Была поставлена задача: Сконструировать генератор прямоугольных импульсов, с частотным диапазоном 20 – 20 000 Hz, с возможностью регулировать амплитуду и частоту генерируемого сигнала.
Среди множества возможных реализаций выбрал, на мой взгляд, довольно простой и удобный способ: генератор на микросхеме NE555. Микросхема довольно популярна и распространена, её можно купить практически в любом магазине электроники, да и цена у нее минимальная. Принцип работы микросхемы не является очень сложным, и основан в основном на работе двух компараторов и SR триггера.  Компараторы сравнивают два напряжения подаваемых на два его входа – на инвертирующий и не инвертирующий (соответственно - и + на картинке справа). Когда уровень напряжения на не инвертирующем входе больше нежели на инвертирующем, на выходе компаратора получаем высокое напряжение, в противном случае – низкое.
Т.е.: UIN+ > UIN- => Uout = U1 и наобоорот UIN+ < UIN- => Uout = U0
SR-триггер — триггер (англ. - FLIP-FLOP), который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы. При подаче единицы на вход S (от англ. Set - установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset- сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю.
Ознакомившись с принципом работы основных элементов микросхемы перейдём непосредственно к самой схеме генератора:
Итак, делитель напряжения из трех резисторов внутри микросхемы NE555, делит входное напряжение на три равные части. Созданное таким делителем напряжения: 1/3 Vcc и 2/3 Vcc являются опорным напряжением для компараторов COMP1 и COMP2. В исходном состоянии напряжение на конденсаторе C1, внешний элемент схемы, равно нулю. Следовательно компараторы сформируют входные сигналы триггера S = 1 ir R = 0, которые в свою очередь создадут на инвертированном выходе триггера сигнал Q =0. Это низкое напряжение закроет транзистор VT, а на выходе микросхемы получится высокое напряжение. Сила тока текущая через резисторы R1 и R2 зарядит конденсатор C1. Как только напряжение на конденсаторе превысит 2/3 Vcc, компаратор COMP1 сформирует сигнал сброса триггера R=1. Сигнал на выходе триггера станет высоким Q=1, этот сигнал откроет транзистор VT и создаст низкое напряжение на выходе микросхемы. Через открытый транзистор и резистор R2, конденсатор будет разряжаться. Как только напряжение на конденсаторе станет меньше 1/3 Vcc, компаратор COMP2 создаст установочный сигнал для триггера S = 1, который закроет транзистор и создаст высокое напряжение на выходе. Таким образом, пока напряжение на конденсаторе меняется между 1/3 Vcc и 2/3 Vcc процесс повторяется:
Как видно из выше приведенного рисунка на выходе получаем непрерывный сигнал прямоугольных импульсов. Остаётся решить вопрос по поводу регулировке амплитуды и частоты сигнала. Несложно догадаться, что длительность зарядки и разрядки конденсатора зависит от его ёмкости и от величины резисторов R1 и R2. Поэтому:
Далее очевидно что длительность одного целого цикла или иными словами периода равна сумме t1и t2 тогда частота генерируемого сигнала:
Из формулы видно что регулировать частоту можно при помощи R1, R2 и C1. Регулировка ёмкости более проблематична поэтому её отбросим. Регулировать сопротивление проще, для этого нужен потенциометр определенного номинала. Стоит отметить что скважность импульсов в данном случае:
Следовательно чтоб она была более близка к 50% надо чтоб R1—>0, однако резистор R1 необходим, иначе при открытом транзисторе VT источник питания будет соединен с заземлением. При проектировке выяснилось что минимальное значение резистора при котором схема работала — 100 Ом. Однако в целях безопасности было взято 200 Ом. Ёмкость конденсатора C1 выбрал 10nF. Тогда выполнив подсчёты оказалось что сопротивление R2 должно быть около 3,6МОм. Однако в продаже таких нет, купил 5МОм, поэтому частотный диапазон станет шире. Регулировку амплитуды тоже осуществил при помощи потенциометра. Таким образом конечный вариант схемы выглялел так:
Стоит отметить, что 5 вывод микросхемы, позволяющий получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, не использовался, поэтому рекомендуется подключить его к общему заземлению через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
Собранный по такой схеме генератор у меня выглядит так:
Пример генерируемого сигнала при 20kHz:
| 
eRadio
