Функциональный генератор построен на основе мультивибратора на микросхеме КМОП К561ЛА7, его диапазон частот 1 Гц-100кГц разбит на пять поддиапазонов, в каждом из которых есть плавная регулировка частоты. Генератор вырабатывает сигналы трех форм: прямоугольной, треугольной и синусоидальной. Максимальный размах сигнала прямоугольной формы 10В (для КМОП-логики, для логики ТТЛ - 4В), треугольной формы 6,3 В, синусоидальной формы 3,3 В.
Кроме того возможна плавная регулировка выходного уровня. Коэффициент гармонических искажений синусоидального сигнала не более 0,7%. Питается генератор постоянным напряжением 25В от лабораторного источника.
Задающий мультивибратор построен на элементах D1.1-D1.3 микросхемы D1 (один из четырех элементов этой микросхемы не используется, его входы — выводы 12 и 13 при монтаже необходимо соединить с 14-м или 7-м выводами микросхемы). Частота генератора определяется параметрами RC-цепи, состоящей из одного из конденсаторов С1-С5 и резисторов R4-R3.
Емкость конденсатора RC-цепи изменяется ступенчато при помощи переключателя S1, при помощи которого таким образом переключаются поддиапазоны, а составляющая R этой RC-цепи изменяется плавно при помощи переменного резистора R3 включенного реостатом. Таким образом при помощи R3 выполняется плавная настройка в пределах диапазона.
На выходе интегратора, выполненного на элементе D1.1 имеются треугольные импульсы, которые используются как самостоятельная функция и как источник для получения синусоидальных импульсов. Конденсатор С6 включенный в этой цепи устраняет высокочастотные помехи, которые могут иметь место в процессе работы интегратора. Прямоугольные импульсы получаются на выходе компаратора на элементах D1.2 и D1.3.
Из-за разброса параметров микросхем К561 треугольное напряжение на выходе элемента D1.1 может иметь не совсем симметричную форму, что приводит к получению синусоидального напряжения имеющего большой коэффициент нелинейных искажений. Эту асимметрию устраняют подачей некоторого напряжения смещения с движка подстроечного резистора R7.
Преобразователь функции треугольного напряжения в синусоидальное выполнен на диодах VD1-VD6 и резисторах R10-R12. Он работает на принципе кусочно-квадратичной аппроксимации синусоидального сигнала.
Фактически преобразователь представляет собой нелинейный шунт, характеристика падения на нем треугольного напряжения предельно близка к синусоидальной. Крутизну участков аппроксимации при поступлении положительной полуволны задают диоды VD1-VD3, а при поступлении отрицательной — VD4-VD6. Длина участков пропорциональна сопротивлениям резисторов R10-R12, которые выбраны исходя из соотношения R10/R11=R11/R12=2.
Без подбора диодов по вольт амперной характеристике коэффициент нелинейных искажения синусоидального сигнала получается около 1 %. После подбора по ВАХ, так чтобы диоды имели предельно близкие характеристики КНИ удается получить 0,3-0,5% Если установить резисторы R10-R12 с сопротивлением в два-три раза большим чем на схеме, а затем подобрать их сопротивления добиваясь минимума КНИ, и поместить преобразователь в термостат, можно получить КНИ менее 0,1%.
Конденсатор С7 должен иметь ток утечки не более 1 мкА. Чтобы уменьшить влияние температуры на работу преобразователя его необходимо поместить в термоизолятор — картонный кубик со стороной 10-15 мм, который, после установки в него деталей преобразователя нужно залить парафином.
Из-за малого количества участков аппроксимации на квазисинусоиде заметны верхушки треугольных импульсов, которые увеличивают КНИ синусоидального сигнала. Для того чтобы понизить их влияние верхушки треугольного сигнала перед подачей на преобразователь ограничиваются цепями VD7, R15, С8 и VD8, R16, С9.
Нужно отметить что данный ограничитель входит в режим только спустя несколько секунд, по мере установки некоторого баланса между зарядкой конденсаторов С8 и С9 и их разрядкой вершинами треугольных импульсов.
Подстроечным резистором R7 добиваются симметрии треугольного напряжения. Установив частоту генерации 5000 Гц приступают к настройке преобразователя треугольного напряжения в синусоидальное. Используя метод последовательного приближения поочередно поворачивая движки подстроечных резисторов R7 и R9 добиваются такого их положения, при котором любое небольшое изменение положения движков R7 и R9 приводит только к увеличению искажений.
Затем более тщательным подбором резистора R4 и конденсаторов С1-С5 устанавливают границы поддиапазонов.
