Funktionsgenerator, Bausatz

dl2jas · 19. Juni 2022, 22:15

Ergänzung!

Im Beitrag zuvor vergaß ich zu erwähnen, die Oszillogramme sind vom Ausgang Funktionsgenerator.
Einige Beiträge zuvor zeigte ich das Signal des NE555, Pin 3:

Angehängtes Bild ist ebenfalls Pin 3, diesmal natürlich TLC555.
Da sieht man die Unterschiede sehr deutlich, man sollte den TLC555 nehmen.
Bestellt man den Bausatz bei Pollin, bekommt man dort auch den TLC555:
pollin.de/p/tlc555cp-timer-c-mos-texas-instruments-101355

Andreas

dl2jas · 21. Juni 2022, 02:10

Schöne Kanten und Ecken!

Im Beitrag zuvor zeigte ich, mit dem TLC555 werden die Flanken deutlich steiler.
Am Ausgang des Funktionsgenerators wurden die Flanken besser aber nicht gut.
Nachgedacht, woran wird es wohl liegen?

Die Endstufe mit BD137-16, vermutlich CDIL, kann es nicht sein.
Der BD137, auch laut Datenblatt CDIL, hat eine Grenzfrequenz >> 100 MHz.
Mit dem baute ich sogar mal vor Jahren eine kleine Sendeendstufe Amateurfunk.

Das Signal war schon vor dem TL084, IC4B, verrundet.
Bald kam ich darauf, es ist der Spannungsteiler aus R4 und R17 plus Poti TR4.
R4 hat 100 kΩ.
Zuerst versuchte ich es mit Kondensatoren 10 - 47 pF parallel zu R4.
Das war erfolgreich, gab aber teilweise heftige Überschwinger, nichts für Nachbau.
Zweiter Ansatz, den Spannungsteiler niederohmiger machen, keine Cs.

Ich probierte sehr viele Wertekombinationen aus.
Einfach nur andere Werte für R4 nehmen gilt nicht.
Dann stimmt der Spannungsteiler nicht mehr, Rechteck, Sinus und Dreieck sollen pegelähnlich sein.
R4 ist jetzt 47 kΩ und hinter ihm vor Jumper JP-R geht ein Widerstand 27 kΩ gegen GNDint.
Das ist ein gesunder Kompromiss bezüglich Pegel, Flanke und Überschwinger.

Bild
Ich musste die Strahlhelligkeit deutlich erhöhen, damit man überhaupt Flanke sieht.
Die Frequenz ist wieder 10 kHz und Signal am Generatorausgang abgegriffen, 2 Vss.
Zur besseren Vergleichbarkeit mit vorherigen Oszillogrammen dehnte ich bei X und Y.

Andreas

dl2jas · 21. Juni 2022, 21:58

Schaltplan und Bild zu den besseren Rechteckflanken

Man schaue sich die beiden Bilder an.
Die Schaltungsänderung ist ganz einfach, wieder reversibel.
Zuvor schrieb ich, man bestücke R4 mit 47 kΩ statt 100 kΩ, machte ich bei meinen Versuchen.
Hat man schon R4 mit 100 kΩ bestückt, lötet man einfach nochmals parallel 100 kΩ darüber.
Ob es 47 kΩ oder zweimal parallel 100 kΩ = 50 kΩ sind, macht keinen wirklichen Unterschied.
Die Parallelversion habe ich jetzt wegen einfacherer nachträglicher Änderung, sieht man im Bild.
Im Schaltplan zeichnete ich grün Rt ein, Widerstand für den Spannungsteiler.
Der ist bei mir aktuell 27 kΩ und geht im Schaltbild gegen GNDint am Widerstand R14.
Es ist egal, wo man an GNDint anschließt, ich nahm dafür R7, ist auch mit GNDint verbunden.

Andreas

dl2jas · 7. Juli 2022, 23:34

Neuigkeiten von der Front!

Einige Beiträge zuvor zeigte ich mit Bildern meine Ideen zur Frontplatte.
Mehr oder minder offen ließ ich, ob es nur eine Platine wird oder mit Blende darüber.
Hier zeige ich erst mal die Version nur Punktrasterplatine als Front.
Da nach hinten hinreichend Platz ist, geht auch die Version Platine plus Blende.
Die wird es bei mir werden, zeige ich später.

Jetzt in den Bildern habe ich nur die Potis bestückt.
Links ist Ausgangspegel, rechts Frequenz grob und Trimmpoti dazwischen Frequenz fein.
Frequenz fein wird man seltener benutzen, da reicht ein Trimmpoti mit Steckachse.
Einen extra Knopf habe ich dafür nicht vorgesehen, kein wesentliches Bedienelement.

