Генератор тональных импульсов
категория
Измерительные приборы
Э. КУЗНЕЦОВ, г. Москва
Радио, 2002 год, № 5
Тональные импульсы можно использовать для проверки динамических параметров измерителей и авторегуляторов уровня, а также устройств шумоподавления. Стенд с генератором тональных импульсов будет полезен также и при исследовании усилительной и акустической аппаратуры.
Линейность частотной характеристики и точность показаний измерителей уровня нетрудно проверить с помощью обычного генератора звуковых сигналов, но для проверки их динамических параметров необходим генератор тональных импульсов (ГТИ). Подобные генераторы, предлагаемые радиолюбителями, зачастую не соответствуют нормам, где для проверки измерителей уровня (ИУ) частота синусоидального сигнала в импульсах принята 5 кГц, а начало и конец импульсов совпадают с переходами сигнала через "нуль".
Похожие проблемы возникают и при настройке авторегуляторов уровня звуковых сигналов. Время восстановления 0,3...2 с легко увидеть на экране осциллографа, но время срабатывания ограничителя (лимитера) или компрессора может быть менее 1 мс. Для измерения и наблюдения переходных процессов в аудиоаппаратуре удобно использовать ГТИ. В этом случае частоту заполнения импульсов желательно изменять, используя внешний перестраиваемый генератор. Например, при частоте заполнения 10 кГц длительность одного периода равна 0,1 мс, и при наблюдении процесса срабатывания определение времени срабатывания не представляет сложности. Звуковые импульсы с выхода ГТИ должны иметь перепад уровней 10 дБ.
В зарубежной литературе обычно предлагают проводить измерение времени срабатывания при скачкообразном увеличении уровня сигнала на 6 дБ выше нормированного значения, но реальные сигналы имеют существенно больший перепад уровней. Применением такой методики зачастую и объясняется "щелканье" импортных авторегуляторов уровня. Кроме того, почти в любом звуковом генераторе можно скачком изменить уровень на 10 дБ, использовать такой перепад уровней удобно для наблюдения. Поэтому в отечественной практике принято проводить измерения динамических параметров авторегуляторов при изменении, уровней на 10 дБ.
К сожалению, переключатели уровня сигнала многих генераторов в момент переключения дают кратковременный выброс напряжения, и для измерения времени срабатывания использовать их не удается, поскольку авторегулятор "затыкается". В этом случае ГТИ может оказаться очень полезным.
Большинству радиолюбителей проводить подобные измерения приходится нечасто, и такой прибор целесообразно включить в состав измерительного стенда с более широкими возможностями. На его передней панели размещены коммутационные элементы, очень удобные для подключения измерительных приборов и настраиваемой аппаратуры. На рис. 1 показано примерное расположение соединителей (клемм или гнезд) и переключателей. На схеме стенда (рис. 2) показаны эти коммутационные цепи.
Схема прибора
Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)
Входные гнезда Х1 ("ВХ.1") и Х2 ("ВХ.2") предназначены для подсоединения входов настраиваемой аппаратуры. Тумблеры SA1 и SA2 позволяют подключить входы к соединителям Х2 и ХЗ или замкнуть их на общий провод при измерениях уровня интегральной помехи. В сравнении с кнопками тумблеры дают более наглядное представление о подключении входов. В центральные гнезда Х2 и ХЗ подключают генератор звуковой частоты и вольтметр для контроля входного напряжения. Соединители Х5 и Х8 предназначены для подключения выходов настраиваемой аппаратуры. Один из выходов может быть подключен тумблером SA3 к соединителям Х6 и Х7 для измерительных приборов. При настройке звуковой аппаратуры удобно использовать измеритель нелинейных искажений и осциллограф.
Для коммутационных цепей не нужно никаких источников питания, поэтому с такой коммутацией очень удобно проверять различную аппаратуру.
