Funktionsgenerator, Bausatz

Dreiecksignal am Ausgang

Wie ich zuvor schon schrieb, wird das Dreiecksignal abgerundet.
Das abgerundete Signal sieht man auch am Ausgang, sofern LEDs aktiv.
Deshalb der Rat, man macht die Erweiterung mit den LEDs abschaltbar.
Anbei die beiden Oszillogramme, Zusatzschaltung ein- und ausgeschaltet.
Der Sinus ist wieder über dem Schwingkreis abgegriffen.

Schaut man beim Dreieck genauer hin, sieht man Zacken beim Umschalten.
Auch da werde ich überlegen, wie man das einfach in der Schaltung abändert.

Andreas

Schöner Sinus auch auf anderen Frequenzen?

Das habe ich vorhin getestet, auch jeweils einen Schwingkreis aufgebaut.
Man sieht wie zuvor wie bei 1 kHz (1011 Hz) Signal Ausgang und Filter gut übereinandergelegt.
An den Potis, also Symmetrie und SDW für den Sinusabgleich, habe ich nichts geändert.

Im ersten Bild sieht man 100 Hz, exakt 104 Hz, für den Tieftonbereich.
Da kann man nicht meckern, kommt wieder gut hin.

Geringfügig anders sieht es bei 10 kHz (10,02 kHz) aus.
Was man da sieht, sind die Zacken beim Umschalten, also schaltungsintern.
Schrieb ich zuvor, auch das Problem versuche ich minimalinvasiv zu lösen.
Das will ich möglichst vor dem Sinuswandler machen, da Dreieck auch betroffen.

Andreas

Neuigkeiten von der Wellenfront!

Zuvor schrieb ich, mein starker Verdacht sei das Umschaltsignal.
Der Schwinger im Bild hat ungefähr eine Frequenz 1 MHz.
Da mal in der Gegend mit Kondensator pF dreistellig probiert.
Es wurde nicht besser, eher eine Verschlimmbesserung.

Nächster Schritt war, daß ich 555er von anderen Herstellern ausprobierte.
Gelobt sei die Erfindung der IC-Fassungen!
Auch da war keine Änderung erkennbar, der Schwinger blieb.

Nun war systematisches Nachdenken und Messen angesagt.
Anbei ein Schirmbild Dreieck bei 10 kHz, LEDs + C nicht aktiv.
Das größere Signal mit Schwinger ist direkt vom Ausgang.
Etwas kleiner das Dreieck ist sauber, keine Spikes.
Abgenommen habe ich es nach C7 vor R16.
Nach R16 kommt das Diodennetzwerk Sinusformer.
Somit ist meine Vermutung widerlegt, daß das Umschaltsignal hineinhaut.
Lösung habe ich noch nicht, es geht weiter!

Andreas

Kleine Exkursion Sinusformer

Die Einstellungen sind wie zuvor, 10 kHz und am Ausgang Dreieck.
Gemessen wurde vor und hinter R16, beide Signale sauber.
Über R16 wird der Sinusformer mit einem Dreiecksignal gespeist.
Anders ausgedrückt, vor R16 Dreicksignal, hinter R16 geformter Sinus.

Erstes Bild Originalschaltung, LEDs + C ausgeschaltet.
Im zweiten Bild ist die zusätzliche Beschaltung LEDs + C aktiv.

In beiden Bildern sieht man gut, wie der Sinusformer wirkt, mit LEDs besser.
Kappt man beim Dreiecksignal die Spitze, wird der resultierende Sinus rund.

Ausgehend von Amplitude Sinus ist bis etwa 50 % auch bei Dreieck die Steigung fast identisch.
Da bietet es sich an, ein Dreiecksignal zu nehmen und seine Spitze zunehmend zu kappen.
Dafür kann man recht gut die Kennlinie einer (Silizium)Diode nutzen.
Eine Diode ist nicht sofort leitend, sie hat einen Übergangsbereich.
Folgendes Bild, Diodenkennlinie, ist von Wikipedia:


Die Abrundung (gelbe Kurve) von etwa 0,3 V bis 0,7 V nutzt man hier, um den Sinus zu formen.
Leuchtdioden haben ein ähnliches Verhalten, jedoch bei deutlich höherer Spannung.
Deshalb meine Idee, erst mit LEDs Spitze kappen und dann das Signal durch den Sinusformer.

Andreas

Interessante Oszillogramme!

Ich bin weiterhin dabei, zu ergründen, woher der Schwinger kommt.
Spaßeshalber habe ich mal den Operationsverstärker IC4 gewechselt.
Schnell das Lager befragt, als OpAmp vierfach lächelte mich LM324 an.
Alle Messungen sind wieder bei Einstellung 10 kHz.
An den Einstellungen für Symmetrie und Sinusform änderte ich nichts.

