Rzecz będzie nie o malowaniu obudowy czy o poprawie koszmarnej jak na dzisiejsze możliwości płyty czołowej.
Generator ten powstał na przełomie lat 80-90 ub. w., a założenia były takie:
- generacja przebiegów o kształtach trójkąta, prostokąta i sinusoidy,
- częstotliwość wyjściowa od 0,1Hz do co najmniej 1MHz,
- możliwość wobulacji sygnałem wewn. i zewn,
- wykonanie na powszechnie dostępnych, popularnych elementach dyskretnych (tranzystory, układy scalone) bez użycia specjalizowanych układów typu XR2206 czy ICL8038, a tak naprawdę – z tego, co „w szufladzie”, czyli z zapasów,
- próba wykorzystania dostępnego w handlu układu scalonego odbiornika linii TTL typu UCY75107.
Pomysł powstał pod wpływem publikacji w „Re” z lat 80-tych ub.w, gdzie dwu- lub trzykrotnie zamieszczano szkice pomysłów na taki generator z użyciem UCY75107, oczywiście niedziałające!
Sam odbiornik linii UCY75107 (SN75107) to dwa niezależne komparatory o wysokiej impedancji wejściowej i czułości, których wyjścia sterują bramkami NAND z możliwością ich strobowania.
Projekt – rok 1988, odpalenie w „pająku” – 1989 i w tej postaci z wynikiem 3MHz pająk poszedł na półkę, gdzie przeleżał do 1994, kiedy znalazłem czas na finał.
Niedawno miałem więcej czasu i naszło mnie, co by troszkę podrasować ten zabytek.
Poniżej schematy ideowe już po wszelkich modyfikacjach.
Generator ten działa na klasycznej zasadzie ładowania i rozładowania kondensatora prądem o stabilizowanej wartości.
Regulacja częstotliwości w każdym zakresie wynosi x11 i jest realizowana przez zmianę Uwe w przedziale 0,182÷2,00V, co przekłada się na prąd ładowania 2÷22mA, i dwukrotnie większy prąd rozładowania 4÷44mA.
Prąd ładowania płynie do kondensatora cały czas, zaś prąd rozładowania jest włączany przez komparator, gdy wykryje on osiągnięcie szczytu napięcia +2,25V, a wyłączany jest, gdy napięcie osiągnie dolny szczyt -2,25V.
Ogólny opis układu: IC1 i IC2a przesuwają Uwe na poziom -5V, inwerter na IC2b i T1 przesuwa Uwe na poziom +5V z odwróceniem fazy, IC3b i T2 to klucz L (ładowania), IC4 i T3 to klucz R (rozładowania), IC5 – komparator, T3-T4 to włączanie/wyłączanie klucza R, IC6 to bufor-wzmacniacz dla przetwornika trójkąt-sinus.
Płyta główna dwustronna (druk malowany lakierem spirytusowym), a na niej cały układ z wyjątkiem układu napięcia sterującego, który w postaci osobnej płytki zamocowałem na zawiasach do tyłu obudowy.
Potencjometr typu helipot 470 ohm/1%, prod. Telpod z licznikiem mechanicznym 1,00÷11,00.
Co zmieniłem:
- zmiana UCY75107 na NE521,
- zmiana kondensatora na zakresie 1Hz -220µF ze zwykłego aluminiowego na tantalowe,
- zmiana ogranicznika diodowego (trójkąt-sinus),
- zmiana IC4 z LM318 na AD8065,
- „dorobiony” zakres 10MHz (przy zwolnionych wszystkich klawiszach zakresów),
- zmiana T5 z 2N2369 na BFR91,
- optymalizacja sterowania T4 (dobór diod w bazie),
- sporo mniejszych zmian – głównie rezystorów (z reguły na mniejsze wartości, co dobrze służy skracaniu czasów) i kondensatorów, zwłaszcza tych kompensujących rezystory.
Efekty:
1. fwy=0,1Hz÷12,9 MHz w 9 zakresach:
- 0,1÷1,1Hz,
- 1÷11Hz,
- 10÷110Hz,
- 100Hz÷1,1kHz,
- 1÷11kHz,
- 10÷110kHz,
- 100kHz÷1,1MHz,
- 1,0÷7,0MHz,
- 3,4÷12,9MHz.
2. Rodzaje przebiegów:
- trójkąt,
- sinus,
- prostokąt,
- TTL,
- piła f = 5÷200Hz, 4Vpp, Rwy=500Ώ.
3. Uwy =±5V (10Vpp) regulowane płynnie i skokowo (tłumik x0,1, x0,01, x0,001), Rwy=47Ώ.
4. Składowa stała ±5V reg. płynnie, podkładana pod sygnał wyjściowy.
5. Możliwość wobulacji sygnału wyjściowego napieciem zmiennym zewn. f=5Hz÷20 kHz, U=+0÷2V (max. 10V).
6. Możliwość wobulacji sygnału wyjściowego napięciem piłokształtnym wewnętrznym f=5Hz÷200 Hz reg. płynnie.
7. Stabilność krótkoczasowa (max. odchyłki fwy w czasie 0,5h po nagrzaniu), w stałej temp. otoczenia:
- dla fwy=1Hz ÷7MHz – nie gorzej niż 0,02%,
- dla zakresu 10MHz (3,4÷12,9MHz) – nie gorzej niż 0,15%,
Największą poprawę dała zmiana UCY75107 na NE521 – na zakresie 1MHz fmax. skoczyła z 4,8MHz na 6,6MHz.
Zmiana IC4 na AD8065 w kwestii fmax. dała niewiele, za to poprawił się kształt sygnału i współbieżność przestrajania fwy z pokrętłem. Układ w obudowie SOIC8 lutowany na podstawce „browndog”.
Największym zaskoczeniem dla mnie była poprawa po zmianie T5 z 2N2369 na BFR91. Leżał on sobie w pudełku, aż się przydał – nie przełącznikowy, a do wzmacniaczy antenowych czy radarów, a radzi sobie tu bardzo dobrze, ale koniecznie z diodą Schottky w złączu B-C.
Opóźnienia wnoszone przez elementy (IC5, IC4, T3÷T5) w jednym półokresie przebiegu, tzn. przy przełączaniu w szczycie napięcia szacuję na ok. 30ns (z pomiarów i obserwacji; jest to bardzo dobry wynik w stosunku do danych katalogowych tych elementów). Dlatego osiągnięty wynik fwy= 7MHz to definitywny kraniec możliwości tego układu i na tych komponentach, gdyż 7MHz oznacza półokres przebiegu 70 ns, gdzie z nastaw (C, I) wynika 40 ns, a opóźnienia to 30 ns.
I dlatego uważam ten wynik za sukces.
Zakres użytecznych częstotliwości (użytecznych z uwagi na zniekształcenia kształtu) rozszerzył się z 10Hz÷1,5MHz do 1Hz÷3MHz, maksymalna częstotliwość wzrosła z 4,8MHz do 7MHz, a nawet do 12,9MHz. Jak widać - ostatni, „dorobiony” zakres umożliwia generację do prawie 13MHz, ale tu i stabilność fwy jest wyraźnie gorsza, i kształt przebiegów. Bardzo duży procentowy udział w nastawach mają tu niestabilne czynniki jak pojemności rozproszone czy opóźnienia wnoszone przez elementy.
Kilka zdjęć przebiegów:
Zdjęcie nr 1 - 100kHz, nr 2,3 - 1MHz, nr 4, 5 - 3MHz.
Niestety, pozbyłem się przyzwoitego oscyloskopu i mogę dać tylko zdjęcia przebiegów zdjętych rosyjskim badziewiem o paśmie 10MHz z ekranem wielkości pudełka od zapałek.
Pozostaje sprawa wzmacniacza na IC6, który ma dwie wady – leciwy LM318 nie radzi sobie z tymi częstotliwościami, a także obciąża źródło sygnału (kondensator główny) swoją impedancją wejściową, nieco deformując kształt sygnału.
Nie bijcie za płytę czołową – powstała w 1994 r.!
Nie znęcajcie się nad lutami - to prototyp – wiecie, ile razy tam zmieniałem elementy? Przelutowywałem, robiłem poprawki, w druku też (cięcie ścieżek i połączenia przewodem).
Niestety, w takim układzie (częstotliwości, pojemności montażowe) nie wszystko da się sprawdzić w pająku.
Współczuję projektantom układów SMD – tam układ musi działać albo idzie do kosza
