$2 za prototyp PCBs
Warsztatowy generator funkcyjny z regulacją częstotliwości od 0Hz do ponad 400kHz, regulacją amplitudy, składowej stałej, wypełnienia, oraz oczywiście wyboru funkcji przebiegu – prostokąt, trójkąt, oraz sinus. Generator oparty o poczciwy generator scalony ICL8038 który do zastosowań amatorskich daje wystarczająco dobre przebiegi. Układ ten został zaprojektowany nieco odmiennie niż nakazywała by nota katalogowa ICLa czy inne podobne konstrukcje. Przetestowałem różne konfiguracje z różnymi peryferiami i wybrałem tę najlepszą – tak aby uzyskać dobre przebiegi przy 400kHz. Niektórych elementów się pozbyłem, dodałem własne rozwiązania. Obydwie kostki które mam oscylują do około 420-430kHz, i praktycznie do takiej częstotliwości można je rozpędzać uzyskując dobry przebieg.
Największą bolączką tych scalonych generatorów jest silne zniekształcanie przebiegu sinusoidalnego na wyjściu pin 2 przy częstotliwościach powyżej 100kHz – dla tego większość rozwiązań opartych o ten układ ma tak lub podobnie ograniczoną częstotliwość. Tutaj ten problem obszedłem poprzez nie obciążanie wyjścia przebiegu prostokątnego z pinu 9 (otwarty kolektor który trzeba podciągnąć do zasilania). W jakiś sposób jakość innych przebiegów jest uzależniona od tego pinu. Rezystor podciągający jest załączany dopiero wraz z przełączeniem wyjścia na prostokąt – tym samym z resztą przełącznikiem. Pozbyłem się również zalecanego w nocie potencjometru 10M do „poprawy” przebiegu. Jak się okazało tylko on tam przeszkadzał, i dodawał charakterystyczny dziobek na szczycie górnej połówki sinusa.
Wyjście prostokąta z pinu 9 w trybie otwartego kolektora normalnie nigdy nie będzie w stanie dać przebiegu prostokątnego przy takich częstotliwościach. Zbocze narastające uzależnione jest wyłącznie od wspomnianego rezystora podciągającego i narasta bardzo wolno. Jeśli by dać zbyt mocny rezystor, to z kolei zbocze opadające będzie słabe bo wewnętrzny tranzystor będzie zbyt mocno obciążony. Tutaj przebieg prostokątny poprawiłem przy pomocy komparatora tak aby zbocza były jak najbardziej strome, strome na ile oczywiście pozwoli zastosowany komparator. Widoczny na schemacie LM393 o czasie reakcji 1.3µs został zastąpiony komparatorem LM293 o czasie reakcji 300ns – przy 400kHz prostokąt jest akceptowalny, ale dobrze będzie zastosować jeszcze szybszy model.
Amplituda sygnałów niestety nie jest równa na każdym przebiegu, testy pokazały że próbując dopasować sygnał zwykłymi dzielnikami R/R wierzchołki przebiegów będą bardzo zniekształcone (prostokąt i trójkąt zaokrąglone) – także zrezygnowałem z takich dzielników. Przy zasilaniu układu ICL napięciami +-12V, daje on przebiegi o napięciach VPP:
Sinus = 0.22 * VCC
Trójkąt = 0.33 * VCC
Prostokąt = 0.9 * VCC
Przy czym ten ostatni nas nie dotyczy bo wpada on na wejście komparatora zasilanego napięciami +-5V, dającym na wyjściu sygnał o wartości równej niemal swoim napięciom zasilania, załóżmy że jest to 9,5VPP (peak to peak). Ponieważ napięcie wejściowe dla komparatora posiada większą amplitudę niż jego napięcia zasilania, zdecydowałem się podać je przez zwykły rezystor ograniczający jego prąd. Tutaj, potencjometrem włączonym jako źródło napięcia porównującego dla komparatora, należy ustawić takie samo wypełnienie sygnału jakie zostało ustawione dla ICLa. Sygnał sinusoidalny pochodzący z ICL ma 5,28VPP, a trójkątny 7,92VPP – więc rozrzut nie jest tak duży. Tutaj mała uwaga, skala potencjometru amplitudy może mieć tylko funkcję ozdobną lub można dopasować ją tylko do jednego przebiegu. Zastosowanie dzielników R/R zaokrągla trójkąt i praktycznie całkowicie niszczy prostokąt zamieniając go w trapez lub gorzej – wybór należy do Was.
