Прецизионный НЧ-генератор своими руками

[Valentin Gvozdev]

Проблема в таком построении аттенюатора, как мне видится, следующая. Каждое звено содержит реле обхода. Поскольку все будет управляться галетником, то в моменты переключения у нас будет кратковременное выключение всех ступеней и как следствие - подача полного сигнала на выход. Что, очевидно, недопустимо. В том, что предлагаю я, такой проблемы нет - в момент переключения выход прибора вообще ни к чему не подключён.

[El-Eng]

Это зависит от того, как будет реализован дешифратор. Можно сделать так, что если все ступени выключены (бегунок, в процессе перехода, на подключен ни к одному контакту), то на выход подается максимально подавленный сигнал.

[Valentin Gvozdev]

Верно, если сделать так, чтобы отсутствие тока в обмотке означало бы включение соответствующей ступени, а подача - обход, то так получится. Для 80 дБ с шагом 10 дБ тогда в принципе, хватит набора 10, 10, 20, 40дБ. И 4 реле типа рэс60.

[Николай_С]

На мой взгляд ослабления в -80дБ с помощью одного аттенюатора получить не удастся.
В Г4-151 (ВЧ-генератор) сделан двухступенчатый аттенюатор 0/-60 дБ и плавный 0...-55 дБ. Это связано с невозможностью нормальной развязки между входом и выходом. Конструктивно аттенюатор выполнен в виде алюминиевого фрезерованного корпуса с секциями и механического (кнопочного и галетного) переключателя сигналов управления. Коммутация осуществляется с помощью pin-диодов.
Если будете ставить реле, то используйте герконовые РЭС-42 и/или РЭС-55. Там паразитные ёмкости между контактами сведены к минимуму. Правда, сами реле ненадёжные и после 1000 циклов начинают залипать.

[khach]

На звуковых частотах прекрасно работают декадные трансформаторы. Ослаблять сигналы можно на 5-6 декад с очень высокой точностью. Коэффициент ослабленния определяется только соотношением числа витков.

[SM898]

В Г4-151 (ВЧ-генератор) сделан двухступенчатый аттенюатор 0/-60 дБ и плавный 0...-55 дБ. Это связано с невозможностью нормальной развязки между входом и выходом.

В Г4-151 на частотах 1-20, и выше, МГц нормальная развязка. Свистеть мимо
аттенюатора он начинает с 80-100 МГц, и чем выше - тем сильнее свистит.
И кстати, коммутация там ни разу не на pin-диодах, а на герконах,
махоньких таких, примерно 2*10 мм размером, не помню название.
Pin-диоды 3Д517 там только в АРМ.
Но на НЧ все эти хитропопости совершенно ни к чему. Ну, для успокоения
души можно аттенюатор экранировать жестяным экраном и разделить экран
на два отсека.
У меня на Г3-112 аттенюатор 0-70 дб собран прямо на галетах, без всякой
экранировки между звеньями, только общий цилиндрический экран сверху.
Ничего не просвистывает. При выходе 10 вольт. И до 10 МГц.
И кстати, в моей деятельности, практически никогда не требовалось
большее ослабление, всего один, или два раза цеплял к нему внешний
коаксиальный аттенюатор на 20 дб.
И так как, тот аттенюатор был 50-омный (выход у Г3-112 тоже 50 ом),
общее ослабление получилось 70+20+6 = 96 дб.
ПС. Кстати, в генераторе Г3-33 (любимый генератор, такой тёплый, ламповый,
но очень большой, и жутко тяжёлый, гад), аттенюатор тоже собран на
галетнике, и совсем не экранирован - просто галетник прикручен на
переднюю панель, и всё. А ведь там затухание, как бы не 90 дб (ну, 80 дб
точно есть), и калиброванный выход 30 вольт на 600 ом.

[Николай_С]

[uquote="SM898",url="/forum/viewtopic.php?p=4647956#p4647956"]В Г4-151 на частотах 1-20, и выше, МГц нормальная развязка. Свистеть мимо аттенюатора он начинает с 80-100 МГц, и чем выше - тем сильнее свистит.
И кстати, коммутация там ни разу не на pin-диодах, а на герконах, махоньких таких, примерно 2*10 мм размером, не помню название. Pin-диоды 3Д517 там только в АРМ.[/uquote]
Вполне возможно. Я его не разбирал ни разу, хотя, пользуюсь уже лет 5. Мой экземпляр "свистит" не сильно. Если у приёмника радиостанции хорошая селективность, то порог её чувствительности определяется без труда. Если селективность так себе, вот тут и начинается свистопляска. Например, хвалёная "япономышь" Kenwood TH-78 начинает показывать аномальную чувствительность даже с не подключенным сигнальным кабелем. Гена комплектуется внешним аттенюатором на -20 дБ, но у меня такого нет, поэтому проверить не могу.

[Valentin Gvozdev]

А при чем тут селективность приемника? Может, речь идёт об экранировке, способствующей тому, что приёмник принимает сигнал только через антенный вход, а не всеми частями схемы через эфир?

[Николай_С]

Будем считать, что экранировка - это комплекс конструктивных мер, направленных на повышение селективности.

[Valentin Gvozdev]

Вот примерно нарисовал схему блока аттенюаторов. 4 секции - 40, 20 и 2 по 10 dB. Затухание переключается от 0 до -80дБ, таким образом минимальный уровень сигнала получается около 0.1мВ (при напряжении на выходе выходного усилителя 2 В половина теряется на R3-R4 и далее уменьшается в 10000 раз. При максимальном затухании все реле обесточены, соотвествующий контакт галетника ни к чему не присоединен. Не стал заморачиваться режимом с низкоомным выходом, как в Г3-118 - пусть второй выход, куда подается сигнал до аттенюатора (OUT1) также будет 600-омным.

[Valentin Gvozdev]

И еще один вопрос. В генераторе хотелось бы иметь некий вольтметр выходного сигнала. Но тут возникает проблема - если мы его включим на выход выходного усилителя, то его показания (с учетом положения переключателя аттенюатора) будут верны только тогда, когда нагрузка равна 600 Ом. Что в реальной жизни мало когда встречается. Если нагрузка более высокоомна (что обычно и бывает), то показания этого прибора будут заниженными. Причем чем больше ослабление в атт., тем больше, в пределе до двух раз.

1) Забить на это. И, вероятно, предусмотреть подключение встроенной нагрузки 600 Ом на выход прибора отдельным реле или тумблером. Чтобы при высокоомной внешней нагрузке обеспечить расчетное напряжение на выходе.

2) сгородить сложный милливольтметр-вольтметр с переключаемыми пределами, подключенный на выход прибора и показывающий реально, что там есть.

Какие мысли?

[El-Eng]

Я бы забил на вольтметр вообще. Если генератор будет иметь плавную регулировку выходного напряжения, то можно просто проградуировать шкалу регулятора. Для аттенюатора достаточно возможности подключения встроенной нагрузки. Если же понадобятся более точные измерения, что бывает довольно редко, то можно использовать внешний прибор.

[khach]

Если делать генератор на DDS автономный, то где хранить 24 битные выборки для ЦАП и какой длины делать буфер? Рассчет выборок под заданную частоту как я понимаю надо будет CORDIC делать? Где найти библиотеки 24 битные? И под какой проц все это планировать? понятно что должен быть аппаратный I2S и память хотя бы на два канала.

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4648767#p4648767"]И еще один вопрос. В генераторе хотелось бы иметь некий вольтметр выходного сигнала. Но тут возникает проблема...
Какие мысли?[/uquote]
Третий вариант: подключить вольтметр после плавной регулировки и до аттенюатора. Так сделано в Г4-151 и это очень удобно (правда, не всегда точно).

[khach]

Вольтметр делать с синхронным выпрямлением, два канала, один на выход генератора, второй, такой же- свободный, т.е на отдельный разьем. Синхронное детектирование позволяет получить динамику сигнала, сравнимую с динамикой ЦАП и нечувствительно к наводкам на других частотах.
Нашел схему на R&S UPL- достаточно древний аудио анализатор родешварца. В принципе там все что мне надо, только на 24 бита переделать. Конечно мозги ( процессор и ДСП) современные надо.

[Valentin Gvozdev]

Третий вариант: подключить вольтметр после плавной регулировки и до аттенюатора. Так сделано в Г4-151 и это очень удобно (правда, не всегда точно).

. Собственно, это и есть вариант номер один. В схеме г3-118 регулировка уровня происходит за счёт петли авторегулировки уровня, а не неким потенциометром в тракте. Поэтому включить вольтметр до регулировки физически невозможно. Только на вход аттенюатора. Наверное, стоит предусмотреть и внутреннюю нагрузку, благо это очень несложно.

