Generator m.cz. - po liftingu

Nowy, stary generator

Opisany generator służy mi głównie do sprawdzania torów audio budowanych konstrukcji. Z tego też względu nie "ciągnąłem" w górę generowanych częstotliwości. W poprzednim artykule (Generator m.cz. - old fashion) opisałem układ prostego generatora m.cz. zbudowanego na układzie scalonym ICL8038.

Po ponad 3 latach eksploatacji generator ten uzyskał kolejne wcielenia. Najpierw podlegał rozbudowaniu. Ostatnio zaś zbudowałem konstrukcję, w której ilość pokręteł sprowadziłem do minimum. Wynikało to z faktu, że w poprzedniej wersji ponad połowę pojemności obudowy (Z5A) zajmowały potencjometry i przełączniki. Z niektórych rzadko korzystałem. Ścieżka "rozwoju"

Obecnie nacisk położyłem na prostotę korzystania, kompaktową konstrukcję i ... ekranowanie.

Wynikało to m.in. z tego, że przy napięciach rzędu kilku miliwoltów czasami trudno było uzyskać "czysty" sygnał. Duży udział w tym miały kiepskie gniazda RCA. Dlatego obecnie zastosowałem wyłącznie gniazda BNC.

Niestety za lekki generator nie jest zbyt praktyczny. Bywało, że ruch kabelków połączeniowych "sterował" jego pozycją na stole. Już na wstępie założyłem, że generator zostanie umieszczony w metalowej obudowie po czytniku kart pamięci (Chieftec, solidna gruba blacha). Konstrukcję oparłem głównie na elementach przewlekanych, a układy scalone umieściłem w podstawkach.

W dalszej części artykułu zamieściłem pełną dokumentację zrealizowanego projektu.

Wnioski z poprzednich konstrukcji

Weryfikacja parametrów generatora

Podstawowe zmiany w stosunku do poprzednich wersji to:

  • pozostawienie jedynie potrzebnych zakresów częstotliwości (od ok. 3Hz do 52,5kHz). Budowanie układu o szerokim zakresie generowanych częstotliwości (0,xxHz - xxxkHz) nastręcza pewne kłopoty m.in. związane z przełączaniem zakresów. Ponadto pewne parametry uzyskiwanych przebiegów (np. symetria, wypełnienie) bywają "problematyczne".
  • W praktyce okazało się, że głównie wykorzystuję zakresy w paśmie od ok. 15 Hz do 5kHz. Dużo rzadziej do ok. 50kHz. Pojemności układu dobrałem tak, że obecnie mam cztery zakresy: 3Hz-880Hz, 13Hz - 4,51kHz, 50Hz-28,9kHz i 300Hz - 52,6kHz,
  • przełączanie (za pomocą zworek - goldpiny): zakresów (podano wyżej), rodzaju (sinus, trójkąt i prostokąt) oraz poziomu sygnału wyjściowego (2,65V - 871mV - 275mV - 89mV - 29mV - 9mV.
    Te "dziwne" wartości są wynikiem stosowania "zwykłych" (nie dobieranych) rezystorów w dzielniku. Gdy zdejmę zworkę to poprzez pojemności montażowe na wyjściu mam 6mV.
  • Zrezygnowałem z płynnej zmiany amplitudy, gdyż w budowanych układach okazało się, że ważna jest nie tyle konkretna wartość (np. 10mV) ile niezmienność w czasie raz wybranych ustawień. Jeśli jednak takie rozwiązanie komuś nie odpowiada to przedstawiona płytka umożliwia podłączenie potencjometru na wejściu (po przełączniku wyboru rodzaju sygnału) wtórnika (na opampie).
    Takie rozwiązanie odpowiada mi mimo tego, że wymaga stosowania pęsety. Odpowiednie nastawy są czytelne. Nie zauważyłem negatywnych skutków (np. niepewnego kontaktu) tej metody przełączania. Dodatkowo zastosowanie zworek daję możliwość równoległego łączenia pojemności co pozwala obniżyć zakres na 3,62kHz. Z krótkofalarskiego "punktu widzenia" korzystna możliwość. Pomijam fakt, że można ... przyłączać zewnętrzne kondensatory!
  • zasilanie: generator wymaga napięcia symetrycznego (w moim układzie +/-12V). Wbudowywanie zasilacza w obudowę generatora skutkowało nie tylko jego powiększeniem, ale i powodowało pojawienie się (zwłaszcza przy niskim poziomie sygnału wyjściowego, pojedyncze mV) brumu (przydźwięku). Poza tym łatwiej operować na stole cienkim kabelkiem zasilającym niż grubym kablem sieciowym.
  • Liniowość zmian częstotliwości

  • zdecydowanie się na gniazda BNC (przydatne zwłaszcza we współpracy z oscyloskopem). Niestety gniazda i kable RCA (zwłaszcza te tanie) nie zapewniały odpowiedniego poziomu ochrony (przed zakłóceniami) sygnałów wyjściowych,
  • generator wyposażono w wyjście TTL do sterowania częstotliwościomierzem. Prototyp (co widać na zdjęciach) wyposażono również w wejście sygnału (SWEEP) sterującego częstotliwością. To samo gniazdo służyło do pomiaru napięcia sterującego (pin 8 układu 8038) podczas pomiaru liniowości zmian częstotliwości w funkcji napięcia sterującego.

Układ ICL8038 (chyba) nie jest już produkowany, ale nadal dostępny. IMO daje możliwość zbudowania prostego, "porządnego" generatora. Za kilka - kilkanaście złotych.

W opisanej konstrukcji głównie oparłem się na nocie producenta opublikowanej w Internecie.


