Прецизионный НЧ-генератор своими руками

[Valentin Gvozdev]

Кстати, насчёт изменения амплитуда. В оригинальном приборе, насколько я понял, нет никакого измерителя или указателя амплитуды на выходе, кроме положения ручки "уровень". И выходной аттенюатор только до - 60дб, что не позволяет получить малые уровни, необходимые, например для настройки микрофонных усилителей. Наверное, имеет смысл сделать и измеритель, и аттенюатор до - 80дб. Благо на этих частотах это не сложно.

[akl]

В комплекте ЗИП этого генератора есть делитель "1:100"

[add.ocean]

Кг составляет сильно менее 0.01%

я когда-то читал в форумах про доработки Г3-118, включая как переделку схемотехники, так и "аудиофильские" - силовой транс выносили за пределы корпуса в отдельном кожухе из пермаллоя, ОУ ставился лучший, диоды только правильные суперфаст, банки фильтра выпрямителя увеличивали раз так в 100...
чего ради это делалось - Уровень шумов, помех и гармоник в звуковом диапазоне частот ниже -130дБ , то есть 0,0003%

И выходной аттенюатор только до - 60дб

подозреваю что банально удешманили, приложив в комплект прибора пару штук внешних аттенюаторов 20дБ.
в ранней версии Г3-102 был от 10В до 100 микровольт.

[Valentin Gvozdev]

Да, я читал про это.. По мне, так паспортных 0.001% гармоник, или порядка -110dB для второй-третьей меня более чем устроит. Тем более надежно измерять такие уровни уже непросто. А уж услышать и вовсе невозможно. Посмотрим, что получится в итоге. Транс сетевой, скорее всего тороидальным будет.

[Pilot-by]

[uquote="Николай_С",url="/forum/viewtopic.php?p=4643116#p4643116"]А чего там глядеть? Знамо дело, в лучшем случае получится ГЗ-118, только слегка модернизированный.[/uquote]

А на Ваши работы можно поглядеть? Или они все "на словах"?

[Valentin Gvozdev]

Итак, плата блока стабилизатора амплитуды протравлена, просверлена и уже запаяна половина компонентов.. Так что очень скоро будет запуск всей схемы и, как водится в таких случаях, много чего интересного.

В комплекте ЗИП этого генератора есть делитель "1:100"

Я в курсе.. Но хочется, чтобы максимальный функционал был в одном корпусе, без дополнительных приблуд. Тем более, что тут не должно быть особых проблем, это не на десятки мгц аттенюатор на 120дБ делать, что крайне нетривиально.

[Динозавр]

Valentin Gvozdev, ---тут не должно быть особых проблем---
Помехозащита кабеля (длинного) при уровне сигнала -80дБ и 0.001% гармоник должна быть близка к идеальной.
Выносная головка делителя кошернее.

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4643166#p4643166"]Кстати, насчёт изменения амплитуда. В оригинальном приборе, насколько я понял, нет никакого измерителя или указателя амплитуды...[/uquote]
Тогда уж не "амплитуды", а "амплитудОв".
А как по-Вашему в абсолютных значениях "ВольтОв" будет выглядеть -60 дБ? А -80 дБ?

[Valentin Gvozdev]

В общем, все заработало! После устранения ощиблк, вызванных в основном некорректными схемами Г3-118 в журнальной статье из "Радиокомпонентов", вычисления и замены несиправных транзисторов все получилось. Спекстры сняты при максимальной выходной амплитуде (10 В) через аттенюатор. В целом, коэффициент гармоник в раойе 0.001% достигнут. Особенно на него влияет положение R16, а также настройка компенсатора гармоник, подмешивающего сигнал с выхода АРФ на вход выходного усилителя. При уменьшении выходного уровня гармоники еще немного проседают.

Пока все выгляит вот так:

[Прист]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4644891#p4644891"]коэффициент гармоник в раойе 0.001% достигнут.[/uquote]
что бы измерить гармоники под -110 dBc у Г3-118 используется целый обряд; да и в современной жизни это не так просто
что у вас дало такой удивительный результат? аудиокарта с софтом анализатора спектра?

[Valentin Gvozdev]

Именно так. Причём это простая звуковая карта, встроенная в матплату компа. В хорошей внешней возможностей больше, там и частота дискретизации не 44 кГц, как тут, и разрядов у АЦП поболее, и шумов меньше. Тут же подобные измерения уже почти на грани, так как приходится следить за тем, чтобы уровень на входе не превышал порога начала искажений в самой зк. Причём наступают они до начала переполнения АЦП.