[Andrey_B]

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=4648797#p4648797"]Если делать генератор на DDS автономный, то где хранить 24 битные выборки для ЦАП и какой длины делать буфер? Рассчет выборок под заданную частоту как я понимаю надо будет CORDIC делать? Где найти библиотеки 24 битные? И под какой проц все это планировать? понятно что должен быть аппаратный I2S и память хотя бы на два канала.[/uquote]
Буфер выборок ЦАП формировать половинками на лету, пока одна половинка передаётся, другая заполняется. Быстро заполнять можно по индексу фазы из опорной, предварительно рассчитанной, таблицы синуса (достаточно четверти периода). Размер этой таблицы можно сократить применением интерполяции. Если влияние интерполяции на формируемый сигнал окажется приемлемым, то предварительно рассчитанная таблица может влезть в какой-нибудь толстый ARM, например STM32H723. Возможно он успеет и без интерполяции брать опорную таблицу из внешней памяти типа W25Q128.

[Valentin Gvozdev]

Ради интеоеса провел небольшой эксперимент. Собрал простейший вольтетр переменного тока (диод ГД507, последовательно с ним подстроечник 47кОм и микроампертметр, шунтированный 100 мкФ). И подцепил все это дело на выход генератора. Установил подстроечник в такое положение, что максимальный сигнал давал полное отклонение стрелки.. И поглядел, не портится ли спектр за счет нелинейной нагрузки. С удивлением обнаружил, что нет - Кг все так же на уровне 0.001-0.002%. Причем даже если уменьшить сопротивление подстроечника раза в 2, зашкалив стрелку, гармоники не растут. При переключении частоты от 1 до 9 Кгц стрелка стоит как вкопанная на одном месте, на других частотах пока не пробовал.. Так что сделать вольтметр выхода, не ушудшающий характеристики генератора, похоже, будет совсем несложно.

Плата аттенюатора уже разведена, так что скоро все будет реализовано.

[khach]

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4648842#p4648842"]Если влияние интерполяции на формируемый сигнал окажется приемлемым, то предварительно рассчитанная таблица может влезть в какой-нибудь толстый ARM, например STM32H723. Возможно он успеет и без интерполяции брать опорную таблицу из внешней памяти типа W25Q128.[/uquote]
В STM=ку не лезет- памяти не хватает. Сейчас смотрю в сторону Teensy 4.0 - там и проц быстрее, и памяти больше и I2S несколько каналов. Но под ардуино ее аудио система только 16 бит тянет, надо будет на bare metal переписывать наверно.

[Valentin Gvozdev]

Итак, неделя и особеннно выходные не прошли даром. Сделана плата блока емкостей, более-менее иочно подобраны конденсаторы, обеспеыивающие минимальный разбег частот на разных диапазонах. Уложился примеоно в полпроцента отклонеия от номиналана всех положениях, что, наверное, более чем достаточно. Интересно наблюдать, как подбор конденсаторов влияет на величину основной гармоники на выходе АРФ, которую он должен подавлять - к сожалению, не всегда ее минимум точно совпадает с генерацией нужной частоты , поэтому приходится идти на небольшой копромисс.


особые проблемы лоставил сасый восокчастотынй диапазон. Генерация шла, однако петля авторегулировки никак не стабилизировалась. Амплитуда сигнала на выходе хатоично дергалась, поэтому ни о каком качестве сигнала не было и речи.. Чего только не перепробовал - все без толку. А потом нашел, что выключение компьютера довольно заметно уменьшает этот странный эффект, хотя и не подавляет полностью. Увы, его БП у меня дает неслабую помеху (на осциллографе видны обрывки синусоиды в ~30 КГц в определенные фазы каждого периода сетевого напряжения), которая, видимо, наводится на провода схемы и постоянно сбивает ее устойчивую раюоту. В результате на экран осциллографа без слез не взглянешь, а спектр сильно уширен.

Лекарство нашлось довольно быстро - стило поместить основную часть макета в экран с низом из фольгированного текстолита, а сверху - из просто кастрюли (!), как ВСЕ это пропало начисто. Синусоида что на 10, что на 99 КГц стоит как вкопанная, спектр узкий, боковых компонент почти нет... Также улучшился спектр и на более низкочатотных диапазонах, где помехи не доводили до срыва режима, но гадили тоже прилично. В общем, понатно, что в рабочей версии надо будет делать хорошее экранирование RC-цепей и всего генераторного блока.




И еще - обнаружил неверное включение одного из подстроечников в цепи обратной связи. Из-за чего толком не регулировалось напряжение на полевом транзисторе. Теперь все регулируется и почти на всех частотах достигается коэффициент гармоник на грани чувствительности звуковой карты.


Теперь на очереди - плата аттенюатора..