Прецизионный НЧ-генератор своими руками

[khach]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4654875#p4654875"]Ради споривного интереса немного повозлся с выходным усилителем и обнаружил, что его АЧХ и ПХ очень далека от оптимума.[/uquote]
Для такого генератора не АЧХ и ПХ смотреть надо, а THD. А для этого нужен двухчастотник с регулируемой амплитудой. Двухчастотник с хорошим спектром это или два звуковых кварца на близкие частоты единиц- первого десятка килогерц, или вот такой же генератор, вернее два, которые мы тут обсуждаем. Т.е проблема барона Мюнхаузена- вытащить самого себя за волосы.
С синтезаторными генераторами или ДДС китайскими посмотреть THD на уровне промилей не получится.
При неограниченном бюждете это делается весьма легко, например Swept Harmonic Distortion Measurements https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/d ... A56_0e.pdf
от родешварца. Но если приборы разных производителей, то собрать измерительный стенд уже не получится или прийдется писать свой софт на питоне например.

[Valentin Gvozdev]

Немного поэкспериментировал со схемой формирователя меандра из синуса, когда уровень выходного сигнала примерно пропоорционален входному.

Вот немного результатов. 90 Кгц:


90 Гц:


1 Кгц при разных уровнях.



В целом, кое-как что-то получается. Но явно не то, чего хочется от добротного прибора.. Надо будет проверить, что с этим меандром происходит при прохождении через штатный аттенюатор - если там из-за искажений АЧХ выше 100 Кгц начнут лезть сильные выбросы и прочее, то, наверное, не стоит этим и заниматься.

[КРАМ]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4655357#p4655357"]Надо будет проверить, что с этим меандром происходит при прохождении через штатный аттенюатор - если там из-за искажений АЧХ выше 100 Кгц начнут лезть сильные выбросы и прочее, то, наверное, не стоит этим и заниматься.[/uquote]
Я даже не понимаю о чем вы говорите... 100 кГц - какие могут быть "проблемы АЧХ" в наше время? Что вы называете "сильными выбросами"? С какой целью вам нужен меандр?

[Valentin Gvozdev]

Итак, пока корпус едет ко мне (приедет в понедельник) более-менее закончил эксперименты с формирователем меандра. Схема, собранная на маккетке, во вложении.. Думаю, принцип работы очевиден - есть два разнополярный пик-детектора, напряжение которых, умощненное двумя ЭП, питает формирователь менандар на 561ЛА7. Пределы ее питания - примерно от +-2 до +-7В, соотвественно разсмах на выходе всего блока где-то от 2 до 12 В (часть теряется в выходной составном эмиттерном повторителе. Для некоторой линеаризации зависисмости размаха выходного менадра от рахмаха синуса на входе каждй из выпрямителей доплнительно "подперт" стабилитронами VD4, VD5. Конечно, полной линейности не получилось, но она в общем и не требуется. На частотах выше 30 Гц формируемый прямоугольный сигнал вполне неплох, ниже, увы, наблюдается некоторая неплоскостность из-за слишком малой постоянной времени в пиковых детекторах.

Проверил прохождение меандра через атенюатор. Вопреки опасениям, все довольно неплохо. На затуханиях до 40 дБ форма вполне сохраняется, выбросов и прочего практисеки нет. На больших затуханиях проверить затруднительо, так как уже начинает не хватать чуйки осциллографа и щуп приходится переключасть в положение 1:1, но по прикидкам и там все неплохо. Так что, если позволит место, снабдим генератор возможностью генерировать и прямоугольный сигнал тоже.

