У статті використані матеріали каналу Ютуб Паяльник TV. У практиці радіоаматора бувають ситуації, коли необхідний генератор частот. Так, наприклад, при настройці підсилювача низьких частот і при конструюванні імпульсних джерел живлення. В різних інтернет-магазинах можна придбати готові генератори або конструктори. Наприклад, цифровий конструктор, генератор частот синуса, меандру і пили. Орієнтовна вартість такого набору від 800 до 1000 рублів. Куплений він в китайському інтернет-магазині, йде під найменуванням «DDS Function Signal Generator Module DIY Kit».
Комплектація посилки.
Поставляється такий набір в антистатичному пакетику. Що ж у нас всередині? Отже, бачимо друковану плату, досить високої якості. Склотекстоліт досить товстий. На друкованій платі зображені всі номінали необхідних компонентів. Далі — пасивні компоненти, різні резистори, безпосередньо сама мікросхема ATmega 16. Можна ближче її розглянути. Також панелька для неї. І ще одна микросхемка восьминогая LN358. Рідкокристалічний дисплей, 16-розрядний, здається. Штекери для підключення виходів, роз’єми. Болти для кріплення дисплея на плату. Також стійки під болтики. Штирьові роз’єми. Ще панелька. Змінні резистори; один, вже можна по платі зрозуміти, для регулювання амплітуди; другий… розберемося, для чого. І мікроперемикачі. Ще один змінний резистор. На жаль, в комплекті не вистачає, а може, виробник просто вирішив, що радіоаматор не потребує докладної інструкції…
Збирання конструктора генератора сигналів.
Власне кажучи, немає докладної інструкції, як збирати, як запускати, як користуватися, та інше. Але спробуємо самі розібратися. В збірці, я думаю, проблем не буде, так як всі номінали підписані. Також у конструктора нема ніякого найменування, крім назви «DDS сигнал генератор», і деякі маркування TB207809. Не знаю, що це таке, номер моделі або сама маркування нашого конструктора. Не маю поняття.
Давайте приступимо до паянні компонентів. Почнемо з пасивних. З резисторів. Перевіримо їх номінали. Це резистори на 10 кОм, це, мабуть, кім. З великим розкидом… Так, це на 20 кОм. Як видно з плати, у нас дуже багато однакових резисторів. Ось ряд з 10-килоомных, ось ряд з 20. Проблем з пайкою не буде. Почнемо з 10-килоомных. Тепер впаяем 20-килоомные резистори. Для надійності можна також пропоїти всі резистори з лицьової сторони доріжки. Так як всі отвори металлизированы, якщо ви раптом десь щось не пропаяли, можна тут цю проблему компенсувати. Паяємо решта резистори, попередньо перевіривши номінал. Це резистор 100 Ом, ось він на платі. Отже, всі постійні резистори на платі розпаяні.
Тепер впаяем конденсатори, їх у нас не так багато. Здається, всього 4 штучки… Так і є. Отже, перший конденсатор, маркування 104 – це 100 нФ. Також два конденсатори, дрібних помаранчевих, на 22 пФ. Вони розташовані праворуч і ліворуч від кварцового резонатора. Отже, всі конденсатори упаяні.
Тепер впаяем наш кварц, він на 16 МГц. Стоїть між двома конденсаторами на 22 пФ. Полярність не важливо яка. Ставимо його рівненько, тут подогнем ніжки. Кварцовий резонатор впаяний.
Тепер впаяем панельки під мікросхеми. Їх у нас дві. Почнемо з великої. Одна панелька впаяна. Тепер впаяем маленьку панельку, LM358. Тепер впаяем два штирьових роз’ємів на платі. Один з них – рознімання «мама», він входить в плату в натяг в отвір, тому його ніде фіксувати не потрібно. І другий роз’єм – «папа», це вхідний роз’єм живлення. Він теж входить внатяг, фіксувати нічого не потрібно.