Im ersten Bild sieht es gar böse aus, soll ein Dreieck sein.
Der LM324N (Texas Instruments) ist recht lahm, slew rate ca. 0,5 V/µs.
Angaben zum Klirr fand ich in den Datenblättern nicht.

Pollin legte dem Bausatz TL084L vom Hersteller UTC bei.
Den tauschte ich gegen TL084CN von Texas Instruments.
TI nennt im Datenblatt 20 V/µs und einen Klirr von 0,003 %.
Ganz ist der Schwinger nicht weg, dafür sehen die Spitzen abgerundeter aus.
Im zweiten Bild Dreieck mit TI, Zusatzschaltung mit LEDs ausgeschaltet.

Beim dritten Bild Sinus brachte ich wieder Ausgangssignal und das vom Filter zur Deckung.
Ganz sicher bin ich mir nicht mehr, sollte mit zugeschalteten LEDs sein.
Der Sinus 10 kHz gefällt mir etwas besser als der zuvor mit UTC,

Über die Feiertage bestellte ich bei Pollin, auch Operationsverstärker.
Leider war das vor den Messungen, sonst hätte ich ein paar Sorten mehr bestellt.
Im Zulauf sind TL074 und TL064.
Wenn ich die habe, berichte ich.

Andreas


Edit:
Das vierte Oszillogramm zeigt den Sinus, wieder Deckung mit Filter, ohne LEDs!

Chopper

Zufällig ist mir ein nicht ganz scharfes Bild gelungen, sieht man selten, Chopperbetrieb.
Bei Zweikanalbetrieb, zumindest bei besseren Oszilloskopen, kann man umschalten.
Bei schnellen Signalen lässt man das Oszi üblicherweise zwischen Kanal I und II alternieren.
Nachteil, bei langsamen Signalen sieht man beide Kanäle abwechselnd, störend unterhalb ca. 50 Hz.

Ist das Signal langsam wie bei NF, nimmt man normalerweise Chopper.
Vorteil, bei langsamen Signalen sieht man das Alternieren zwischen I und II nicht.
Sind Chopperfrequenz und Signalfrequenz (nahezu) Vielfache, gibt es ein stehendes Bild Umschalten.
Genau das sieht man gerade, da waren die beiden Kanäle etwas auseinandergezogen.
Bei Vielfachen sieht man die Umschaltung, Alternieren zwischen Kanal I und II.

Andreas

Edit:
Im zweiten Bild, auch nicht ganz scharf, kann man deutlich besser den Chopper-Betrieb erkennen.
Mit Absicht verschob ich die Phase und verkleinerte bei einem Kanal die Amplitude.
Deutlich sieht man, wie bei einem Strahldurchlauf x das Oszi zwischen beiden Kanälen alterniert.

Die Operationsverstärker sind da!

Original war bei mir dem Bausatz der Operationsverstärker TL084 von UTC beigefügt.
Heute erhielt ich TL074CN und TL064CN, beide von Texas Instruments.
Dank der Steckfassungen konnte ich zwecks Vergleich schnell umstöpseln.
Unten die Oszillogramme, Oszillatorfrequenz immer 10 kHz.
Die zuvor gezeigte Sinusglättung mit den LEDs ist ausgeschaltet.
Das Signal wurde am Ausgang abgenommen, nicht irgendwo in der Schaltung.

Die ersten beiden Bilder mit TL084 UTC, Bausatz.
Die nächsten beiden Bilder mit TL074CN von TI.
Das letzte Duo Oszillogramme mit TL064CN TI.

Alle Oszillogramme sind ähnlich, zumindest bei Dreieck.
Der hochfrequente Schwinger in den Dreieckspitzen ist immer vorhanden.
Beim Rechteck gibt es mit TL064 einen ernsthaften Überschwinger.

Fazit:
Andere Operationsverstärker in der Preisklasse und ähnlichen Daten bringen keine Verbesserung.
Wesentlich teurere und eher schwer beschaffbare OPVs werde ich nicht ausprobieren.
Man darf nicht vergessen, der Bausatz kostet ca. 8 Euro, für den Preis ist der wirklich gut.

Andreas, DL2JAS

Option Stabi LM336-2,5

Vorab, ich halte nichts davon, gleich die Messergebnisse.
Edit 04.05.22: Bitte auch zweiten Teil durchlesen, deutlich bessere und plausible Messwerte!