Меандр частотой 90 Кгц:


Его фронты (растяжка 0.1 мкс/дел):


900 Гц и 90 Гц:

[Valentin Gvozdev]

Ну вот и все как обычно бывает. Вчера захотел что-то померять в выходном усилке генератора, а там, похоже, какой-то обрывок тонкой проволочки упал незаметно на плату и неудачно что-то коротнуло. В результате в блоке питания сработало ограничение по току (где-то 0.4А), а потом почувствовался характерный аромат перегретых деталей.. Как выяснилось, вонял один из стабилитронов и прилегающие к нему резисторы, но они все выжили. А вот оба довольно недешевых транзистора в выходном каскаде и один в предвыходном сдохли. Пробовал ставить иные, более доступные типы - далеко не все там работают корректно. Вроде нашел те, что работают, но, наверное, придется покупать штатные. Чтобы не было колхоза с перекрученными выводами и прочего.. Увы.

[Николай_С]

А зачем? Этап макетирования пройден. Теперь всю эту халабуду нужно в корпус впердолить. Там возможны внеплановые КЗ, самовозбуды и прочие неприятности. Пока нет смысла ставить штатные транзисторы, можно на аналогах поработать.

[Valentin Gvozdev]

Именно так оно и будет. Корпус сегодня-завтра должен забрать. А транзисторы купить - дело техники и это в любом случае это не совсем быстро. К новому году основная часть работ должны быть сделана.

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4658536#p4658536"]К новому году основная часть работ должны быть сделана.[/uquote]Да Вы, батенька, оптимист, однако!
Мой опыт НИИОКР подсказывает, что на отладку конструкции уходит львиная доля времени. Тем более, что в Вашем случае компоновка ещё не сделана. Чаще всего получается так, что выбранный готовый корпус не подходит, т.к. какая-нибудь фигнюшка в него не помещается на том месте, куда она изначально планировалась. И весь мозг сломаешь как её туда разместить. Потом борьба за электромагнитную совместимость выедает остаток мозга. Так что торопиться не надо.

[SecreT UseR]

Быть может в формирователе меандра на выходе применить аналоговый ключ типа DG419? Фронты судя по описанию порядка 100нс должны выйти, что не далеко ушло от ЛА7, при этом имеет независимое управление и размах выходных напряжений +-15 вольт. И еще такая идея, в порядке общего бреда, а что если отказаться от выпрямления синуса в качестве опорного уровня и взять сигнал в виде постоянного напряжения прямо с регулятора амплитуды, применив сдвоенный переменный резистор, одна половина которого собственно управляет генератором, а на вторую подается постоянное напряжение которое затем коммутируется ключом. Из очевидных недостатков здесь различия в половинках резистора, по моим измерениям порядка +-2%...+-5%, зато плюсы быстрый отклик регулировки и возможность работы на сколь угодно малой частоте.

[khach]

Для моста Вина с цифровым управлением попалась на глаза такая интересная штука- линейный потеницометр ( двойной) для микшерских аудиопультов с приводом от моторчика.
Behringer MOTOR FADER MF60T
Что народ про такое скажет, как лучше организовать управление? Моторчик постоянного тока, напрашивается какая либо ФАПЧ для установки частоты.

[Николай_С]

Народ скажет, что это неоправданное усложнение конструкции. Впрочем, это ТС решать что и как использовать.

[Valentin Gvozdev]

Итак, наконец корпус у меня в руках, так что процесс пойдет быстрее. Очевидно, что места там внутри очень много, так что проблем с размещением всего не будет - будет вопрос иного плана - а зачем акой большой корпус? Увы, но меньший размер в модельном ряду GAINTA существенно меньшую переднюю панель, на которой разместить все органы управления, учитывая внутренние габариты всех переключателей и резисторов, припаянных к их контактам, не получается никак. Поскольку выяснилось, что края передней панели нельзя использовать для размещения чего-либо (эти границе обозначены на рисунке красной линией), так как там внутри мешают соединительные стойки, то пришлось немного перекомпоновать расположение элементов - на мой взгляд, получилось неплохо, хотя там есть простор для улучшения и более точного позиционирования всего и вся.

Наверное, надо будет для начала просверлить все отверстия, разместить все, что надо, на ПП, сделать экран для блока переключателей частоты.. А там уже смотреть, как лучше разместить все сотальное и какие экраны для всего этого делать.

[Прист]

Valentin Gvozdev,
что-то уже называли генератором Г3-118М https://profkip.ru/profkip-g3-118m-gene ... chastotnyj
назовите Г3-118М1

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4660195#p4660195"]Наверное, надо будет для начала просверлить все отверстия, разместить все, что надо, на ПП, сделать экран для блока переключателей частоты.. А там уже смотреть, как лучше разместить все сотальное и какие экраны для всего этого делать.[/uquote]
Я бы рекомендовал сначала сделать ЧЕРНОВИЧОК передней панели из какого-нибудь металла попроще или предусмотреть фальш-панель. Когда пройдут испытания, можно будет уточнить положение органов управления и сделать соответствующие надписи.

[Valentin Gvozdev]

Ну что ж, немного поработал над слесаркой сегодня. Вот что пока имеем:


Вроде бе косяков, что уже радует. Переключатели с резисторами, разумеется, будут закрыты дополнительным экраном. По поводу размещения плат - скорее всего, придется устелить дно корпуса листом алюминия (экран+ жесткость!), а также сделать "второй этаж" из того же алюминия.. В результате будет с избытком места для размещения плат горизональным образом (стало быть, обеспечена легкость настройки и измерений), а на первом этаже можно будет раместить наиболее чувтсивтельные к наводкам блоки, дороднительно закрыв их чем-то сбоку..

[Valentin Gvozdev]

К сожалению, работа над поектом идет не столь быстро, как того хотелось бы, но процесс все же идет. На текущий момент закуплен сетевой тороидальный трансформатор, сделана основная слесарка по изготовлению внутренних деталей корпуса, закреплены на своих штатных местах основные платы, выполнена большаяачсть межблочного монтажа и призведен запуск прибора в собранном виде. Пока от внешнего источника питания, но скоро и свой родной будет запущен.. Если коротко - то все работает. По сравнению с плтаами на столе радикально уменьшились всевозможные наводки, спектрограмма стала намного чище. Намеков на паразтную амплитудную модуляцию на самом высокочастотном диапазоне, что изрядно достава раньше, теперь практически нет и в помине. Это при том, что резерв экранировки еще далеко не исчерпан и там есть, что улучшать. Коэффицинет гармоник в районе 0.001-0.002%, хотя там есть некоторые непонятки.


Пока все выглядит вот так:
Вмд сверху, платы выходного усилителя и аттенюатора. Оставлено место под плату фомировалея меандра:


На первом этаже основные платы - собственно генератор с АРФ, блок конденсаторов и стабилизатор амплитуды. В сером экране - переключатели с частотозадающими резисторами.


Спереди пока не очень презентабельно, но это, как говорится, дело техники:

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4666000#p4666000"]Если коротко - то все работает. По сравнению с плтаами на столе радикально уменьшились всевозможные наводки, спектрограмма стала намного чище. Намеков на паразитную амплитудную модуляцию на самом высокочастотном диапазоне, что изрядно доставало раньше, теперь практически нет и в помине.[/uquote]Это очень хорошо!
[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4666000#p4666000"]Это при том, что резерв экранировки еще далеко не исчерпан и там есть, что улучшать. Коэффицинет гармоник в районе 0.001-0.002%, хотя там есть некоторые непонятки.[/uquote]Все аналоговые платы должны быть закрыты электромагнитными экранами, иначе ждите сюрпризов. Все "непонятки" должны быть устранены до окончательного наведения марафета.

[Pilot-by]

Николай_С, не надоело флудить?

[Valentin Gvozdev]

Все аналоговые платы должны быть закрыты электромагнитными экранами, иначе ждите сюрпризов. Все "непонятки" должны быть устранены до окончательного наведения марафета.

Посмотрим, насколько все это реально нужно. Не исключаю, что что-то придется дополнительно эранировать. Напомню, что сейчас все питается от внешнего источника питания. Когда в корпусе появится трансформатор и выпрямитель, все вполне может измениться в худшую сторону. И это мы скоро узнаем.

