Kuhni-nn.ru

Кухни НН
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

У преобразователя PR6000 имеется 8 дискретных (цифровых) входов: FWD (вперед/стоп), REW (назад/стоп) и 6 входов DI1…DI6.

Входы FWD и REW могут работать в двух- и трехпроводном режиме, при этом третий провод программируется на одном из входов DI1…DI6. Выбор режима управления скоростью устанавливается в параметре Р077.

Дискретные входы DI1…DI6 являются многофункциональными, они программируются на разные функции, которые запускаются при активации соответствующего входа.

Набор возможных функций: выбор многоскоростного режима, выбор разгона/замедления, включение вращения в режиме JOG вперед/назад, управление остановом, увеличение/уменьшение частоты, вход сигнализации неисправности (аварии), пауза при пуске, трехпроводное управление пуском/стопом, торможение постоянным током, сброс ошибки/сообщения, работа по качающейся частоте, включение/сброс/вход счетчика. Всего можно выбрать до 20 различных параметров, которые устанавливаются в параметрах Р071…Р076 для каждого входа. Активация дискретных входов происходит путем замыкания нужного входа на клемму СОМ. Причем, это может производиться разными способами — выходом контроллера, контактами реле, датчика или ручной кнопки. Дискретные и аналоговые входы показаны ниже.

Дискретные и аналоговые входы ПЧ

Сфера применения

Этот тип оборудования используют при длине линий свыше 20 м, поэтому при помощи трансляционных усилителей озвучивают:

  • железнодорожные и автомобильные вокзалы;
  • торговые центры, супермаркеты и магазины;
  • кафе, рестораны, бары;
  • университеты и другие учебные заведения;
  • производственные цеха и склады;
  • парки и прочие открытые площадки.

Усилители служат для трансляции фоновой музыки, рекламных и информационных сообщений, они передают сигналы тревоги. Это оборудование одинаково необходимо для голосового оповещения и прокручивания музыки.

Элементы схемотехники

Сравнивать радиолампы и транзисторы в абстрактных цифрах бессмысленно, транзисторы победят с явным отрывом. Пройдемся по основным узлам и элементам усилителя и посмотрим, что может дать переход на что-то типа радиолампы и почему следует столь неочевидный провал транзисторов. В данном разделе будут участвовать довольно большие модели, поэтому я буду прилагать файлы проектов, можете их исследовать самостоятельно. Формат OrCAD 10.5, используются только комплектные библиотеки.

Хочу специально обратить ваше внимание – в данном разделе будет проводиться анализ и формулироваться выводы, но это лично мои суждения и они могут страдать изрядной долей субъективизма. Не верьте «на слово», проверяйте логику рассуждений и приведенные аргументы самостоятельно.

Повторюсь, сравнивать радиолампы и транзисторы в абстрактных цифрах бессмысленно, транзисторы лучше. Но любому бриллианту нужна оправа, без этого он просто кусок прозрачного стекла. Так и с транзисторами (микросхемами). Пройдемся по ключевым элементам и сравним влияние элементной базы и искусства разработки.

Большинство усилителей низкой частоты строят из последовательного соединения следующих узлов:
1. Устройство сравнения
2. Линейный усилитель ошибки
3. Выходной каскад.

реклама

С точки зрения проблем, основной вред вносит первая и последняя ступень этой цепочки. Но термин «вред», измеренный в коэффициенте гармоник, содержит мало смысла, поскольку кроме абстрактных цифр важны сопутствующие параметры – характер и заметность вносимых искажений, а они сильно рознятся для каждой из трех позиций. Аналогично различаются и способы повышения качества работы этих узлов.

Читайте так же:
Как заменить настенный выключатель

Устройство сравнения

Традиционно, усилитель низкой частоты «начинается» с дифференциального каскада. Он может быть явный, из двух транзисторов, или неявный.

Начнем с традиционного:

305x310 9 KB

Резисторы в эмиттерах чисто номинальные, они пригодятся чуть позже. Считайте, что их просто нет. Подадим сигнал в 25-50-100 мВ и посмотрим на результат.

444x334 5 KB

Схема одна и та же, меняется величина входного сигнала:

  • Красный = 25 мВ.
  • Зеленый = 50 мВ.
  • Синий = 100 мВ.