Тепер можна впаяти наші кнопочки, або мікроперемикачі, кому як зручніше. Вони теж встромляються в натяг. Всі перемикається, все чудово. Тепер впаяем три змінних резистора. Один у нас з маркуванням 102, це означає 10 і ще два нулики, тобто 1 кОм. Він постане ось на це місце. Постає не зовсім в натяг, тому доведеться його притримувати. І першу пайку зробити трошки неакуратно. Залишилося впаяти на цій платі два роз’єми вихідного сигналу. Після пайки вони тримаються дуже міцно. Для того, щоб мікросхема щільно встала в свою панельку, потрібно трошки підігніть конденсатори на 22 пФ, ось так. Тепер микросхемка стане точно. Ключ повинен розташовуватися, як по маркуванню намальовано. Тепер вставимо другу микросхемку. Також вставляємо в відповідності з маркуванням. Ключ повинен розташовуватися знизу. Ось так. Мікросхема вставлена. Тепер можна впаяти штирьовий роз’єм на друковану плату дисплея. Попередньо потрібно зафіксувати штирьовий роз’єм, і вирівняти його, щоб вставав не криво. Для цього припаяем одну ніжку. Так. З цього боку теж бажано. Дивимося, як він встав. Постає рівненько. Можна паяти тепер повністю його. Тепер, для того, щоб дисплей знаходився на своєму місці, необхідно поставити стійки під болтики. Вони встановлюються в два місця сюди і, відповідно, ось сюди. Для цього нам знадобиться отверточка, можна хрестову, можна плоску. Зручніше все-таки хрестову. І таким чином робимо ставимо болтик, ставимо стоечку, закручуємо. Одна. Друга. Ось так.
Тепер встановлюємо наш дисплей точно на свою позицію, тобто поєднуємо отвори, штирьовий роз’єм «мама-тато», і встромляємо його сюди. Таким чином, наш дисплей повинен знаходитися трохи вище мікросхеми. Трохи вище нашого мікроконтролера, щоб він не торкався його. І вкручуємо два болтика стійки. Ось так. На цьому збірку нашого генератора можна вважати завершеною. Отже, перед тим, як тестувати наш генератор, настійно рекомендую вам промити плату від залишків флюсу, на всякий випадок. Для того, щоб запустити генератор, йому необхідно три напруги. Тобто, це 5 В, +12 В, 12 В, і, відповідно, земляний. Для цього можна зібрати блок живлення на двох трансформаторах і зробити двуполярный вихід, а за плюсової плечу зробити стабілізацію на 5 Ст. Або можна взяти блок живлення від комп’ютера, у нього вже є вихід і 5 В, і 12 У, -12 Ст. Для того, щоб його запустити, досить зелений і чорний дріт закоротити перемичкою. Я скористаюся як раз блоком живлення від комп’ютера. Відвів від нього вже необхідні дроти. Синій – це -12 В, чорний – золотистий, жовтий +12 В, і червоний +5 Ст. Встромляємо його в наш штирьовий роз’єм якимось чином…
Тепер можна включити наш блок живлення в мережу. Отже, бачимо, що у нас загорівся екран. Нічого більше поки що не бачимо. Але не лякайтеся, це не означає, що ви неправильно зібрали. На сайті виробника я все-таки знайшов необхідні інструкції по регулюванню, і для того, щоб у нас щось почало показувати, потрібно відрегулювати цей маленький змінний резистор 10 кОм. Крутимо його в різних напрямках, і дивимося, що на екрані з’являється. Тобто, крутимо його ось так, проти годинникової стрілки — у нас не відбувається нічого. Крутимо за годинниковою стрілкою, і бачимо, що у нас починають вимальовуватися буковки. Ще сильніше – у нас пікселі всі починають горіти. Відрегулюємо так, щоб був чистий текст. Ось так. Бачимо текст, напис синусоїди SIN, 30 Гц, вимкнено. І для того, щоб ще краще бачити, знімемо захисну плівочку. Ось так. Тепер бачимо, що наш генератор остаточно заробив.
Тест режимів роботи генератора після складання.
Дивимося, які у нього є режими роботи. Клацаємо вниз, кнопочка DOWN. Тут напис SQUARE, це означає «прямокутник». TRIANGLE, це означає «трикутник». SAWTOOTH, це означає «пила». REW SAWTOOTH, це «зворотна пила». ECG, це один з видів сигналу теж. І крок частоти. А також є шум, і високочастотний сигнал. Вліво-вправо ми змінюємо частоту нашу. Якщо затиснути, він почне швидко міняти. Кнопкою «START» ми запускаємо його. Кнопкою «RESET» ми скидаємо наші налаштування. Можемо змінювати крок частоти від 10 Гц… від 1 Гц, далі 100, 1000 далі, далі 10 000. Тобто, припустимо, виберемо крок 1 Гц. Виберемо синусоїду. І можемо міняти по одному герцу сигнал. Не завжди зручно, це зручно тільки на низьких частотах. Виберемо, припустимо, крок 1000, виберемо синусоїду, і подивимося, яка максимальна. Отже, бачимо, що максимальна генерується частота звичайним DDS виходом, це 65535 Гц на всіх видах сигналів. Тобто, дивимося, на прямокутнику те ж саме, додати не можемо. Це закономірно, оскільки на всіх частотах. А мінімальна частота, відповідно… Давайте подивимося. Бачимо, від нуля. Від нуля, і далі пішло, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7… І так далі. Ну що ж. Наш генератор заробив.
