Generator m.cz. - old fashion

Spis treści

Wstęp

Opis ten skierowany jest przede wszystkim do tych, którzy potrzebują takiego generatora i chcą go zbudować traktując, to np. jako "wprawkę" do dalszych prac.

Dlatego też nie porównuję tej konstrukcji do dostępnych na rynku tzw. kitów czy urządzeń profesjonalnych. Wartości (w PLN) nie szacowałem, gdyż "w szufladzie" miałem wszystkie potrzebne elementy.

Jeśli zamierzasz budować (niemal) dowolne urządzenie krótkofalowe w pewnym momencie pochylisz się nad schematem, a potem modułem m.cz. (małej, niskiej częstotliwości, audio). Obojętne czy będzie to: wzmacniacz końcowy odbiornika czy mikrofonowy nadajnika. Zaś w przypadku konstruowania niektórych modułów (np. filtrów pasmowych m.cz, o regulowanej charakterystyce) taki przyrząd jest nieodzowny.

"Sieć" pełna jest potrzebnych schematów o różnym stopniu skomplikowania i złożoności. IMO prezentowana konstrukcja jest ciekawa, prosta w konstrukcji, a "walory użytkowe" powodują, że może stanowić istotny element uzupełniający wyposażenie warsztatowe. Jego konstrukcja została oparta na układzie scalonym ICL8038. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, by podobny układ zbudować na np. wzmacniaczach operacyjnych (za czym przemawia "czystość" sygnału czy na współczesnych układach (szersze spektrum częstotliwości czy funkcji). "Blaski i cienie" wynikające ze stosowania układu ICL8038 ciekawie zaprezentował Stefan Spännare w (dostępnej w Internecie) publikacji "Two Sinus Generators" (przedstawiono tam też "alternatywę"). W pracy tej wskazał na zależność pomiędzy użytą w generatorze (na ICL8038) wartością kondensatora i rezystancją potencjometru a zniekształceniami przebiegu sinusoidalnego.

Wiele ciekawych informacji na temat specyfiki oraz możliwości wykorzystania układu ICL8038 zawarł producent w nocie opublikowanej w Internecie.

Wybór układu

Przeszukując zasoby Internetu w poszukiwaniu inspiracji dla mego układu uwagę zwróciłem na projekt zrealizowany przez Thomasa Henry'ego pn. "The 8038 Audio Generator Project" (An Accurate 20 Hz to 20 kHz Linearly Controlled Audio Generator). Warto pamiętać, że generatory tego typu przebieg sinosoidalny tworzą odpowiednio aproksymując przebieg (najczęściej) trójkątny. Co jednak tak w zastosowaniu przewidzianym przez Thomasa, jak i moim nie przeszkadza.

Za wyborem tego układu przemawiały następujące przesłanki:

  • jest dostępny (w Internecie) dokładny opis (w tym "strojenia") generatora,
  • autor projektu (o odpowiednim doświadczeniu, co można ocenić na podstawie prezentowanych konstrukcji) skoncentrował się na zasadniczych elementach swej konstrukcji zachowując odpowiednią proporcję "formy do treści",
  • prostota i łatwość adaptacji projektu do własnych potrzeb,
  • posiadałem układ ICL8038.

Kłopot polega jedynie na tym, że układ ICL8038nie jest już produkowany. Ale czasami można go (lub jego odpowiedniki np. XR8038, MAX038, itd., ew. funkcjonalni następcy) kupić (za rozsądną cenę!) na aukcjach czy też wymienić się z Kolegami

Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, by zrealizować projekt w postaci i zakresie wskazanym przez Thomasa.

Założenia zrealizowanego (własnego) projektu

Układ generatoraUwzględniając potrzeby moich konstrukcji za "parametry kluczowe budowanego generatora" przyjąłem:

  1. generowanie częstotliwości w dwóch zakresach:
    • "szerokim", tj. 50Hz - 10000Hz,
    • "wąskim", tj. 150 - 4000Hz,
  2. prostota przełączania i przestrajania generatora oraz możliwość precyzyjnego dostrojenia częstotliwości w zakresie ok. +/- 100Hz (w całym zakresie przestrajania),
  3. generowany przebieg: sinus, trójkąt, prostokąt,
  4. zmiana napięć wyjściowych (dla wszystkich generowanych przebiegów):
    • płynna (wyjście wysokoomowe, ok. 10kom), w zakresie napięć: 0 - 3V,
    • skokowa (wyjście niskoomowe, ok. 600om), w zakresie napięć: 10mV-30mV-100mV-300mV-1V-3V.
  5. niezależne wyjście generowanego sygnału (pod względem f) na częstotliwościomierz cyfrowy,
  6. możliwość sterowania generatora (w zakresie zmiany f) zewnętrznym napięciem (chęć - docelowo - skonstruowania "wobuloskopu" m.cz..

Zdjęcie przebiegu sinusoidalnego wykonano przed regulacją kształtu generowanego sygnału. Wyraźnie widać, że "sinusoida" tworzona jest z "trójkąta".

W odróżnieniu do pierwowzoru swój układ zbudowałem wykorzystując 3 (podstawowe) układy: ICL8038, TL082, TL074 na dwóch płytkach (płytka generatora oraz płytka "obwodów wyjściowych") o wymiarze ok. 50mm x 42mm.