[Николай_С]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4644988#p4644988"]Причём это простая звуковая карта, встроенная в матплату компа.[/uquote]
Ничего не понимаю. (с)
Стандартные встроенные в МВ звуковые кодеки имеют разрядность 16 бит. Это означает, что минимальное напряжение, которое можно измерить таким АЦП при входном напряжении 1 В равно разрядности одного шага, т.е. 62,5 мВ. Вы же измеряете коэффициент гармоник с точностью до 10 мкВ. Как такое возможно?
С частотой дискретизации ещё бОльшие непонятки.

Добавлено after 1 minute 3 seconds:
[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4644891#p4644891"]Пока все выгляит вот так:
[/uquote]Теперь осталось всего ничего - запаковать всё в корпус и изготовить панель управления. Делов-то...

[SM898]

Это означает, что минимальное напряжение, которое можно измерить таким АЦП при входном напряжении 1 В равно разрядности одного шага, т.е. 62,5 мВ.

С чего это такие выводы? Даже при 12 битах минимальное разрешение
чуть меньше милливольта (относительно 1 вольта).
А при 16 битах - разрешение около 30 мкв. А ещё в программах анализаторов
спектра есть разные окна, всякие усреднения, к тому же, они умеют измерять
не во всём широком диапазоне, а в узких полосах частот, что очень сильно
снижает отношение с/ш, и потом сводить все эти измерения вместе.
Так что, хоть и на грани, при такой разрядности, но при некоторых плясках
с бубнами, думаю, всё же можно такое намерить.

Стандартные встроенные в МВ звуковые кодеки имеют разрядность 16 бит.

В моём нетбуке "Fujitsu", которому больше 12 лет, встроенная звуковуха "Realtek"
имеет разрядность 24 бита, и 96 кГц частоту семплирования. Я в своё время
ею измерял соотношение сигнал/шум чуть более 130 дб.
А ещё у меня есть USB ЗК в виде свистка, но не такая, каких полно на АЛИ
по доллару за штуку, монофонических, 16-битных. Эта стоила $17,5,
и она стерео, по входу и выходу, 24 бит и 192 кГц. С ней у меня
получалось чуть лучше 140 дб шумовой пол. Всё это мерилось
в программе Шмелёва "Discrete Acoustics Lab".

[Valentin Gvozdev]

Я постараюсь найти хорошую статью на этот счёт. Но то, с о при спектральном анализе динамический диапазон измерений может быть шире, чем просто два в степени количества разрядов, это бесспорно. Та же оса103, имея на борту всего 8 битный ацп, вполне себе рисует спектры с диапазоном 70 дБ и более. А если включить максимальное разрешение и усредненте, то и более. Хотя 8 бит это всего 256 отчётов, что даже до 50 дБ не дотягивает. Вроде бы утверждение о том, что имея АЦП с дискретностью по амплитуде, скажем 1 мВ, нельзя видеть сигналы менее этого значения, верно только в том случае, если этот сигнал единственный на входе. Без других сигналов на других частотах и бнз шума тоже. Тогда да, АЦП стабильно будет выдавать нули по всем разряда. В реальной ситуации такого обычно не бывает.

[Николай_С]

[uquote="SM898",url="/forum/viewtopic.php?p=4645149#p4645149"]

Это означает, что минимальное напряжение, которое можно измерить таким АЦП при входном напряжении 1 В равно разрядности одного шага, т.е. 62,5 мВ.

А при 16 битах - разрешение около 30 мкв.[/uquote]
Вы абсолютно правы, это я ошибся в расчётах. Но тем не менее, точность измерения в 3 раза хуже, чем измеряемый параметр. Вопрос актуален.
[uquote="SM898",url="/forum/viewtopic.php?p=4645149#p4645149"]А ещё в программах анализаторов
спектра есть разные окна, всякие усреднения, к тому же, они умеют измерять
не во всём широком диапазоне, а в узких полосах частот, что очень сильно
снижает отношение с/ш, и потом сводить все эти измерения вместе.[/uquote]А при чём тут это? Я не рассматриваю частотный диапазон проводимых измерений и шумовые характеристики измерителя. Речь исключительно о дискретизации по амплитуде сигнала.

[uquote="SM898",url="/forum/viewtopic.php?p=4645149#p4645149"]В моём нетбуке "Fujitsu", которому больше 12 лет, встроенная звуковуха "Realtek" имеет разрядность 24 бита, и 96 кГц частоту семплирования. Я в своё время
ею измерял соотношение сигнал/шум чуть более 130 дб.[/uquote]У Вас специализированный для работы с аудио бук. Обыкновенный домашний комп для точных измерений требует дополнительную звуковую карту с большей разрядностью.

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4645153#p4645153"]Я постараюсь найти хорошую статью на этот счёт.[/uquote]Было бы здОрово.

[Valentin Gvozdev]

Что абсолютно точно, так это то, что шумовой пол спектроанализатора на основе БПФ зависит от разрешения ( количества точек) и параметров усреднения. Чем больше точек, тем детальнее спектр и тем ниже шумовой пол. Соответственно, при прочих равных, повышая разрешение, можно вытащить из шума все более малоинтенсивнве компоненты спектра. Физически это понятно - чем больше точек, тем более узкий участок спектра приходится на каждую из них. Соответственно и шума в него попадает меньше. Чем больше усреднения, тем также выше соотношение сигнал/шум. Ибо сигналы складываются линейно, а случайные шумы - пропорционально корню из числа слагаемых.

[Прист]

[uquote="Valentin Gvozdev",url="/forum/viewtopic.php?p=4644988#p4644988"]Именно так. Причём это простая звуковая карта, встроенная в матплату компа.[/uquote]
оно так не работает ; даже SpectroPLUS со своим железом и софтом собственные гармоники оценивают в 0,002%; а вы намерили у генератора 0.001%
так что мешало еще пару нулей приписать? было бы еще красивее

[Asmodey]

Существуют достаточно точные средства оценки малых значений нелинейных искажений в любительских условиях. Но это определенно не звуковая карта с программой. Я вообще не представляю как можно что-то измерить, когда по общему проводу соединенного с компьютером устройства адские помехи бегают.

[El-Eng]

... даже SpectroPLUS со своим железом и софтом собственные гармоники оценивают в 0,002%; а вы намерили у генератора 0.001%

И что? Какое у них железо? Если это - 16-разрядный DDS, то у него теоретический уровень шума -98 дБ, т.е. 0.0013%. Конечно, искажения в 0.002% говорят о высоком качестве ЦАП. Но такой уровень искажений - совсем не предел для аналогового генератора. Хоровиц-Хилл (3-е издание, стр. 437-438) с ходу получили такое значение от своего генератора с мостом Вина, а после подстройки добились уровня 0.0002%.

[add.ocean]

Valentin Gvozdev,

вообще, распространенным аксессуаром ГНЧ является режекторный фильтр, который очень полезен как для измерения искажений иссследуемого например УНЧ, так и самого генератора.
вот схема и вид на монтаж. двойной Т-мост, частоты фиксированы и выбираются переключателем, резистором настраивается максимальное подавление первой гармоники.

Я пользовался таким, подавляет 1-ю раз примерно в 50-100 (по памяти, могу чуть ошибиться, было несколько лет назад). Вне узкой полосы режекции, подавление небольшое, постоянное и может быть легко измерено и учтено.

Можно поставить и два таких фильтра последовательно. Я именно так и делал и наблюдал на экране осциллографа искажения без 1-й гармоники, при соотношений искажений 0,1%, т.е. 1:1000. Удалось настройкой с визуальным контролем снизить искажуху простейшего УНЧ с 1% до 0,1%.

--------------------------------------------

Теперь про АЦП. 24 бит 96кГц, да еще 7.1, и все это за доллар - это очень давно уже общее место. RTL на многих материнках по умолчанию, и на отдельных карточках тоже . Дешман там конечно, кроме чипа зачастую обвязки почти нет, но, 24 бит.
https://www.realtek.com/Product/Index?i ... ate_id=194
https://www.realtek.com/Product/Index?i ... ate_id=195
Надо ли столько для музыки, все равно помехи от компьютера, это второй вопрос, но оно есть.

К оцифрованным данным применяется (математически, в цифре) фильтрация по полосе и усреднение по времени. Условно говоря, на входе есть шум, его усредненное напряжение за 10 секунд в полосе 2000+-10Гц равно 0,00500В. Подали + к шуму сигнал с искажениями, который надо исследовать, 2-я гармоника 2000Гц, сумма сигнала и шума стала 0,00505В. Физически, величина меньше младшего разряда фиксируется благодаря тому, что на пороге с шумом бит, скажем, 1000 раз переключится, 1000 раз не переключится. А с шум+гармоникой, уже 1010 раз переключится, 990 раз - нет. Там высшая математика и все доказывается как математически так и реальнвми физическими измерениями. Это я на пальцах написал, вижу что есть у некоторых сильное желание оспорить все, не понимая, а доказывать зачем, доказывают пусть другие...

И по битности. 16 бит это значения от 0 до 65535. Относительно 1В, младший бит равен 1/65535=15мкВ. 24 бит это от 0 до 16 777 215. 1/16777215=60нановольт
ну и не забудьте, опять, что если у чипа отношение сигнал/шум 95дБ (а в реальной схеме и 60дБ), то это в полосе 20-20000Гц. Как только мы применили узкий цифровой фильтр, скажем шириной 20Гц, С/Ш резко станет лучше. И флуктуации измеренного напряжения RMS, опять таки, усредненные за длительное время, будут весьма малы.