Забув сказати, що включення можете виробляти з будь-яким положенням змінних резисторів, це ніяк не відіб’ється. Крім, відповідно, цього, ви подрегулируете коли дозволите. Тепер перейдемо до перевірки безпосередньо якості сигналу нашого. Для тестів мені знадобиться ноутбук з осцилографом USB, і осцилографічний пробник ось такий, щоб підключати його до осцилографу і генератору одночасно. Підключимо спершу до DDS виходу, тобто, до виходу з низькочастотним сигналом. Поставимо частого синуса від 1 Гц, і спробуємо включити. Поки нічого… А нічого, тому що ми не підключили осцилограф. Бачимо, що у нас щось з’явилося. Змінимо розгортку осцилографа на, припустимо, 200 мс. Ось. Бачимо синусоїду, низькочастотну дуже. Частота по осцилографу 0, 95 Гц. Для хороших тестів додамо трошки частоту. Припустимо, 20 Гц. Тепер змінимо розгортку знову на 10 мс. Бачимо дуже чисту синусоїду частотою 19, 9 Гц. Спробуємо змінити амплітуду сигналу. Торкатися до плати краще не треба зі зворотної сторони, відбуваються такі нехороші перешкоди. Тому торкатися не будемо. Як бачимо, амплітуда дуже добре регулюється у нас аж від нуля і до… Амплітуда сигналу 18, 8, тобто, від нижнього піку до верхнього піку 18, 8 Ст. Відповідно, від нуля і до верхнього піку у нас виходить трохи менше 10 Ст. Для чого ж нам потрібен другий резистор змінний? Подивимося. Синусоїда поповзла, скажімо так, вгору. А тепер поповзла вниз. Так от, для чого він потрібен? Цей резистор у нас змінює зсув сигналу. Тобто, якщо нам потрібна синусоїда від нуля до певного значення напруги, ми просто перетягуємо її вгору, зменшуємо амплітуду сигналу, і ось у нас синусоїда від нуля до 10 Ст. А якщо нам потрібна синусоїда змінна, тобто, від напруги живлення до мінус напруги живлення, ми повзунок обертаємо в іншу сторону, потенціометр. Ось так ось. Міняємо значення амплітуди у напруги. І як бачимо, у нас синусоїда від -9 до +9 В. Те ж саме з усіма іншими. Виберемо, припустимо, прямокутник. Бачимо прямокутник змінний, тобто, він також від мінус напруги живлення до плюс, від -10 до +10 Ст. Змінюючи повзунок, змінюючи його положення, ми змінюємо нижню складову нашого сигналу. Тобто, зараз у нас прямокутник чисто імпульсний, від нуля до напруги живлення. Або ж навпаки, від нуля до мінус напруги живлення. Синхронізацію потрібно поставити… Давайте додамо трошки частоти, щоб у нас швидше за все йшло. Тобто, виберемо зараз крок, FREQUENCU STEP, 100 Гц, припустимо. Ось так. Так буде чудово, 500 Гц. Включаємо, бачимо 500 Гц прямокутник, змінимо розгортку. Фронт спад досить пологий чомусь тут, на 500 Гц. Подивимося, що буде відбуватися на подальших частотах, тому поки не будемо задаватися… Ставимо розгортку поки 200… Немає, 1 мс. Виставимо змінне положення, як-то так… От у нас прямокутник, змінюється у нас амплітуда. Виберемо тепер далі у нас йде… Трикутник. Дивимося трикутник те ж саме, амплітуда спокійно у нас змінюється, без всяких проблем. Те ж саме змінюється і положення його щодо нуля. Ось можемо бачити. Виставимо назад тепер. Далі у нас йде пила. Дивимося на пилку. Те ж саме, все чудово змінюється, і туди, і сюди. І амплитудка також у неї змінюється. Все чудово. Хороший якісний сигнал. Далі йде зворотна пила. Так само, амплітуда, положення щодо нуля. Далі йде ECG сигнал, такий він вигляд має. І також у нього змінюється положення відносно нуля, і амплітуда. Останній у нас йде шум. У шуму також у нас змінюється положення відносно нуля, і також змінюється амплітуда. Це ми перевіряли низькі частоти. Тепер крок змінимо, нехай 10 000 буде. Поставимо найвищу частоту, практично найвищу. Запускаємо. Ух ти, що це? Дуже сумно, насправді. Прямокутника тут відповідно ніякого немає. Добре, поставимо частого в два рази меншу. SQUARE… Нехай буде 25 кГц. повинен бути прямокутник, але у нас чомусь трикутник тут. Чомусь у нас тут трикутник. Цікаво… А