Płytki wykonałem metodą "żelazkową", która została opisana w wersji skrórconej (Termotransfer krótko) lub szgółowo tutaj: Termotransfer szczegółowo. Oczywiście projekty obu płytek musiałem wykonać we własnym zakresie.

Płytkę generatora wykonano (częściowo) w technologii SMD (elementy R, C w wymiarze 1206). Chodziło tu o "trening" lutowania "w okularach".

Natomiast płytkę "obwodów wyjściowych" wykonano w technologii tradycyjnej (montaż przewlekany) co wynikało przede wszystkim z "dostatku miejsca" i... posiadania znacznych zapasów tego typu podzespołów.

Płytki zlutowano ze sobą stosując jako "odstępniki" odcinki srebrzanki śr.=0,8mm. Odpowiednie punkty (sterowania oraz sygnałowe) połączono ze sobą. Tak połączone płytki tworzą zwartą (przestrzennie) bryłę o wymiarach: 55mm x 45mm x 45mm. Pozostało jedynie połączyć ją z: potencjometrami, przełącznikami i gniazdami.

Obudowę generatora wykonałem z laminatu. Ma ona wymiary (ok.) 85mm x 120mm x 60mm. Warto tu zaznaczyć, że wymiary obudowy zostały określone dopiero po wzięciu pod uwagę miejsca niezbędnego do "upakowania" wszystkich przełączników, gniazdek. itd. Równie istotną rolę odgrywało tu to, by kable łączące generator z badanym układem nie ściągały go ze stołu.


Uruchomienie

Płytki zostały tak zaprojektowane, by układ mógł być zasilany symetrycznym napięciem: zmiennym (11V-15V) lub stałym (+/-15V-18V).

Proces uruchomienia generatora okazał się "niemal" banalnie prosty. Ruszył bez problemu. W mojej wersji (dwupłytkowej) trzeba jednak pamiętać, że regulację kształtu sygnału można dokonywać po połączeniu obu płytek.

Na swej stronie Thomas opisał bardzo dokładnie proces strojenia. Wymaga on dostępu do dwóch przyrządów:

  • miernika częstoptliwości (może to być nawet ten z miernika uniwersalnego)
  • oscyloskopu (ze względu na zakres częstotniwości "udźwignie" to chyba każdy oscyloskop).

Bez nich układ też "ruszy", ale "co generuje" i "jak to wygląda" to jest to... wielka niewiadoma.

Sygnał wyjściowy

"Strojenie" generatora to proces wieloetapowy, ale wystarczy go przeprowadzić jednokrotnie. Generator pracuje stabilnie. Po podłączeniu miernika częstotliwości i oscyloskopu:

  1. ustaw przebieg prostokątny o częstotliwości 5kHz i PM'kiem "symetrii" ustaw wypełnienie na 50%,
  2. ustaw częstotliwość na 50Hz i 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. przy pomocy PM'ki "fmax" ustaw częstotliwość maksymalną,
  5. przy pomocy PM'ki "fmin" ustaw częstotliwość minimalną,
  6. wróć do punktu 4. i skoryguj poprzednie ustawienia. Ten etap powtarzaj tak długo, aż uzyskasz zadowalający efekt,
  7. ustaw przebieg sinusoidalny i przy pomocy PM'ki "zniekształcenia sinusa" skoryguj kształt obwiedni generowanego przebiegu. Sprawdź kształt obwiedni dla skrajnych i pośrednich wartości częstotliwości,
  8. jeśli jest to konieczne zwyryfikuj ustawienia opisane w pkt. 1. i 4.,
  9. w moim przypadku zaszła dodatkowo konieczność ustalenia "wąskiego zakresu" częstotliwości. Odbyło się to przez ustawienie właściwego zakresu napięć przyłożonego do potencjometru sterującego. Symetrii nie trzeba było już korygować.

Zakończenie

Efekt końcowyMoże powstać pytanie: czy warto poświęcać czas na jego konstruowanie ?

Moim zdaniem: tak. Nie był to czas stracony.

Już pierwsze badanie wcześniej zbudowanego wzmacniacza końcowego m.cz. wykazało z jednej strony, że wymaga on skorygowania charakterystyki. Z drugiej zaś pozwoliły ocenić jego rzeczywiste parametry użytkowe.

Już wkrótce zaprezentuję kolejną, działającą (!) wersję "kompaktowego" generatora m.cz. opartego na ICL8038. Oczywiście załączę pełną dokumentację "konstrukcyjną" (płytki).

Kolejne wcielenia generatoraPodstawowe zmiany to w stosunku do wyżej opisanej wersji:

  • pozostawienie jedynie potrzebnych zakresów częstotliwości (od ok. 3Hz do 52,5kHz),
  • wyposażenie w wyjście TTL do sterowania częstotliwościomierzem,
  • zdecydowanie się na gniazda BNC (przydatne zwłaszcza we współpracy z oscyloskopem),
  • miniaturyzacja (poprzednia wersja IMO zajmowała zbyt wiele miejsca na stole) i umieszczenie w obudowie po czytniku kart pamięci. Obecnie nawet sygnał o napięciu ok. 10mV nie wykazuje śladów szumu czy przydźwięku. Cóż 0,5mm żelazna blacha robi swoje, czyli dobrze ekranuje. I o to chodziło.

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

//