Даже на первый взгляд, по картинке хорошо видно, что следует ограничение сигнала. Для соблюдения порядка приведу спектр сигнала на выходе:

444x335 8 KB

реклама

Чем больше величина воздействия на дифференциальный усилитель, тем больше он вносит искажения. Давайте оценим «вредность» этих искажений. Обычно низкий уровень гармоник во всём усилителе достигается за счет общей обратной связи. То есть, если элемент с искажениями находится внутри петли обратной связи, то его «вредностное» действие значительно ослабляется.

В нашем случае дифференциальный каскад является узлом сравнения обратной связи, а поэтому не входит внутрь цепи коррекции и не может быть исправлен обратной связью. Даже хуже, чем глубже обратная связь, тем сильнее проявляются искажения от дифференциального усилителя. Это значит, что в данном тесте «чересчур» не только уровень 50 и 100 мВ, когда следует явное ограничение уровня, но и 25 мВ тоже.

Попробуем иначе, в схеме присутствуют «декоративные» резисторы R3 и R5. Увеличим их до разумного значения. Сопротивление эмиттерного перехода при токе 0.5 мА порядка 50 Ом, значит, есть смысл поставить дополнительный резистор, скажем, 330 Ом.

Спектр выходного сигнала для эмиттерных резисторов R3 = R5 = 330 Ом:

445x334 8 KB

В схеме поменялся коэффициент усиления, поэтому список величин исходного сигнала будет расширен.

  • Красный = 25 мВ.
  • Зеленый = 50 мВ.
  • Синий = 100 мВ.
  • Фиолетовый = 250 мВ.
  • Черный = 500 мВ.

Последние два значения выбраны из условия обеспечения примерно такого же выходного напряжения, что и в предыдущем тесте для 50 и 100 мВ.

Добавление резисторов снижает коэффициент усиления дифференциального каскада и немного уменьшает уровень искажений при низком входном сигнале (сравните пик на частоте 5 кГц для графика синего цвета последнего теста и красный предыдущего), но никак не влияет на уровень выходного сигнала. В обоих тестах ограничение наступало при напряжении 3 вольта.

Очевидно, что выходное напряжение здесь не при чём, ограничение вызвано другим элементом или параметром. И этот элемент – источник тока I1, величиной 1 мА. Нагрузочными сопротивлениями дифкаскада являются резисторы R2, R4 номиналом 3.3 кОм, что при токе I1 = 1 мА может обеспечить уровень полезного сигнала не более 3.3 К * 1 мА = 3.3 В, что и произошло.

Ну хорошо, а что будет, если поменять транзисторы на заведомо лучшие, с большим hFE и частотным диапазоном? А ничего, совершенно ничего. Дело в том, что величина управляющего напряжения зависит от эмиттерного сопротивления (Re), которое довольно точно считается по формуле 26 мВ / Ie, где Ie – ток эмиттера. Само максимальное значение управляющего напряжения считается как Re * Ie, где Ie = величине источника тока в эмиттере дифкаскада. Путем приведения сопротивления к напряжению получится, что максимальное управляющее напряжение составляет 26 мВ.

Читайте так же:
Как правильно подключить двух клавишный выключатель

Эти рассуждения были про один транзистор пары, но поскольку их два, то это напряжение надо умножить на два, или 52 мВ. Симулирование схемы показало примерно такой же результат, при управляющем напряжении 50 мВ идут сильные искажения, а при 100 мВ наступает явное ограничение уровня. Почему нет точного совпадения? Все просто, под Ie следует понимать мгновенное значение тока эмиттера, который изменяется очень сильно, в десять и более раз, в пределах величин управляющего сигнала.

Кроме обычного дифференциального каскада на двух транзисторах, узел сравнения может быть выполнен и на одном транзисторе, например, так:

226x219 5 KB

Форма сигнала на выходе:

447x335 7 KB

реклама

При нехватке тока наступает ограничение (насыщение), как и в обычном дифкаскаде, но и есть и отличие – однотранзисторный вариант не сможет отдать ток ниже 0, поэтому следует ограничение снизу, а вот повышать ток выше критического он способен – при положительной полуволне никаких видимых искажений не наблюдается.

Перейдем к анализу спектра:

446x333 9 KB

В отличие от симметричного дифференциального каскада, рассмотренного ранее, в спектре подобного включения наблюдаются четные гармоники – схема обладает явной асимметрией… Но если отбросить эту мелочь, то результаты совпадают.