якщо змінювати амплітуду? Тепер у нас якась двухполупериодная випрямлена синусоїда якась виходить. Прямокутника тут також немає. Добре… Ще зменшимо частоту. Припустимо, до 15 кГц. Ось вже хоча б зовнішній вигляд якийсь є. Ось так ось. Так, не зовсім райдужно все, як я думав. Якісь у нас полиці дід-тайму з’являються, ці ось. Звідки вони – невідомо. Ну що ж. До 5 кГц, в принципі, ще юзабельний наш генератор, а після, судячи з усього, вже бачимо, траєкторія у нас дуже полога. Я збирав генератор на звичайній логіці, і вона аж до 0 кГц видавала стабільний прямокутник, на відміну від цього. Подивимося, як пила себе веде на таких же частотах… Не пила, а трикутник. З трикутником у нас проблем немає, те ж саме, все регулюється. Все добре. А, припустимо, пила? Спад дуже пологий став, нерізкий. Характеристики сильно змінюються. І те ж саме в зворотному пилки. ECG, тут теж незрозуміле щось. Якісь піраміди Хеопса. І шум… Якийсь набір гармонік з прямокутників. Теж, судячи з усього, вже погано використовується… Ну що можна сказати? До 5 кГц ще генератор справляється зі своїм завданням майже добре. Тобто, на низьких частотах до 500 Гц все чудово, після починаються вже якісь відходи параметрів, більш пологі траєкторії. І від 5 кГц і вище дуже сильне зміна характеристик, і на самій високій частоті 65 кГц відбувається якась нісенітниця, якщо відверто. Абсолютно неможливо використовувати такий синус і інші види сигналу. Ну що ж, треба подивитися, що у нас з високочастотним виходом. Перемикаємося на HIGH-SPEED OUT. Тут вибираємо HIGH-SPEED. І подивимося. Розгортку відразу поміняємо до 100 нс. І подивимося, що у нас вийде. Бачите, регулювання тут вже… Положенням рівнів нічого не змінюється. Відповідно, це вже зовсім інший вихід. Це вихід безпосередньо з мікросхеми. Безпосередньо з мікроконтролера. Бачимо тут прямокутник, досить-таки хороший причому. Тобто, те, що було на 65 кГц, неможливо навіть порівняти з цим. Тут вже дуже якісний такий мегагерцовий прямоуголиничек. Трохи гірше у мене як раз видавав сигнал на логіці. Єдине що, амплітуда тут, дивлюся, не змінюється. Сигнал стабільний буде амплітудою 5 Ст. Тепер подивимося, що ж буде, коли ми збільшимо частоту, тобто поставимо, припустимо, 2 МГц. Включаємо. Прямокутник майже хороший. Амплітуда також не змінилася, 5 залишилася. Дивимося далі. 4 МГц. На 4 МГц вже прямокутник більше схожий на синус; хоча у нього залишилася невелика постійна складова, але вже трішки не те. Дуже пологий фронт і спад виходять. І амплітуда, до речі, теж не змінилася, 5 Ст. І дивимося на 8 МГц. Амплітуда змінилася, 4, 5, і тут у нас вже не прямокутник, а явний синус. Збільшуючи розгортку, бачимо вже явно тут щось схоже на синус. В розетці якраз такий синус, тільки 50 Гц. Такі ж у нього криві характеристики. Не знаю, в якій апаратурі можна використовувати такий синус. Ну що ж, 1 і 2 МГц цілком юзабельные. Вимикаємо.
Висновки.
Що можна сказати в цілому? В цілому, наборчик непоганий. Відсотків на 50 виправдав очікування. Але, звичайно, сильне зміна характеристик від 5 кГц — дуже погано. Не очікував я, що буде такий поганий сигнал видавати. Але до 5 кГц цілком можна використовувати. Припустимо, тестів для підсилювачів низької частоти, звукової частоти, цілком можна використовувати цей набір. На 40 кГц, тобто, це частоти роботи імпульсних перетворювачів, десь від 25 до 100 кГц, тут вже ловити нічого, тут вже ніякої хороший сигнал не отримаєш. На тій же самій TL494 ШІМ контролері сигнал виходить в рази краще. Також хочеться доповнити, що виробник все-таки зробив опис свого набору на сайті, який буде розміщений в описі до відео. Тут є розташування всіх компонентів, параметри змінного резистора для нормальної роботи дисплея, кроки частот, принципова робота, принципова схема блоку живлення для нашого генератора, і також сама принципова схема.
