Прецизионный НЧ-генератор своими руками

[Valentin Gvozdev]

Последние новости - сделано вся необходимая слесарка для установки штатного тороидального трансформатора. Честно говоря, боялся, что его наличие рядом с платами все испортит, но нет - попробовал подключить первичную обмотку к сети, вторички нагрузить на резисторы в 150 Ом, имитируя работу под нагрузкой - на спектрах какого-либо влияния не обнаружил.. Никаких боковых полос +-50, +-100 Гц итд даже на высщих частотах звукового диапазона не появляется.. Так что делаем плату блока питания и запускаем девайс уже совсем полноценным образом.

[Valentin Gvozdev]

Итак, все уже работает со штатным источником питания.. Как ни странно, проблем с наводками особых не было, однако на спектре появились относительно интенсивные э гармоники сетевой частоты. Которые были примерно на 40 дб ниже основного сигнала при максимальном ослаблении, или ориентировочно по 5мкв. Причём их интенсивность практически не зависела от положения аттенюатора, то они не являлись составной частью генерируемого сигнала. Долго пришлось повозиться, чтобы понять, как они возникают, и выяснилось, что все это из за токов, наводимых в металлических частях конструкции, которые образуют замкнутый контур почти вокруг трансформатора. Папа изолирующих шайб, размыкающих этот контур, полностью решила проблему.

Добавлено after 1 minute 28 seconds:
Фотографии, картинки итд чуть позже. В общем, из серьезного осталось только сетевой провод продолжить да индикатор включения сделать. Ну и переднюю панель.

[Николай_С]

Поздравляю!
Дальше чистая механика и сложностей не должно возникать. По окончании проекта было бы здорово запилить видосик с демонстрацией возможностей гены.

[Valentin Gvozdev]

Итак, проект однозначно подходит к завершению. Уже сделана передняя панель и шкала измерителя выходного уровня, проведена более-мнее окончательная комплексная настройка, наксколько это было возможно, побеждены основные косяки, связанные с наводками от встроенного трансформатора. Увы, но я несколько погорячился, когда писал, что он никак не влияет. Оказалось, что не влияет, пока стоит, не подсоединенный к схеме. Ну а когда был сделан стабилизатор и стало возможным записать прибор от собственного источника питания, выяснилось, что влияние все-таки есть.. Причем довольно хитрое.
Для начала обнаружил, что в НЧ-области спектра имеются довольно интенсивные пики с частотами, кратными 50 Гц.. Причем они нисколько не изменялись при переклбчении аттенюатора, а на самом маленьком выходном сигнале (0.5 мВ) были меньше основного сигнала всего на 35 дБ, что совсем не рдовало. Так как генератор в основном предполагается использовать для настройки высокочувствительных трактов, а иметь уже на входе паразитные наводки уровнем в процент и более - это совсем не то, что хочется от прецизионного качественного прибора.

Долго пришлось с этим возиться. Было найдено, что отнесение трансформатора сильно уменьшает эти наводки и в какой-то момент возникла шальная мысль вынести его за корпус, закрепить на задней стенке и сделать там некий защитный кожух. Но потом обнаружил, что виной всему замкнутый контур шасси прибора, образованный двумя листами алюминия и соединительными стойками. Судя по всему, в нем за счет поля рассеяния возникала некая ЭДС, и, соответственно ток. Пара изоляционных прокладок, чтобы превратить этот "виток" в незамнутый, и почти все эти пики сразу пропали, опустившись под шум.

Другой тип наводок оказался хитрее и коварнее. На низких частотах (200-2000 Гц) сигнал был окружен спадающим рядом пиков, кратным, опять же сетевой частоте. Причем эти составляющие, в отличие от первых, уже были частью сигнала, т.е синхронно с основным пиком уменьшались и увеличивались при переключении аттенюатора.. Причем на некоторых частотах их уровень достигал аж -80 дБ... Казалось бы - обыкновенная модуляция, однако при установке частоты не кратной 50 Гц, выяснилось, что это не так.. Переключение, скажем, с 1000 до 1020 Гц не приводило к тому, что все сдвигалось на 20 Гц - побочные пики оставались на своих местах (!).. То есть как будто в схеме присутствовали некие скрытые резонаторы на частотах 900, 950, 1000, 1050 итд Гц, а основной сигнал возбуждал их, причем чем ближе по частоте, тем сильнее. Попутно выяснилось, что если оставить трансформатор включенным в сеть, а саму схему запитать от внешнего источника, то эффект пропадает, а вот если вдобавок к этому внутренний источник нагрузить на резистор, то все возобновляется. В общем, стало очевидно, что все это - следствие магнитных наводок поля рассеяния, богатого гармониками сетевой частоты (поскольку потребление тока от трансформатора происходит импульсами лишь на вершинах синусоиды)..

Не буду подробно описывать, как с этим боролся, скажу сразу - в целом помог кусок пермаллоя, который пришлось укрыть трансформатор с трех сторон. Еще немного помогла точная подгонка угла поворота этого тора - видимо, он не совсем симметричен, как и его поле рассеяния. В результате эти наводки не совсем пропали, но просели на 20 дБ и даже более, так что их уровень в большиснтве случаев стал на -90-100 дБ ниже оснвновного сигнала.. Наверное, на этом вполне можно остановиться.

Вот так сейчас выглядят внутренности прибора:

Передняя панель:


Измеритель уровня:


Добавлено after 9 hours 39 minutes 56 seconds:
Вот что получается по спектрам.

10 Hz:

30 Hz:

110 Hz:

300 Hz:

1 KHz:

3 KHz:

10 KHz:


По моему, более чем неплохо и всяко достаточно для любых ПРАКТИЧЕСКИХ целей.

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4671580#p4671580"]Долго пришлось с этим возиться.
Не буду подробно описывать, как с этим боролся...[/uquote]Это как раз именно то, о чём я предупреждал:
[uquote="Николай_С",url="/forum/viewtopic.php?p=4658645#p4658645"]Мой опыт НИИОКР подсказывает, что на отладку конструкции уходит львиная доля времени. Потом борьба за электромагнитную совместимость выедает остаток мозга.[/uquote]
________________

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4671580#p4671580"]Наверное, на этом вполне можно остановиться. По моему, более чем неплохо и всяко достаточно для любых ПРАКТИЧЕСКИХ целей.[/uquote] Что ж, поздравляю! Проведена большая работа и получилась интересная тема на форуме в реальном времени.

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4671580#p4671580"]10 Hz:
[/uquote]Вот это уже похоже на реальные значения, определяющие характеристики прибора в целом.

[El-Eng]

Valentin Gvozdev, еще одна отличная работа!

Вот это уже похоже на реальные значения, определяющие характеристики прибора в целом.

Нет. Повышенный Кг на очень низких частотах связан с недостаточной инерционностью АРУ - она пытается регулировать усиление внутри одного колебания. При измерениях с использованием звуковой карты ориентироваться надо на значения Кг в районе одного килогерца.

[Valentin Gvozdev]

Спасибо. Только вот насчет спектра при частоте 10 гц необходимо добавить, что повышенный в 10 раз кни это не случайность. А вполне объяснимый факт, ибо на такой низкой частоте наблюдаются довольно сильные пульсации в шине управления амплитудой. Конечно, можно поставить фильтрующий конденсатор побольше, но тогда донельзя упадет и так невысокое быстродействие петли авторегулировки, и установление режима придётся ждать десятки секунд.

Кстати, в описании г3-118 даются разные нормы на коэффициент гармоник для разных частот. И на самых низах он, если не ошибаюсь, всего 0.05%, то тогда как на килогерцах 0.002. Очевидно, это не просто так. Причем в моем случае все эти нормы выполнены.

[Valentin Gvozdev]

Кстати, обнаружил еще одну особенность автоматического расчета thd в любимой многими программе spectraplus. Особенно это важно при низкмих урвнях гармоник, соизмеримых с шумом. Дело в том, что при расчее программа, похоже, не смотрит, есть ли хоть как-то вовышающийся над шумом пик в расчетном месте той или иной гармоники, или нет. А просто тупо считает уровни во всех точках, кратных по частоте основому сигналу. В результате получается, что если гармоники не видно (а, стало быть, она под шумом и сказать, каков ее уровень, принципиально нельзя), то вместо нее считается просто уровень шума. Понятно, что если коэффициент гармоник относительно высок, все они присутствуют на спектре, то проблем нет. А если, как в моем случае, лишь некоторые гармоники вылезают из шума на 5-10 дБ, то в случае низкочастотных сигналов и широкой полосы обзора/(в которую помещается десяток-другой гармоник, большая часть которых не видна), мы получаем завышенный результат. Иногда довольно значительно завышенный. То-то я думал, почему на 300-500 Гц, даже когда гармоник на спектре почти и не видно, цифра никак не падала ниже 0.002% или около того.

Так что чтобы подсчитать правильно в таком случае, ничего не сотается, как делать это вручную.. Ну или, на худой конец, выбирать такую частоту дискретизации, чтобы в полосу анализа попадали все видимые гармоники и как можно меньше пустой высокочастотной части спектра. Как самый правильный вариант - использовать более совершенную 24-битную звуковую карту с малошумящим входом, что все было видно как минимум до -140 дБ.