Вывод – обычный дифкаскад получил очень узкий рабочий диапазон напряжений. Но, при чём здесь это, если усилитель ошибки и так должен работать только с очень маленьким сигналом – на дифкаскаде усиливается только разностный сигнал, полученный вычитанием напряжением обратной связи из входного сигнала, то есть мизерная величина. К этому вопросу вернемся чуть позже, а пока давайте поговорим о другой, но связанной проблеме – обратной связи.

реклама

Общая обратная связь

Этот раздел является прямым продолжением предыдущего и тесно с ним связан. Обратная связь (если говорить точнее — общая отрицательная обратная связь) призвана уменьшать уровень гармоник, создаваемых усилителем, но она сама создает проблемы. Попробуем сделать модель всего усилителя и посмотрим сигналы в контрольных точках. (Файл проекта).

407x298 12 KB

При рассмотрении работы схемы часто забывают о задержках в каскадах усилителя. Увы, у транзисторов есть паразитные емкости, да и быстродействие их не бесконечно, даже для такого медленного устройства, как усилитель низкой частоты. Для эмуляции этого дефекта, в схему добавлена задержка 1 мкс, создаваемая двумя RC цепочками на элементах R9-R12 и C2, C3. Кроме того, усилитель должен обладать внутренней частотной коррекцией, для чего добавлен конденсатор С1, ограничивающий частоту единичного усиления цифрой 5 мГц. В качестве входного сигнала применяется прямоугольной формы частотой 4 кГц с затянутыми фронтами по 10 мкс.

Интерес представляет напряжение ошибки, формируемой на входе дифкаскада, между его «+» и «-» входами (на схеме отмечено красным маркером, показывается разностное напряжение).

Читайте так же:
Дифференциальные выключатели нагрузки ild

реклама

426x336 6 KB

В предыдущем разделе было показано, что дифкаскад на двух транзисторах вносит большие искажения в усиливаемый сигнал при его амплитуде порядка 10 мВ, а при 50 – 100 мВ искажения просто недопустимые. Приведенная модель усилителя показывает амплитуду 90 мВ. Это означает, что усилитель будет вносить дикие искажения на нестационарном сигнале.

Что надо сделать для устранения дефекта? Да почти ничего, установить добавочные резисторы в эмиттеры транзисторов дифкаскада, что увеличит рабочий диапазон в несколько раз и исключит ограничение сигнала во входном каскаде. Конечно, это потребует сохранения большего рабочего диапазона и в последующих каскадах, до узла частотной коррекции. Да и самих усилительных каскадов станет больше. Ну а раз деталей больше, то это производителю невыгодно.

Потребителю представляются цифры для стационарного сигнала и в этой, извините, «цифири» между схемными решениями разница мало заметна. К тому же, усилители в интегральном исполнении должны работать в широком диапазоне питающих напряжений и чувствительности усилителя, поэтому ограничение коэффициента усиления входного каскада применяется крайне-крайне редко.

С радиолампами проще, у них довольно низкий коэффициент усиления, поэтому этой проблемы нет в принципе.

реклама

Вообще-то, существует ряд усилителей, в которых пытались уменьшить вред от общей обратной связи, или убрать ее вовсе. Осуществлялось сие использованием местной обратной связи в каждом каскаде, что рассмотрено в данном разделе входного каскада усилителя – резисторы R3 и R5.

Как показали прослушивания, у таких усилителей лучше передача сигнала при заведомо худших технических характеристиках (уровне гармоник). Нюанс в том, что технические характеристики измеряются на стационарном сигнале, чаще всего 1 кГц. Стоит отметить, что отсутствие общей обратной связи, в ряде композиций, отмечалось как негативный момент. Лично мое мнение – улучшение связано не с отсутствием общей обратной связи, а с тем, что каждый элемент усилителя получил большую перегрузочную способность.

По поводу общей обратной связи есть еще одна проблема. Она напрямую не связана с перегрузочной способностью входного каскада, но приводит к тем же неприятным последствиям – в усилителе должна присутствовать частотная коррекция. Для получения малой величины напряжения ошибки во входном каскаде, что крайне желательно с точки зрения минимизации в нем искажений, необходимо обеспечить высокий коэффициент усиления всех каскадов усилителя. Увы, это неизбежно приведет к неустойчивой работе вплоть до самовозбуждения.

Лекарство одно – частотная коррекция, уменьшающая общий коэффициент усиления по мере роста частоты сигнала. Как следствие данной топологии – с повышением частоты сигнала растет уровень сигнала ошибки в дифференциальном усилителе, что увеличивает коэффициент гармоник этого каскада. Кроме того, с повышением частоты падает усиление в цепи, охваченной обратной связью, что уменьшает эффект подавления искажений усилителя.

