यहाँ जैसा कि आप देख रहे हैं कि मैं दोहरे पोटेंशियोमीटर का भी उपयोग करता हूँ, लेकिन वे समानांतर में जुड़े नहीं हैं। इसका कारण है - मैं आयाम को अपेक्षाकृत मापता हूं। एक पोटेंशियोमीटर के मध्य बिंदु पर वोल्टेज को Atmega328 ADC द्वारा महसूस किया जाता है और इस मान के आधार पर सिग्नल आयाम की गणना की जाती है। बेशक यह विधि बहुत सटीक नहीं है (यह दोनों पोटेंशियोमीटर खंडों के मिलान पर निर्भर करती है, जो हमेशा नहीं होती है), लेकिन यह मेरे अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त सटीक है। इस सर्किट में IC2A वोल्टेज बफर के रूप में काम कर रहा है। आईसी4ए भी। IC2B opamp योग एम्पलीफायर के रूप में काम करता है - यह कार्यात्मक जनरेटर के आउटपुट सिग्नल को ऑफसेट वोल्टेज और समायोजित आयाम के साथ मुख्य सिग्नल के रूप में बनाता है। वोल्टेज विभक्त R15. R17 डीसी मुख्य सिग्नल ऑफसेट को मापने के लिए उपयुक्त वोल्टेज सिग्नल उत्पन्न करता है। इसे Atmega328 ADC द्वारा महसूस किया जाता है। IC4B opamp तुलनित्र के रूप में काम करता है - यह दो MOS ट्रांजिस्टर (BSS123 और BSS84) द्वारा महसूस किए गए SYNC पीढ़ी के इन्वर्टर को नियंत्रित करता है। U6 (THS4281 - टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स) MAX038 DC द्वारा उत्पन्न आउटपुट सिग्नल को 2.5 V के साथ शिफ्ट करता है और इसे 1.5 गुना बढ़ाता है। तो उत्पन्न संकेत एवीआर एडीसी द्वारा महसूस किया जाता है और एफएफटी एल्गोरिदम के साथ आगे संसाधित होता है। इस भाग में मैंने 130 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ (TI - LMH6619) के साथ उच्च गुणवत्ता वाली रेल से रेल ओपैंप का उपयोग किया।

यह समझने में आसान होने के लिए कि वास्तव में SYNC सिग्नल पीढ़ी कैसे काम करती है, मैं सर्किट के LTSpice सिमुलेशन के कुछ चित्रों को शामिल कर रहा हूं। तीसरी तस्वीर पर: नीला संकेत ऑफ़सेट वोल्टेज (IC2B का इनपुट) है। हरा एक समायोजित आयाम के साथ आउटपुट सिग्नल है। लाल एक कार्यात्मक जनरेटर का आउटपुट सिग्नल है, सियान वक्र SYNC सिग्नल है।

चरण 7: पीसीबी डिजाइन

मैंने पीसीबी की डिजाइनिंग के लिए "ईगल" का इस्तेमाल किया। मैंने पीसीबी को "PCBway" पर ऑर्डर किया। उन्हें बोर्ड बनाने में केवल चार दिन और उन्हें वितरित करने में एक सप्ताह का समय लगा। उनकी गुणवत्ता उच्च है, और कीमत बेहद कम है। मैंने 10 PCB के लिए केवल 13 USD का भुगतान किया!

इसके अलावा मैं मूल्य वृद्धि के बिना एक अलग रंग के पीसीबी ऑर्डर कर सकता था। मैंने पीले वाले:-) को चुना है।

मैं "PCBway" डिज़ाइन नियमों के अनुसार gerber फ़ाइलें संलग्न कर रहा हूँ।

चरण 8: सोल्डरिंग

पहले मैंने बिजली आपूर्ति सर्किटरी उपकरणों को मिलाया।

आपूर्ति ब्लॉक का परीक्षण करने के बाद, मैंने Atmega328 चिप को इसके सहायक उपकरणों के साथ मिलाया है: क्वार्ट्ज क्रिस्टल, कैपेसिटर, फ़िल्टरिंग कैप और ISP कनेक्टर। जैसा कि आप देख सकते हैं कि मेरे पास AVR चिप की आपूर्ति लाइन में एक जम्पर है। जब मैं आईएसपी के माध्यम से चिप को प्रोग्राम करता हूं तो मैं इसे डिस्कनेक्ट करता हूं। मैं उस उद्देश्य के लिए USBtiny प्रोग्रामर का उपयोग करता हूं।

अगले चरण के रूप में मैंने डी-मक्स चिप 74HC238 को मिलाया, एलईडी आवृत्ति रेंज का संकेत देता है। मैंने Atmega चिप में एक छोटा Arduino प्रोग्राम लोड किया, जो मल्टीप्लेक्सिंग का परीक्षण कर रहा था। (उपरोक्त लिंक के नीचे वीडियो देखें)

चरण 9: सोल्डरिंग …

अगले चरण के रूप में मैंने DC मोड (LM358) और आवृत्ति और DADJ समायोजन पोटेंशियोमीटर में काम कर रहे opamps को मिलाया और उनके सभी कार्यों की जाँच की।

इसके अलावा मैंने BSS123 स्विच, आवृत्ति निर्धारित करने वाले कैपेसिटर और MAX039 चिप को मिलाया। मैंने देशी चिप सिग्नल आउटपुट पर सिग्नल की जांच करने वाले कार्यात्मक जनरेटर का परीक्षण किया। (आप मेरे पुराने सोवियत को देख सकते हैं, 1986 में निर्मित, अभी भी काम कर रहे आस्टसीलस्कप को क्रिया में:-))

चरण 10: अधिक सोल्डरिंग…

उसके बाद मैंने एलसीडी डिस्प्ले के लिए सॉकेट को मिलाया और "हैलो वर्ल्ड" स्केच के साथ इसका परीक्षण किया।

मैंने अन्य शेष opamps, कैपेसिटर, पोटेंशियोमीटर और BNC कनेक्टर्स को मिलाया।

चरण 11: सॉफ्टवेयर

Atmega328 फर्मवेयर बनाने के लिए मैंने Arduino IDE का उपयोग किया।

आवृत्ति माप के लिए मैंने "फ्रीककाउंटर" पुस्तकालय का उपयोग किया। स्केच फ़ाइल और प्रयुक्त पुस्तकालय डाउनलोड के लिए उपलब्ध हैं। मैंने वर्तमान में उपयोग किए गए मोड (साइन, आयताकार, त्रिकोण) का प्रतिनिधित्व करने के लिए विशेष प्रतीक बनाए हैं।

ऊपर की तस्वीर में एलसीडी पर दिखाई गई जानकारी देखी जा सकती है:

• आवृत्ति F=xxxxxxxx हर्ट्ज में
• फ़्रिक्वेंसी रेंज आरएक्स
• एमवी ए में आयाम = xxxx
• एमवी में ऑफसेट 0=xxxx
• सिग्नल का प्रकार x

फ़ंक्शन जनरेटर में बाईं ओर सामने की ओर दो पुश बटन होते हैं - इनका उपयोग आवृत्ति रेंज में परिवर्तन (स्टेप अप-स्टेप डाउन) के लिए किया जाता है। उनमें से दाईं ओर मोड को नियंत्रित करने के लिए स्लाइड स्विच है, इसके बाद बाएं से दाएं आवृत्ति (कोर्स, फाइन, डीएडीजे), आयाम और ऑफसेट को नियंत्रित करने के लिए पोटेंशियोमीटर का पालन करें। ऑफसेट समायोजन पोटेंशियोमीटर के करीब 2.5V डीसी ऑफसेट और ट्यून किए गए एक के बीच कम्यूटेट करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला स्विच रखा गया है।

मुझे ज़िप फ़ाइल में "Generator.ino" कोड में एक छोटी सी त्रुटि मिली है - साइन और त्रिकोण तरंग रूपों के प्रतीकों की अदला-बदली की गई थी। यहाँ संलग्न एकल "Generator.ino" फ़ाइल में, त्रुटि को ठीक किया गया है।

चरण 12: किया जाना है …

अंतिम चरण के रूप में मैं अतिरिक्त सुविधा को लागू करने का इरादा रखता हूं - एफएफटी का उपयोग करके वास्तविक समय में ऑडियो आवृत्ति साइन सिग्नल के टीएचडी का मापन। इसकी आवश्यकता है, क्योंकि साइन सिग्नल का कर्तव्य चक्र 50% से भिन्न हो सकता है, आंतरिक चिप बेमेल और अन्य कारणों से क्या हो सकता है और हार्मोनिक विकृतियां पैदा कर सकता है। कर्तव्य चक्र को पोटेंशियोमीटर द्वारा समायोजित किया जा सकता है, लेकिन ऑसिलोस्कोप या स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर सिग्नल को देखे बिना इसके आकार को ठीक करना असंभव है। FFT एल्गोरिथम के आधार पर THD की गणना करने से समस्या का समाधान हो सकता है। टीएचडी गणना का परिणाम एलसीडी पर शीर्ष दाएं खाली स्थान पर प्रदर्शित किया जाएगा।

वीडियो पर MAX038 साइन सिग्नल द्वारा उत्पन्न स्पेक्ट्रम को देखा जा सकता है। स्पेक्ट्रम विश्लेषक Arduino UNO बोर्ड + 2.4 TFT शील्ड पर आधारित है। स्पेक्ट्रम विश्लेषक वास्तविक समय में FFT करने के लिए अनातोली कुज़मेन्को द्वारा विकसित SpltRadex Arduino लाइब्रेरी का उपयोग करता है।

मैंने अभी भी तय नहीं किया था - इस पुस्तकालय का उपयोग करने के लिए या Musiclabs द्वारा बनाई गई FHT पुस्तकालय का उपयोग करने के लिए।

मैं उचित नमूना खिड़की की गणना करने के लिए आवृत्ति मीटर माप से ली गई जानकारी का उपयोग करने और एफएफटी गणना के दौरान अतिरिक्त विंडोिंग के उपयोग को निलंबित करने का इरादा रखता हूं। ऐसा करने के लिए मुझे केवल कुछ खाली समय खोजने की जरूरत है। मुझे उम्मीद है कि जल्द ही कुछ परिणाम सामने आएंगे…