Etwas unscheinbar sieht man einen Schiebeschalter, der 1 aus 3 kann, angenehm klein.

Die Schalter sind eher selten, hier für den Funktionsgenerator prima geeignet.
Damit geht dann Frequenzumschaltung tief-mittel-hoch und auch Sinus-Dreieck-Rechteck.
Bei Letzterem sind zwei Ebenen sinnvoll, Zusatzbeschaltung Sinus und Dreieck.
Im Bild sieht man, wie er angeschlossen wird, Pin 2 und 3 sind intern verbunden.
Bei der Umschaltung der Zusatzbeschaltung sind die beiden mit GNDint verbunden.

Andreas

dl2jas · 9. Juli 2022, 22:09

Bestückung Front, zweiter Teil

Vorne sind jetzt alle Potis, Schalter, etc. bestückt und angeschlossen.
Die obere grüne LED ist H1, dient als Betriebskontrolle.
Darunter die beiden LEDs gehören zum zuschaltbaren Sinusformer.

Die Bedienung soll möglichst intuitiv sein.
So setzte ich den Schalter Frequenz tief-mittel-hoch unter die beiden Frequenzpotis.
Die Cinchbuchse für den Ausgang sitzt direkt unter dem Poti für den Pegel.
Unter den LEDs befindet sich der Umschalter für Sinus-Dreieck-Rechteck.
Dieser hat zwei Ebenen, so auch Anschluss der Zusatzbeschaltung für Sinus und Dreieck.
Die zuvor gezeigte Verbesserung Rechteck wird nicht umgeschaltet, ist fest.
Vorne der kleine Keramikkondensator wird bei Dreieck hinzugeschaltet.
Hinten der rote Folienkondensator 2,2 µF gehört zu den LEDs in Stellung Sinus.

Die Schalter sind etwas flach von der Bauform, wird knapp mit vorgesetzter Frontblende.
Um auf mehr Höhe zu kommen, setzte ich zwei Lagen Punktrasterplatine darunter.
Extra was schrauben muss man nicht, ich nahm zur Befestigung Drahtbrücken.

Andreas

dl2jas · 10. Juli 2022, 22:24

Der Funktionsgenerator ist jetzt soweit fertig!

Damit meine ich den elektronischen Teil, Frontblende kommt später.
Die Verbesserung Rechteck, Spannunsteiler mit R4, ist fest, nicht geschaltet.
Bei Sinus sind es die beiden LEDs und ein Koppelkondensator 2,2 µF.
Für die Verbesserung Dreieck nahm ich anfangs 100 pF, jetzt sind es 10 nF.
Irgendwann kommt eine Zusammenfassung, da zeige ich noch mal Schaltung und Bestückung.

Anbei vier Oszillogramme, wieder nicht ganz scharf geworden.
Die ersten beiden sind bei 1 kHz und zweiter Kanal Sinus über Parallelschwingkreis.
Am Ausgang stellte ich wie zuvor 1 Veff für Sinus ein.
Beim Sinus versetzte ich beide Kanäle geringfügig, damit man Ausgang und Filter sieht.
Das Signal oben ist der Ausgang, das darunter ist über dem Parallelschwingkreis abgenommen.
Gleiches gilt für das Dreieck, auch da auf dem anderen Kanal Filter.

Im dritten Bild Dreieck bei 20 kHz, erfreulich spitz.
Rechteck 1 kHz sparte ich mir, Flanken praktisch nicht zu erkennen.
Dafür Rechteck ebenfalls bei 20 kHz, da sieht man was von den Flanken.
Genau gemessen habe ich nicht, Aufwärtsflanke 10 bis 90 % kleiner 4 µs.

Andreas

dl2jas · 13. Juli 2022, 00:34

Doch noch was zu den Flanken!

Zuvor gab ich nur grob, vorsichtig konservativ geschätzt, maximal 4 µs für die Aufwärtsflanke an.
Jetzt etwas genauer, allerdings diesmal etwas andere Messung.
Am Schirm 10 x 8 Kästchen lässt sich 12,5 bis 87,5 %, also 6 von 8 Kästchen, angenehmer ablesen.

Messbedingungen
Funktionsgenerator Rechteck 20 kHz, Signal am Ausgang abgegriffen.
Oszilloguck HAMEG 203-6
Tastkopf 1:10, Abgleich nochmals überprüft.
Generatorspannung 0,8 Veff, 1,6 Vss, also 8 Kästchen zu 200 mV
Keine Dehnung bei X oder Y eingestellt, also alle Werte in Stellung CAL.

Erstes Bild
Das dient nur zur Kontrolle, Signal Spitze-Spitze volle 8 Kästchen.