Применение местной обратной связи снижает коэффициент усиления каскадов, и это уменьшает усиление всего устройства, но из-за требования устойчивости в усилителе должна применяться частотная коррекция. Последняя ограничит усиление на высоких частотах примерно тем же значением, что и без применения местной обратной связи. Как следствие, усилитель только с общей обратной связью лучше передает низкие и средние частоты, но зато у него есть потенциальные проблемы с передачей высоких частот – повышенная вероятность появления интермодуляционных искажений.

Читайте так же:
Выключатель разъединитель с функцией защиты

реклама

Усилитель с местной обратной связью проигрывает по уровню гармоник редакции с общей обратной связью для низких (и средних) частот.

Как выглядят низкочастотные генераторы сигналов?

Стандартные низкочастотные генераторы сигналов синусоидальной формы представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки. В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами. На экране указывается вся информация, необходимая при работе.

Низкочастотные генераторы сигналов-1

Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель. Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию. Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.

Самодельные приборы

Можно сделать низкочастотные генераторы сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов. В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148. Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.

Низкочастотные генераторы сигналов-2

В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты. Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой. Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.

Генераторы синусоидального сигнала

Синус – это наиболее распространенная форма низкочастотного сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы. Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы. От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.

Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д. Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.

Низкочастотные генераторы сигналов

Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры. Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала. Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202. Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.

Читайте так же:
Как установить ограничитель перенапряжения с вакуумным выключателем

Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудио аппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет). Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.

Виброколонка

Покупаем или заказываем на Али виброколонку. ADIN 26W — одна из самых популярных моделей, указал в качестве примера.

реклама

Если хотите сэкономить, то можно собрать самому: отдельно заказать вибродинамик, усилитель с Bluetooth и блок питания. Если обладаете минимальными навыками пайки, получится сберечь около двух тысяч.

Почему не стоит использовать обычные колонки? Дело в том, что слышать их будете в основном вы, а не соседи. Виброколонка же спроектирована так, что ей нужна резонирующая поверхность (в нашем случае потолок или пол). Слышимость звуков у соседей повысится в разы, а вам не будет особо мешать. Проще один раз увидеть:

реклама

Схема световой и звуковой сигнализации на реле РТД12

Схема звуковой сигнализации на реле РТД12 показана на рисунке 4.

Если предыдущие схемы идеально подходят реализации для одноканальной сигнализации, то при подключении нескольких приборов не всегда может быть удобно определять каким именно прибором вызвано включение сигнализации. Схема, приведенная ниже работает таким образом, что при срабатывании сигнализации от неограниченного числа приборов включается общая звуковая сигнализация – сирена и загорается одна или несколько лампочек, указывающая на канал (прибор, устройство) от которого сработала сигнализация.

Схема световой и звуковой сигнализации на реле РТД12

Рисунок 4. Схема световой и звуковой сигнализации на реле РТД12

K1 – реле опробования сигнализации . Напряжение катушки =

220 вольт.
K2 – реле включения / отключения звуковой сигнализации. Напряжение катушки =

220 вольт.
B1 – звонок / сирена

220 вольт.
S1. Si – контакты реле уставок приборов (может быть неограниченное количество)
E1. E2 – лампочки накаливания

220 вольт, 10 Вт
VD1. VDi — диоды типа Д226Г или более современные, на напряжение не менее 400 вольт.
SB1, SB2 – кнопки «опробование сигнализации» и «съем звука».
R1 – резистор 2.2 кОм, мощностью не менее 10 Вт.

Особенность схемы заключается в том, что при замыкании одного из контактов реле выходных устройств приборов, фаза

220 Вольт подается через соответствующую лампочку канала на вход реле РТД12, вызывая его включение. При этом лампочка горит и включается звуковая сигнализация.

Если лампочка неисправна, то не происходит включение реле, и соответственно не сработает ни звуковая, ни световая сигнализация. Чтобы избежать этого, требуется периодически проверять работу сигнализации, исправность лампочек. Для этих целей предназначена кнопка SB1 — «опробование сигнализации». При ее нажатии срабатывает реле K1, загораются все исправные лампы сигнализации, а также включается сирена / звонок звуковой сигнализации.

Отключение звука производится кнопкой SB2 — «съем звука».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector