Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Lifting generatora funkcyjnego

marekzi 08 Aug 2011 19:27 12178 12
  • Lifting generatora funkcyjnego
    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.

    Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego

    Niedawno miałem więcej czasu i naszło mnie, co by troszkę podrasować ten zabytek.

    Poniżej schematy ideowe już po wszelkich modyfikacjach.

    Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego



    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:

    Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego Lifting generatora funkcyjnego

    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 :D

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    marekzi
    Level 38  
    Offline 
    Has specialization in: elektronika analogowa, zasilanie
    marekzi wrote 2651 posts with rating 266, helped 470 times. Live in city Tarnów. Been with us since 2008 year.
  • #2
    Thunderacer
    Level 17  
    Jak na lata powstania i związane z tym problemy z dostępnością podzespołów na rynku, to projekt bardzo udany. Robi wrażenie ten laminat. Ścieżki pewnie prowadziłeś strzykawką z igłą?
  • #3
    marekzi
    Level 38  
    Tak, strzykawka. To widać?
    @eurotips; - chyba nie przeczytałeś całości - wiem, tekst jest długi.
    Poza tym częstościomierz 100MHz/1GHz stoi obok na półce.
  • #4
    Thunderacer
    Level 17  
    eurotips wrote:
    A sam projekt: no cóż, ATMega też pewno dałoby się zrobić na samych tranzystorach i układach TTL, tylko po co?


    Sam sobie odpowiedziałeś - "tylko po co?"

    marekzi wrote:
    Tak, strzykawka. To widać?


    Nie rzuca się to w oczy, ale znam technologię tamtych lat. Jedną płytkę wykonałem tą metodą, z powodu chwilowych problemów z dostępnością markera olejnego.
    Każdy, kto wykonał w życiu choć jedną płytkę bez pomocy zaawansowanych programów wspomagających projektowanie i sprawdzanie poprawności projektu, doceni Twój wkład pracy w wykonanie tego generatora. Pomijam utrudniony dostęp do informacji, bo wówczas Internetu zapewne nie miałeś.

    Zastanawia mnie jedynie zastosowanie LM317 do stabilizacji 5V. Dla ułatwienia mogłeś zastosować 7805.
  • #5
    marekzi
    Level 38  
    Pierwotnie był tam zwykły 7805, i płytka była do niego zrobiona, później to zmieniłem - na zdjęciu widać oporniki 237 i 715 ohm wlutowane od strony druku.
    Na etapie uruchamiania zorientowałem się, że 7805 ma za słabą stabilizację i LM317 będzie lepszy - zwłaszcza stabilizację pod wpływem nagrzewania (a pobór prądu wynosi tam ok. 100 mA i układ nagrzewa się trochę). A od stabilności tego napięcia zależy Uwe (regulacyjne) i wartości napięć odniesienia na wejściach komparatora.
    Możliwe odchyłki napięcia -5V są bez znaczenia przez zastosowanie IC1 - odwraca on napięcie -5V podawane do sumowania z Uwe, co powoduje przesuniecie Uwe na poziom -5V bez obaw o niestabilność -5V.
    O, tak, internetu wtedy nie miałem - był w powijakach. Ba - elektrody chyba nawet też nie było wtedy. Wszystko trzeba było samemu, posiłkując się książkami i czasopismami.
  • #6
    Thunderacer
    Level 17  
    marekzi wrote:
    Pierwotnie był tam zwykły 7805, i płytka była do niego zrobiona.
    Na etapie uruchamiania zorientowałem się, że 7805 ma za słabą stabilizację i LM317 będzie lepszy - zwłaszcza stabilizację pod wpływem nagrzewania (a pobór prądu wynosi tam ok. 100 mA i układ nagrzewa się trochę). A od stabilności tego napięcia zależy Uwe (regulacyjne) i wartości napięć odniesienia na wejściach komparatora.

    O, tak, internetu wtedy nie miałem - był w powijakach. Ba - elektrody chyba nawet też nie było wtedy. Wszystko trzeba było samemu, posiłkując się książkami i czasopismami.