Tak otrzymane przebiegi trzeba podać jeszcze na wzmacniacz operacyjny który umożliwi nastawy amplitudy oraz składowej stałej. Widoczny na schemacie TL072 (3MHz i Slew Rate na poziomie zaledwie 13V/µs) to absolutne minimum które się nadaje do takiego układu. Przebiegi trójkątne i sinusoidalne będą przeniesione w miarę ładnie, ale o prostokącie możemy zapomnieć. Testowałem również wzmacniacz NE5532 i wypada on znacznie gorzej (10MHz i 8V/µs slew rate). A LM358 nie ma co sobie zawracać nawet głowy. W tym przypadku użyłem wzmacniacza o symbolu LM6172 (100MHz i 3000V/µs) który radzi sobie świetnie – przenosi taki prostokąt jaki dostał z komparatora i umożliwia przy tym pełną regulację. Jego pierwsza połówka pracuje w roli wtórnika, tak aby druga pracująca w roli wzmacniacza nie obciążała swoim wejściem sygnałów z ICL bo te są bardzo „delikatne”. Zasilanie tego wzmacniacza z +-12V umożliwia uzyskanie regulacji amplitudy od 0V do 22V. Dodanie do układu regulacji składowej stałej w taki sposób w jaki zostało to zrobione wprowadza jedną niedogodność – przebiegi (a w szczególności prostokąt) o bardzo niskich częstotliwościach (poniżej 100Hz) będą obarczone efektem rozładowywania się kondensatora wspomagającego potencjometr regulacji składowej stałej. Na schemacie jest to 10uF bipolarny, w razie możliwości można dać większy aby zmniejszyć ten efekt.
Do budowy urządzenia wykorzystałem również inny mój projekt, miernik częstotliwości na avr który dopełnia całość i umożliwia wykonanie nastawy przebiegu bez użycia zewnętrznego miernika czy oscyloskopu. Płytka generatora umożliwia przyłączenie takiego miernika, dostarczając mu napięcia zasilania oraz sygnału do pomiaru. Sygnałem tym zajmuje się druga połówka wcześniej wspomnianego komparatora, która pobiera sygnał zza przełącznika przebiegu, i wytwarza sygnał prostokątny o napięciach +-5V którego potem dolna połówka jest obcinana zwykłą diodą 1N4148 do poziomu -0,7V. Taki sygnał jest podawany na miernik, którego pin wejściowy AVR akceptuje takie sygnały.
Zasilacz zawarty na płytce wytwarza napięcia +5V oraz -5V dla komparatora i miernika częstotliwości, oraz +12V i -12V dla układu ICL8038 i wzmacniacza operacyjnego. Podczas uruchamiania układu należy się upewnić czy miernik częstotliwości za bardzo nie obciąża gałęzi dodatniej zasilacza nie powodując spadku napięcia na tyle, że za stabilizatorami 7805 lub 7812 będą występować spadki w postaci uciętych połówek sinusoidy sieciowej. Gdyby tak się stało, należy zwiększyć pojemność głównego kondensatora filtrującego lub użyć mocniejszego transformatora. Transformator oczywiście o napięciach minimum 2x14V aby umożliwić poprawną pracę stabilizatorom 7812 oraz 7912.