Schemat

Schemat

Układ jest prosty i działa. Jedna uwaga dotycząca sterowania układem ICL8038.

Po przesunięciu suwaka potencjometru maksymalnie w kierunku "plusa" może nastąpić zerwanie oscylacji. Wynika to z faktu, że w układzie pin 6 układu przyłączono przed diodą D1, a nie za nią jak jest w nocie producenta. Chodziło mi o przesunięcie oscylacji w kierunku niższych częstotliwości. Przed zerwaniem oscylacji zabezpiecza rezystor wlutowany na stałe do wyprowadzenia potencjometru od strony plusa.
Trzeba jednak pamiętać, że w zakresie tych najniższych częstotliwości zauważyć można deformację przebiegów, która pogłębia się wraz z obniżeniem częstotliwości.

Pewnego wyjaśnienia (może) wymaga użycie układu scalonego 74132. Po pierwsze kształtowany jest (na bramce IC4A) sygnał TTL dla zewnętrznego pomiaru generowanej częstotliwości. Dzięki temu w szerokim spektrum generowanych częstotliwości jest ona prawidłowo odczytywana nawet przez proste czytniki (zbudowane np. na Atmedze czy PIC'u).Połączenia panela czołowego

Pozostałe bramki układu wykorzystano do uformowania szybkich, ujemnych (na wysokim poziomie TTL) impulsów ( czasie trwania mierzonych w ns), które wykorzystuje w niektórych zastosowaniach generatora.

Prasowanka (już odwrócona)Obok prezentuje "prasowanki" płytki głównej i panelu czołowego. Otwory mocujące wynikają z układu otworów w obudowie.

W przypadku wykorzystania płytki w innej obudowie wystarczy otwory w prasowance zamalować przed wydrukiem lub po wyprasowaniu (a przed trawieniem) zamalować wodoodpornym pisakiem.

Wnikliwym obserwatorom zapewne nie umknie uwagi to, że płytka nie ma wyprowadzonego wejścia sterującego (wykorzystywanego też jako wyjście pomiarowe napięcia sterującego). 

Układ elementów

Płytka panelu czołowegoRozwiązanie to wykorzystałem w prototypie. I zapewne wykorzystam na etapie testów generatora jako elementu składowego audio-wobulatora. Płytki wykonałem metodą "żelazkową" opisane: w skrócie (Termotransfer krótko) lub szczegółowo (Termotransfer szczegółowo). 

Obok przedstawiłem układ elementów na płytkach. 

Panel czołowyZwróć uwagę na fakt, że część elementów (SMD, kondensatory blokujące 100nF) montowane są "od spodu".

Uruchomienie

UruchomienieProces uruchomienia generatora jest prosty.

Do uruchomienia oscyloskop nie jest niezbędny, ale do ustawienia podstawowych parametrów (jak np. wypełnienie, korekcja kształtu obwiedni) sygnału wydaje się konieczny.

Proponuję pamiętać o następujących kwestiach:

  • uruchamiając generator do wejść sterujących (pady 1,2,3) przyłączyć potencjometr 10kom (suwak na pad2), a do padów 4,5 przyłączyć kondensator o pojemności np. 10nF. Suwak potencjometru ustawić w środkowym położeniu.
    Przy skrajnym położeniu suwaka (na plusie) może nastąpić zerwanie oscylacji,
  • do oceny sygnału TTL (przyłączenie oscyloskopu do wyjścia układu 74132) zasadniczo nie należy wykorzystywać popularnych sond pasywnych 1:10. Szybkie narastanie zboczy powoduje to, że obraz oglądany na oscyloskopie będzie bardzo odbiegał od rzeczywistego. Lepiej w tym celu wykorzystać zwykły kabel np. RG174 odpowiednio zarobiony i... zaterminowany.

"Strojenie" generatora jest procesem wieloetapowym, ale wystarczy go przeprowadzić jednokrotnie. Generator pracuje stabilnie. Po podłączeniu miernika częstotliwości i oscyloskopu:

  1. ustaw przebieg prostokątny, a potencjometr zmiany częstotliwości w połowie. Potencjometrem montażowym (PM'kiem) R11 "symetrii" ustaw wypełnienie na 50%,
  2. ustaw niższą częstotliwość (ale nie skrajną dolną). Tak ok. 10% obrotu potencjometru. Pamiętaj: im wyższe napięcie podajesz tym częstotliwość niższa!  PM'kiem "symetrii dla niskich częstotliwości" ustaw wypełnienie również na 50%,
  3. wróć do punktu 1. i skoryguj poprzednie ustawienia. Ten etap powtarzaj tak długo, aż uzyskasz zadowalający efekt.
  4. ustaw przebieg sinusoidalny i przy pomocy PM'ki "zniekształcenia sinusa" skoryguj kształt obwiedni generowanego przebiegu. Sprawdź kształt obwiedni dla skrajnych i pośrednich wartości częstotliwości,
  5. jeśli jest to konieczne zweryfikuj ustawienia opisane w pkt. 1.Testy generatora przemiatającego

No i to by było chyba "na tyle". Ewentualnie można dodać jeszcze jakiś układ przemiatający. Prace już trwają !

Powiem krótko: bez tego urządzenia uruchamianie układów, które zawierają na schemacie choćby jeden element oznaczony gwiazdką (czyli "dobrać") jest bardzo utrudnione.

Do uruchamiania tych "bez gwiazdek" też jest potrzebny! 

Jeśli jesteś zainteresowany tym co jeszcze udało mi się zrobić z lutownicą w ręku zapraszam do Warsztatu krótkofalowca.