    Dziękuję za wyczerpującą odpowiedź. Fakt, Internetu nie było, ale za to książki i własna praca skuteczniej utrwalały wiedzę i umiejętności.
    pozdrawiam
  • #7
    kamiljus
    Level 14  
    Robi wrażenie, spory poziom zaawansowania jak na DIY tamtych czasów.
    Trochę nie na temat: Napisałeś, że LM317 ma lepszą stabilizację od 7805, już się kiedyś z tym spotkałem... skąd to wiadomo, z czego to wynika?
  • #8
    marekzi
    Level 38  
    Popatrz w datasheet tych układów.
    Maksymalne odchyłki Uwy od Uwe kilkakrotnie mniejsze ma LM317.
    Podobnie jak i Uwy od temperatury.
    Zresztą wiem to z praktyki - układy 78xx/79xx to popularna masówka z bardzo przeciętnymi parametrami stabilizacji. LM317 jednak jest trochę lepszy.
  • #9
    eurotips
    Level 38  
    marekzi wrote:
    ...
    Zresztą wiem to z praktyki - układy 78xx/79xx to popularna masówka z bardzo przeciętnymi parametrami stabilizacji. LM317 jednak jest trochę lepszy.


    No kiedyś jak te układy robiła jeszcze CEMI to działy się różne rzeczy i nie dziwi ucieczka na LM317, dzisiaj wyciągam całe pudełko 7805 i wybieram te ze znaczkami ST, Motoroli i NEC, tu do parametrów czasowych nie można się czepiać chociaż większość pochodzi z demontażu.
    A z drugiej strony to nie ma sensu kupować nowego LM317 to to badziewie z Chin, jak nie znajdziesz wyluta to nowy będzie miał gorsze parametry od 7805.

    Co do źródła napięcia odniesienia, leniuch z Ciebie i tyle, przy tej modernizacji mogłeś dołożyć jak nie REFxx to chociaż TL431
  • #10
    Thunderacer
    Level 17  
    eurotips wrote:
    No kiedyś jak te układy robiła jeszcze CEMI to działy się różne rzeczy i nie dziwi ucieczka na LM317, dzisiaj wyciągam całe pudełko 7805 i wybieram te ze znaczkami ST, Motoroli i NEC, tu do parametrów czasowych nie można się czepiać chociaż większość pochodzi z demontażu.
    A z drugiej strony to nie ma sensu kupować nowego LM317 to to badziewie z Chin, jak nie znajdziesz wyluta to nowy będzie miał gorsze parametry od 7805.


    Cemi nie produkowało 78xx, tylko serię UL75xx, która w obudowach TO3 nie odbiegała parametrami od zachodnich konkurencji. Te z Twojego wylutu, zapewne też pochodzą z Chin, albo Malezji. Nie ma co się zbytnio podniecać ich jakością, bo to też trochę mit.
  • #11
    marekzi
    Level 38  
    Tak jak pisze Thunderacer. O ile pamiętam - CEMI robiło tylko 7512 i 7505 (a może jeszcze 7524?)
    W częstościomierzu mam UL7505 w obudowie TO-3 i sprawuje się bardzo dobrze. I to jest jeden z obszarów zastosowania tych tanich, prostych i niezbyt dokładnych układów - cyfrówka. Tam, gdzie odchyłki napięcia rzędu 0,1V są bez znaczenia.
    A parametry stabilizacji 78xx i LM317 porównaj sobie u np. Fairchild-a - to jest synonim dobrej jakości.
    Jak piszę wyżej - stabilność LM317 kilka razy lepsza, i całkowicie wystarczająca do tego celu. Dlatego tu nie było sensu nic zmieniać (LM317 był wstawiony w 1994 r, więc był jeszcze nie z tych badziewnych), tym bardziej że jakiekolwiek przeróbki wiązałyby się z problemami z płytą drukowaną - jak? - wlutowywać małą płytkę na kołkach? - i jak sam pisałeś - "po co?"
  • #12
    Ptolek
    Level 36  
    LM317 ponoć ma też mniejsze szumy (tu to akurat nieistotne).
    Jestem pod wrażeniem konstrukcji, faktycznie sporym wyzwaniem mogło być zdobycie informacji no i ten projekt płytki (może napiszesz krok po kroku jak zaprojektować tak dużą płytkę na papierze?).
    Widzę (na schemacie), że nawet trafo było przewinięte, i to TWOP :D
    Panel przedni schludny i elegancki, te drukowane na drukarce i laminowane są kiczowate ;p
    Klasa izolacji po stronie 230V mogłaby być chyba lepsza, chociaż nie widać za dobrze.
    Jedyna rzecz, która mi tu nie pasuje, to ta regulacja składowej stałej po stronie masy. Może to powodować komplikacje, gdy łączymy kilka urządzeń poprzez masę. Ale jedynym wyjściem z sytuacji byłaby regulacja np. poprzez zmianę napięcia na bazie T5 (co znacznie uprościłoby układ), niestety spowodowałoby to znaczne zmniejszenie dopuszczalnej amplitudy napięcia przy skrajnych nastawach. Na ten ostatni problem lekarstwem mogłoby być zwiększenie napięcia zasilania wzmacniacza wyjściowego. Zastanawiałeś się jak jeszcze można to zrobić?
  • #13
    marekzi
    Level 38  
    Zdobycie informacji - jedyne co zdobyłem to owe informacje n/t UCY75107 z Re o czym piszę w temacie, resztę dłubałem sam. "Zainspirowany" tym, zacząłem projekt, który coraz bardziej mi sie podobał w miarę pokonywania problemów, uruchamiania kolejnych fragmentów. I potem żal mi było tu rzucić niedokończone. Dlatego ukończyłem.
    Moim sposobem było rysowanie połączeń ołówkiem (i gumką hehe) na kalce technicznej (widać dwie warstwy i nie zdziera się od gumki). Problemem przy takiej płycie była nie tylko optymalizacja połączeń, ale i zasilanie (mV grały rolę), i dopasowanie wejść/wyjść do wszelkich regulatorów (gniazda, potencjometry).
    Kilka razy się cofałem, jak pamiętam i robiłem zmiany. A już po napunktowaniu pierwszej warstwy na laminacie zorientowałem się, że zrobiłem płytkę w odbiciu lustrzanym ( w tym sensie, że gniazda miały być z prawej strony, a potencjometr z lewej). Musiało tak zostać.
    Jeden problem z tym układem nie istniał - nie zachowuje się jak klasyczny generator (warunek wzmocnienia i fazy), który może nie działać, czy się dziko wzbudzać. Wystarczy zapewnić warunki pracy wzm. operacyjnych (odsprzężenie zasilania) i musi działać bez żadnych niespodzianek. A wiem co mówię, bo sporo modyfikacji tu robiłem. I tylko z THS4631 poległem - bardzo kapryśny wzmacniacz, podatny na wzbudzenia. A AD8065 - bardzo niewymagający.
    Tak, trafo przewijałem, gdzieś nawet się poniewiera mini - nawijarka z licznikiem.
    Napisy na panelu pisane na maszynie do pisania (zwykłą mechaniczną) na papierze kredowym, poprawione rapidografem tuszem kreślarskim.
    Po stronie 220V wszystko jest jak Bozia przykazała - kabel w podwójnej izolacji, zaciążka plastikowa, koszulki izolujące. Tylko pola lutownicze na trafie nieizolowane.
    Co do składowej stałej - masz rację że to może być problem, ale dość chyba teoretyczny. Ten sposób z napięciem bazy T5 nic albo i niewiele by pomógł, bo przecież robiąc połączenia mas nadal robiłoby się zwarcie, tyle że przez opornik 47 ohm. No i trzeba by zwiększać napięcie zasilające o kilka woltów.
    Problem raczej teoretyczny, mnie się nie przydarzył. Może dlatego, że ta składowa stała rzadko przydatna jest - to taki "kwiatek do kożucha" i przyznam że zrobiłem to trochę z rozpędu, bo sposób ten był bardzo prosty i działa bezbłędnie. A tranzystory BD13x tam są nie bez powodu.