W tym artykule opisałem jak zrobić przedni panel do obudowy, a w załączniku oprócz płytki drukowanej znajduje się też gotowy do wydrukowania projekt przedniego panelu w formacie PDF, przystosowany do obudowy Z1A. Z powodu pewnych ograniczeń programu w którym panel ten projektowałem, skale potencjometrów przedstawiają pełne zakresy regulacji, np wypełnienia od 0% do 100%, gdzie układ takiej regulacji nie osiąga. W szereg z potencjometrami można próbować dodać rezystory tak aby jak najbardziej dopasować wskazania ze skali do stanu faktycznego – ja się w to nie bawiłem. Regulacja wypełnienia odbywa się w zakresie od około 5-10% do około 90-95%, jest nieliniowa, a regulując w dolnej połówce układ zmniejsza częstotliwość swojej oscylacji o rzędy wartości – jest to wada lub sposób działania układu ICL8038. Skale potencjometrów składowej stałej, amplitudy, oraz częstotliwości odzwierciedlają w miarę dokładnie stan faktyczny.
Układ elektroniczny został osłonięty blaszanym ekranem aby zminimalizować nań wpływ pola elektromagnetycznego z transformatora oraz przewodów sieciowych. Sam układ ICL zmienia swoją częstotliwość oscylacji zależnie od temperatury, więc po włączeniu generatora należy odczekać około dwóch minut aż wszystkie elementy się nagrzeją do swoich temperatur roboczych i dopiero wtedy dokonywać dokładnej regulacji częstotliwości. Przykładowo, przy zimnym układzie i nastawie na 400kHz, po rozgrzaniu częstotliwość spada o około 1-2 kHz. Po ustabilizowaniu się częstotliwość potrafi lekko pływać (winny układ ICL), ale nie powinna się zmieniać w czasie. Z tego też powodu odradzam aktywne chłodzenie obudowy – w mojej obudowie przepływ powietrza przy płytce praktycznie nie istnieje, a stabilizator 7805 (z racji obciążenia go miernikiem częstotliwości) potrafi się dobrze zagrzać – myślę że to nawet pomaga w ustabilizowaniu temperatury.
W swojej wersji dodałem także tryb wejścia dla miernika, po przełączeniu przełącznika wyboru zakresu na tryb wejścia, na złącze wyjściowe można podać zewnętrzne sygnały do pomiaru, a oscylacje samego ICLa zostają zatrzymane aby nie wprowadzać błędu. Należy podać sygnał o minimalnym napięciu 0V-3V – taki sygnał jest w stanie mierzyć miernik. Sygnał może być większy, zostaje on dopasowany przez te same elementy które dopasowują go po wyjściu z komparatora. Grafika w załączniku dokładnie obrazuje podłączenie przełączników, w tym przypadku użyłem dwóch obrotowych, 2 x 6 pozycji każdy. W roli złącza wyjściowego na zdjęciach widać „pozłacane” złącze RCA, jest to tymczasowe złącze, ponieważ zamówione przeze mnie gniazda BNC przyszły z dużym opóźnieniem.
Jeśli chodzi o koszta, naprawdę ciężko powiedzieć bo jak to amator z takim stażem, to sporo gratów miałem. Wydałem może z 25zł na obudowę, przełączniki, potencjometry, i gałki - na nich nie chciałem oszczędzać. Sam układ generatora oraz garść komparatorków do przetestowania otrzymałem od forumowego kolegi mlassota którego to serdecznie z tego miejsca pozdrawiam
Generatora używam od kwietnia i wszystko jest w jak najlepszym porządku, występuje jedynie lekki dryf temperaturowy na funkcji prostokąta na największym zakresie, podejrzewam że R14 za bardzo obciąża generator i zmiana na 1K załatwiłaby sprawę - ale jest to na tyle nieistotne żeby mi się chciało całość rozbierać i kombinować.
W załączniku projekt płytki Eagle 6.4.0 oraz PDF wersja 1.1; Plik PDF przedniego panelu.
Fajne! Ranking DIY
Brawo za pomysł z ekranowaniem ładna zwarta konstrukcja wszystko poukładane w całości. Perfekt 