Если сдвоенный тумблер SA4 (рис. 1) стоит в положении "ПОСТ", сигнал с постоянным уровнем, подаваемый на Х2, ХЗ, поступает, в зависимости от положения тумблеров SA1 или SA2, на соединители Х1, Х4 к входам испытуемой аппаратуры. Если перевести SA4 в верхнее положение, то сигнал с генератора пойдет на входы 1 и 2 через цепи ГТИ. В этом случае стенд должен быть подключен к сети переменного тока 220 В.
Тумблер включения питания SA5 расположен на задней панели, а на переднюю выведены только светодиоды HL1, HL2 (индикация "+" и "-"), сигнализирующие о наличии двуполярного напряжения питания ╠15 В.
Для формирования тональных импульсов используется электронный переключатель DA4. На выводах 16 и 4 значение напряжения сигнала изменяется от нормированного значения до нуля, а на выводах 6, 9 перепад уровня при налаживании устанавливают переменным резистором R15. Выбор режима производят тумблером SA9.
Тональный сигнал заполнения импульсов приходит с генератора на электронный переключатель через буферный ОУ DA1.1. Второй ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, выдавая сигнал синхронизации начала импульса при переходе сигнала заполнения через "нуль". Импульсы с компаратора подаются на тактовый вход D-триггера DD2. На вход D (вывод 9) приходит импульс с одновибратора, собранного на втором триггере DD2.
Длительность импульса изменяется с помощью переключателя SA8.2, изменяющего сопротивление в цепи зарядки С15, подключенного к входу R (вывод 4) одновибратора. Для установки длительности импульсов вполне достаточно обычного осциллографа. Одновибратор запускается сигналами, поступающими с генератора прямоугольных импульсов на инверторах DD1.1 ≈ DD1.3, или в ручном режиме кнопкой SA6 "ПУСК". Если тумблер SA7 переведен в положение "АВТ.", скважность (период) импульсов устанавливают с помощью переменного резистора R11 "СКВ.".
Очень трудно наблюдать переходные процессы на экране осциллографа при длительности тонального импульса 3 мс и большой скважности. Задача упрощается для осциллографов, имеющих внешний запуск при ждущей развертке. Для их синхронизации на задней панели стенда выведено гнездо Х9 "СИНХР.". Запускающий импульс подается на электронный ключ с некоторой задержкой относительно синхронизирующего, определяемой выбором параметров R13, С13.
Высокий уровень, при котором электронный переключатель DA4 пропускает тональный сигнал, появляется с положительным перепадом напряжения от компаратора после появления импульса от одновибратора и заканчивается после окончания этого импульса (при очередном перепаде сигнала с компаратора). Так достигается совпадение начала тонального импульса с переходом сигнала заполнения через "нуль" и удовлетворяется требование генерации целого числа периодов. При положении переключателя SA8 "UВых" напряжение на управляющем входе DA4 равно нулю и можно выставить выходное напряжение генератора, соответствующее номинальному входному уровню. В положении переключателя SA8 "ТАКТ." микросхема DA4 управляется напряжением, поступающим непосредственно с тактового генератора. Его частоту переключения устанавливают переменным резистором R11.
После электронного переключателя через повторитель DA1.3 и тумблеры SA1 и SA2 тональные импульсы поступают на входы настраиваемой аппаратуры. В устройстве есть еще инвертор DA1.4 и переключатель SA10, который может быть использован для изменения фазы сигнала на одном из входов по отношению к другому. Такой инвертор нужен, например, при проверке синфазности сигналов в стереофонических системах, в АС, но, возможно, вместо него полезнее собрать на этом ОУ встроенный генератор тонального сигнала по схеме, приведенной на рис. 3. В таком генераторе легко получить Кг менее 0,2% и для многих испытаний обойтись без применения внешнего для стенда генератора.