А так - проблема пришла, откуда не особо ждал. Все было отлично (см. приложенные спектры), пока я не подключил измеритель выходного уровня.. Гармоники резко стыли всего -45 dB по отношению к основному сигнала, THD в районе полупроцента.. Собственно, ничего удивительного, диодный детектор - вещь нелиненйая, а по схеме он присоединен туда, где импеданс 600 Ом, что усугубляет ситуацию.. Помнится, на стадии мактетироваяния я думал об этом, но почему-то при экспериментах этот эффект практически не проявлялся... Потом нашел, что поставил не ту измерительную головку, на 1 мА , при том что прошлая была на 100 мкА или даже меньше. Нашел ту, поставил, подключил детектор напрямую к выходному усилителю, где импеданс весьма низкий - коэффицент гармоник упал радикально. Раз этак в 100.. Тем не менее, влияние детектора ощущалось - при его подключении пички гармоник предательски росли почти на 10 дБ, а цифра THD с 0.001 повышалась до 0,004, причем чем выше по частоте, тем выраженнее был эффект.

Ясное дело, что терять в столь непросто достигнутых характеристах из-за какого-то диода совершенно неприемлемо. Проблема решилась введением дополнительного повторителя на К544УД1, имеющей большое входное сопротивление.. С ней что с измерителем уровня, что без него все отлично. Хорошо, что пока не сделал плату формирователя меандра - на ней и разведу этот дополнительный каскад, так что никакого колхода почти и не будет.

[Valentin Gvozdev]

Итак, очень похоже, что проект вошел в заключительную фазу. За прошедшие пару дней разведена, изготовлена, настроена и полностью установлена на свое постоянное место плата формирователя меандра, включающая в себя дополнительный буферный повторитель сигнала для запитки измерителя уровня. Теперь нелинейность выпрямителя никак не влияет на коэффициент гармоник и можно заняться тщательным тестированием. Прежде всего - спектр сигнала. Ниже приведены картинки спектра при разных частотах (они хорошо видны). Думаю, комментарии излишни. На мой взгляд, все очень даже неплохо. Все спектры снимались в одних и тех же условиях, уровеньp сигнала на входе звуковой карты - около 900 мВ пик-ту-пик. В низкочастотной части довольно много сетевых наводок - судя по всему, это не вина генератора, а следствие не совсем хорошего кабеля.. Увы, пока не успел купить качественный шнур и задействовать его. Собственно поэтому первая частота выбрана не 10, а 11 Гц - иначе за пятую гармонику программа принимает сетевую наводку и цифра получается завышенной.


как видно, с гармониками все очень хорошо. Но вот с шумами в ближней зоне не очень. Чем выше частота, тем сильнее проявляются боковые полосы, возникающие из за работы системы стабилизации амплитуды.

Вот фрагменты спектров на 3, 7 и 10 Кгц:


Добавлено after 1 hour 2 minutes 32 seconds:
Вот что вышло с меандром. Частота 100 Кгц, максимальная амплитуда (6 В на нагрузке 600 Ом):


То же самое, но с уменьшением амплитуды до 2В и до минимума (0.5 В).. Как видно, при минимуме уже есть заметные артефакты, но смысла использовать такой режим, когда есть аттенюатор с шагом 10 дБ, нет совершенно.



Далее поглядим, что имеем на выходе аттенюатора при затуханиях -20, -40, -60 и -80 дБ. В двух полседних случаях пришлось переключать щуп в положение 1:1, поэтому сглаживание фрнотов и прочее неизбежно. Тем не менее видно, что никаких грубых артефактов, свидетельствующих о неравномерности АЧХ аттенюатора в полосе как минимум несколько Мгц, нет. даже при затухании -80 дБ все очень прилично.




Ну и для полноты картины более низкие частоты.
1 Кгц:

100 Гц: