Простой функциональный генератор схема которого представлена в статье, с выхода можно получить напряжение как синусоидальной формы, так и прямоугольные импульсы (меандр) в полосе частот от десятков герц до десятков килогерц, приведена на рисунке.
Простой функциональный генератор образован двумя каскадами, выполненными на операционных усилителях. Один из них представляет собой полосовой RC-фильтр с многопетлевой обратной связью на операционном усилителе DA1 и элементах С1, С2, R1-R3, R6, R7. Другой каскад — формирователь прямоугольных импульсов — выполнен на операционном усилителе DA2 и резисторах R4, R5, R8, R9. Поскольку оба каскада инвертируют сигнал и вход фильтра подключен к выходу формирователя, то устройство возбуждается на резонансной частоте фильтра. Напряжение синусоидальной формы снимают с выхода фильтра (выход DA1), а меандр — с выхода формирователя (выход DA2).
Частоту генерации при условии С1=С2 можно рассчитать по формуле:
Особенностью использованного схемотехнического построения фильтра является возможность изменять в широких пределах его резонансную частоту изменением номинала только одного элемента — резистора R3. При этом сохраняется коэффициент передачи каскада, но изменяется эквивалентная добротность фильтра. Последнее несущественно для работы генератора. Перестройка частоты одним переменным резистором существенно упрощает конструкцию устройства в целом.
Расчет таких фильтров подробно описан в книге Л. Хьюлсмана и Ф. Аллена “Введение в теорию и расчет активных фильтров”. Например, при указанных на схеме номиналах резисторов R1 — R3 набор конденсаторов с номиналами 0,47, 0,15, 0,047 мкФ, 10000, 4700 и 1000 пФ обеспечит перекрытие по частоте от 18 Гц до 20,4 кГц в следующих шести поддиапазонах: 18…65, 56…204, 180…650, 560…2040 Гц, 1,8…6,5, 5.6…20.4 кГц. Изменение амплитуды выходного сигнала генератора в пределах поддиапазона не превышает 1 дБ.
Микросхему фильтра питают от нестабилизированного двуполярного источника напряжением ±15 В, а микросхему формирователя — от стабилизированного двуполярного источника напряжением ±10 В.При налаживании простой функциональный генератор подбирают такое положение движка подстроечного резистора R7, при котором генератор уверенно возбуждается на всех поддиапазонах при любом положении движка переменного резистора R3.
В простой функциональный генератор можно использовать различные ОУ общего назначения, но для получения качественного прямоугольного сигнала на частотах 10 кГц и выше микросхема DA2 должна быть быстродействующей. Так, при использовании микросхемы цА741 (аналог — К140УД7) хороший меандр получался лишь на частотах ниже 10 кГц. Микросхема DA1 должна на максимальной частоте генератора обеспечивать на большом сигнале коэффициент усиления не менее 5.