Для проверки измерителей уровня нужно подключить входы двух каналов (для измерителей стереосигнала) к соответствующим входным соединителям. Затем в положении "UBыx" переключателя SA8 установить на выходе генератора нормированное значение уровня сигнала с F = 5 кГц и проконтролировать показания обоих каналов измерителя. К примеру, в измерителе уровня [1] светодиоды, соответствующие значению "О дБ", должны зажигаться одновременно, а погрешность шкалы здесь не должна превышать 0,3 дБ. Тумблер SA9 устанавливают в положение "-80 дБ". Затем переводят поочередно переключатель SA8 в положения "10 мс", "5 мс" и "3 мс" и проверяют соответствие нормам показаний ИУ. Положение "200 мс" SA8 используют при проверке измерителей средних значений уровня, которые, к сожалению, преобладают в бытовой аппаратуре.
Чтобы точно проконтролировать величину времени возврата, переменным резистором R11 ("СКВ.") устанавливают частоту сигналов генератора прямоугольных импульсов, при которой сразу после гашения светодиода, соответствующего значению -20 дБ на шкале ИУ, следовал бы следующий импульс. Определить затем период сигналов с помощью осциллографа не составляет труда. Погасание светодиодов в обоих каналах должно происходить синхронно.
При проверке динамических параметров авторегуляторов уровня сигнала используют положение "-10 дБ" переключателя SA9. Входы и выходы подключают к соответствующим соединителям. Выходы каналов контролируют поочередно, хотя при двухка-нальном осциллографе ничто не мешает контролировать одновременно оба выхода. На выходе генератора звуковой частоты при положении "UBыx" переключателя SA8 выставляют сигнал с уровнем на 10 дБ выше нормированного значения. Затем переводят SA8 на импульсы любой длительности, а переключатель SA7 ≈ в положение "РУЧН.". Ключ остается выключенным и позволяет проконтролировать напряжение на соединителях Х1 и Х2, которое должно соответствовать нормированному значению. Затем переключателем SA7 переводят ГТИ в автоматический режим работы и, выбрав нужную длительность импульсов и скважность, наблюдают переходные процессы на выходе авторегулятора. Если осциллограф работает в ждущем режиме с запуском от синхронизирующих импульсов, легко определить время срабатывания и наличие помех срабатывания или перерегулирование.
В ГТИ использованы четыре микросхемы, и потребление тока очень мало. Это позволяет вместо интегральных стабилизаторов воспользоваться простыми параметрическими стабилизаторами напряжения на стабилитронах. С другой стороны, установив более мощные интегральные стабилизаторы DA2, DA3 серий дА7815 и дА7915, их можно использовать для питания макетов настраиваемых устройств, разместив дополнительный разъем на задней панели (на схеме не показан). В микросхемах предусмотрена защита от короткого замыкания, нередкого при экспериментах.
Передняя панель стенда имеет размеры 195x65 мм. Корпус стенда выполняют из стали.
Для подключения проверяемой аппаратуры удобны гнезда-клеммы типа ЗМП. Помимо них на панели стенда можно установить, в зависимости от проверяемой аппаратуры, соединители соответствующей конструкции, например, гнезда "тюльпан", "джек", ОНЦ-ВГ или иные.
Сдвоенный тумблер SA4 ≈ ПТ8-7, П2Т-1-1 или аналогичный. Переключатель SA2 ≈ галетный ПГ2-8-6П2НТК. Кнопка SA6 "ПУСК" может быть любого типа без фиксации, например, КМ1-1.
Микросхему DA2 К590КН7 [2] можно заменить аналогичной по функциональному назначению. В качестве DA1 можно использовать микросхему с четырьмя ОУ типов LF444, TL084, TL074 [3] или К1401УД4.
Монтаж платы устройства ≈ печатный или навесной на макетной плате.
Стенд с ГТИ можно использовать при испытаниях компандерных систем шумоподавления, динамических фильтров и другой звукотехнической аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Э. Измерители уровня звуковых сигналов. — Радио, 2001, № 2, с. 16, 17.
2. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1989.
3. Turuta J. Операционные усилители. Справочник. — М.: Патриот, 1996.