Ich hielt mich an die Bauanleitung des Bausatzes.
Wenn nicht schon geschehen, bestückt man R1 (270 Ω) und R2 (2,2 kΩ).
Den Stabi, IC1, lötet man gemäß Bestückungsaufdruck ein.
Alle drei Bauteile gehören nicht zum Bausatz, gegebenenfalls zusätzlich bestellen.
Nun müssen noch die beiden Brücken richtig gesetzt sein, siehe rote Punkte Bilder.
Laut Anleitung soll die Lötbrücke unter R1 (wieder) offen sein.
Die Brücke H1/Opt ist in oberer Stellung, also nicht dicker Strich Bestückungsaufdruck.
Bei mir ist sie steckbar, laut Anleitung lötet man eine kleine Drahtbrücke ein.

Vorbemerkungen Messaufbau
Gespeist wurde mit einem Labornetzteil, also konstante Spannung 12 Volt gegeben.
Raumtemperatur gut 23 °C, Änderung während der Messungen maximal 0,2 °C.
Der Messaufbau ist in einem "schattigen Eckchen", keine Sonneneinstrahlung.
Kein Heizkörper oder ähnliche Wärmequelle in der Nähe.
Platine wie in den Bildern offen an der Luft, nicht in ein Gehäuse eingebaut.
Messungen mit Fluke 85 im Modus Langzeitmessung MAX MIN AVG.
Frequenz weiterhin auf ca. 10 kHz eingestellt.
OPVs beide TL084L UTC aus Bausatz.

Erste Messreihe
Spannungsquelle eingeschaltet, Messbeginn nach ca. 5 Sekunden, Aufzeichnungsdauer 5 Minuten.
Das sah nicht schlecht aus, Frequenzschwankung 0,14 % und das in der Warmlaufphase.

Zweite Messreihe
Ich gab der Schaltung 10 Minuten Zeit, damit sich Betriebstemperatur einstellt.
Die anschließende Aufzeichnung ließ ich 60 Minuten laufen.
Anfangs sah es gut aus, bald wurden die Abweichungen immer größer.
Insgesamt über die 60 Minuten war die Frequenzkonstanz bei unschönen 1,9 %.

Erster Verdacht, da schwingt was rund um den Stabi!
Dem war nicht so, mit dem Oszi konnte ich keine Schwingneigung erkennen.
In der Nähe des LM336 befinden sich keine Abblockkondensatoren.
Im Datenblatt nachgesehen, solche hat der Hersteller nicht vorgesehen.

Später weitere Messreihen wieder mit H1/LED, wesentlich besser!

Andreas

Alles etwas seltsam!

Die gestrigen Messwerte irritierten mich, ich ging eine Ursache suchen.
Der offensichtliche Fehler, starke Frequenzabweichung, war nicht reproduzierbar.
Die beiden gestrigen Messreihen erneut, Aufbau unverändert.

Messung Hochlaufphase, Messbeginn ca. 5 Sekunden nach Einschalten der Betriebsspannung:
Innerhalb der 5 Minuten Messreihe änderte sich die Frequenz um 5 Hz, also 0,05 %.

10 Minuten Warmlauf, danach Messwertaufzeichnung 60 Minuten:
In den 60 Minuten Frequenzänderung 6 Hz, also Frequenzkonstanz 0,06 %.

Kleine Anmerkung:
Die Frequenzmessung führte ich mit Fluke durch, Promille dürfte sein Grenzbereich sein.
Auf eine genaue Frequenzmessung << 1 ppm mit Quarzofen verzichtete ich.

Zuvor überprüfte ich den LM336-2,5 (National) auf Spannungsänderungen, siehe Bild.
Auch prüfte ich mit dem Oszi, ob da was schwingt.
Ganz schwach konnte man eine abklingende HF-Schwingung mit etwa 2 mVpp erkennen.
Sie begann bei Lastwechsel, also Signal am Ausgang, momentan Dreieck eingestellt.
Im Bild der Temperaturbereich, den ich untersuchte, etwa 0 °C bis 30 °C.
Bei 30 °C nahm ich den Finger, um den Stabi zu erwärmen.
Von allein erwärmt der sich praktisch nicht bei ca. 3 mW Verlustleistung.
Anschließend sprühte ich ihn gefühlvoll mit etwas Kältespray ein, bis sich Raureif bildete.
Als der begann zu verschwinden, hatte ich brauchbar den Punkt 0°C.
Am Anfang und Ende Spannung 2,485 V und in der Gegend 15 °C 2,486 Volt.
Auch das kleine Maximum bei ca. 15 °C deckt sich sehr schön mit dem Datenblatt.

Fazit:
Bei den gestrigen Messungen muss eine Panne passiert sein, nicht mehr nachvollziehbar.
Die Option LM336-2,5 ist somit empfehlenswert!
Mit Option Stabi kann man auf eine Warmlaufphase verzichten, wie man sieht.

Andreas

Mit dem Zacken werde ich mich auch noch beschäftigen!

Andreas

Frequenzkonstanz nur mit LED, ohne Option Stabi

Die Messanordnung ist wie zuvor, die Brücke H1/Opt steht auf H1, dicker Strich.
Die Brücke unter R1 lötete ich nicht wieder zu, stört nicht, wenn R1 bestückt.

Diesmal eine Minute Warmlaufzeit, danach 5 Minuten Messwertaufzeichnung!
Wie zu erwarten ändert sich die Frequenz merklich, 0,39 %.

10 Minuten Warmlauf, anschließend 60 Minuten Messwertaufzeichnung
Änderung 8 Hz, also 0,08%

Kurze Erklärung
Die grüne LED ist nicht nur Betriebskontrolle, sondern auch eine einfache Spannungsreferenz.
Man schaue in den Schaltplan, mit H1/Opt wählt man zwischen LED oder Stabi als Referenz.
Eine LED ist nicht temperaturkompensiert, ihre Flussspannung ändert sich etwas mit der Temperatur.
Nebenbei, die LED leuchtet immer, egal wie die Brücke H1/Opt gesetzt ist.

Fazit
Der Stabi LM336-2,5 ist eine nette Option, es geht aber auch brauchbar ohne ihn.
Nur sollte man dann einige Minuten Warmlaufzeit einplanen, wenn die Frequenz nicht wandern soll.
0,08 % Frequenzdrift ist nicht mehr viel und praktisch kein Unterschied zu 0,07 % mit Stabi.

Andreas

Überlegungen Dreieck

Ganz einfach ist die Sache nicht, der Schwinger kommt vermutlich vom OPV.
Erste Idee, Abblockkondensator zwischen Ub+ und Ub-, Betriebsspannung.
Brachte nichts, wäre aber durchaus denkbar gewesen.

Ich war kurz am überlegen, ob ich was mit Induktivitäten versuche.
Gerade bei Hobbyelektronikern scheint es da eine große Abneigung zu geben.
Also nach möglichst einfacher Methode gesucht, irgendwo ein zusätzlicher Kondensator.

Anfangs probierte ich mit Erfolg kurz vor Poti TR4, Pegel.
Großer Nachteil, dann sind von der Modifikation auch Sinus und Rechteck betroffen.
Das Rechteck leidet dann unnötig, die Flanken werden abgerundet.

Somit lag es nahe, was kurz vor der Umschaltung Sinus-Dreieck-Rechteck zu probieren.
In den angehängten Bildern, Schaltplan und Bestückung, sieht man meine Idee.
R14 ist mit GNDint, Signalmasse, verbunden, da sind die LEDs und C angeschlossen.
Die andere Seite von C kommt an R18, direkt bei der Umschaltung Signalform.
Ich experimentiere gerade mit Kondensatoren im Bereich 22 bis 220 pF.
Später mehr!

Andreas

Lieber Michael!

Das sind eher so Sachen, wo Simulationen an ihre Grenzen stoßen.
Ich erinnere da an die Schaltung mit dem Timer 555.
Reinhard war so nett und versuchte mit verschiedenen Modellen.

Wie ich zuvor schrieb, überlegte ich, es mit anderen OPVs zu probieren.
Nur sollte man die Kirche im Dorf lassen!
Wenn, sollte es schon ein gängiger und günstiger OPV Hobbybasteln sein.
Die Grundidee der Schaltung ist gut, bei 8 Euro gibt es halt Grenzen.
Hätte ich die Schaltung entwickelt, wäre sie besser aber auch merklich teurer.
So bekommt man mit Optionen und Gehäuse einen Generator für ca. 20 Euro.
Ich nehme an, viele Leser hier wird der einfach aufzubauende Generator ansprechen.

Andreas

Nun zu den Oszillogrammen!

Frequenz Dreieck 10 kHz bei ca. 4 Vss, LEDs ausgeschaltet, TL084 UTC
Oszillogramm 1: 22 pF
Oszillogramm 2: 68 pF
Oszillogramm 3: 100 pF
Oszillogramm 4: 220 pF
Das Oszillogramm ohne zusätzlichen Kondensator sieht man ein paar Beiträge zuvor.

Es ist Geschmackssache, ob und mit welchem Kondensator man den Schwinger bedämpft.
Bei 22 pF ist der Schwinger noch gut vorhanden, mit 220 pF wird das Dreieck zu rund.
Mir persönlich gefällt die Gegend 68 bis 100 pF ganz gut.

Andreas

Reinhard, stimmt nicht ganz!

In den Bildern kann man es nicht so gut sehen, ich direkt vor dem Oszi schon.
Das Dreieck ohne zusätzliches C sieht durch den Schwinger spitzer aus.
In Wirklichkeit ist die Dreieckspitze etwas abgerundet.
Damit es zumindest erahnbar ist, nahm ich für C vier verschiedene Werte.

Andreas