Zweites Bild
Die Zeitablenkung X steht jetzt auf 0,5 µs/div, also 0,1 µs pro Teilstrich.
Die roten Hilfslinien beziehen sich auf 6 von 8 Kästchen, 75 % des Signals.
Den Trigger (manuell) stellte ich so ein, daß er bei 12,5 % startet.
Resultat, bei dieser Messanordnung beträgt die Anstiegszeit 1,2 µs.
Abwärtsflanke ähnlich, die ist etwas schneller, nicht genau gemessen.

Grün habe ich zwei zusätzliche Hilfslinien eingezeichnet.
Teilweise interessiert nur der Bereich in der Gegend der Mitte des Signals.
Ganz sauber in der Mitte bin ich nicht, ich griff mir den möglichst linearen Teil heraus.
Da kommt man auf 0,9 V/0,5 µs, also 1,8 Volt pro Mikrosekunde.
Dieser Wert ist nicht selten bei Logikgattern wie CMOS interessant.

Andreas

fhein · 11. November 2023, 07:54

Vielen Dank für die ausführliche Anleitung. Ich hab den Bausatz jetzt auch mit allen Modifikationen aufgebaut. Er funktioniert auch sehr gut.

Ich habe aber noch ein Problem bei niedrigen Frequenzen. Da verzerrt das Rechteck-Signal schon sehr stark. Bild hab ich angehängt. Das ist zwar mit AC-Koppelung aufgenommen. Mit DC-Koppelung sieht es ähnlich aus. Eine Kurve ist vom NE555 die andere vom TLC555. Die Frequenz lag hier bei 26 Hz. Es ist auch egal ob ich am Ausgang oder direkt an Pin3 vom Timer-Baustein messe.

Eine LTSpice-Simulation brachte auch keine Erhellung. Da ist alles fein.

Ich frage mich jetzt, ob ich einen Fehler beim Zusammenbau gemacht habe oder ob die Schaltung immer so reagiert.

dl2jas · 11. November 2023, 15:50

Fhain, willkommen im Forum!

Es ist jetzt weit über ein Jahr her, daß ich mich mit dem Generator beschäftigte.
Das dellige Rechteck am Ausgang bei niedrigen Frequenzen ist normal.
Die Erklärung ist einfach, das Signal geht über C1 an die kleine Endstufe.
Zu Deiner Beobachtung an Pin3 vom 555 kann ich nicht viel sagen, zu lange her.
Eigentlich sollte da der Effekt nicht auftreten.

Andreas

fhein · 11. November 2023, 18:19

Danke für die schnelle Antwort.
Ein kurzes Update:
- An Pin 3 vom 555 ist noch alles in Ordnung. Hab noch mal gemessen. Ich hatte das falsch in Erinnerung.
- Du hast recht, es ist C1. Bei größeren Kapazitätswerten wird es besser.
- Der AC-Modus am Oszi ist aber bei den Frequenzen auch schon nicht ganz passend. Der trägt auch einen Anteil bei. Das hat sich dann mit C1 überlagert.
- Die LTSpice Simulation hab ich um C1 und die Endstufe ergänzt. Die stimmt jetzt auch mit der Messung überein. Vorher war es nur die Kernschaltung.
Jetzt ist die Welt wieder in Ordnung.

Frank

dl2jas · 11. November 2023, 19:39

C1 abändern?

Wie Frank schrieb, wird mit höherer Kapazität die Signalform besser.
Original ist C1 ein Folienkondensator mit 470 nF.
Von heutigen hochkapazitiven Keramikkondensatoren wie X7R rate ich ab.
An anderer Stelle schrieb Reinhard was dazu, der Klirr geht ganz schnell hoch.
Übliche Elkos sind nicht die erste Wahl, Verluste und parasitäre Induktivität bei hohen Frequenzen.
Ich würde hier einen Tantal mit wenigen µF nehmen, viel DC muss der nicht aushalten.

Andreas

fhein · 16. November 2023, 20:33

So, gerade fertig geworden.

C1 ist jetzt ein Folienkondensator mit 6,8nF.
Erstes Bild ist ohne Last am Ausgang gemessen. Sieht schon besser aus.
Zweites Bild ist mit 100Ohm am Ausgang gemessen. Wieder schlecht.
Im dritten Bild wurde zusätzlich C10 durch eine 22000µF Kondensator ersetzt. Das passt.
Damit kann ich leben. Alle Messungen wurden bei ca. 26 Hz durchgeführt.

Ich habe allerdings den Eindruck, dass ab 10 kHz das Rechteck wieder mehr verrundet.

Frank

dl2jas · 16. November 2023, 21:49

Freut mich, daß es jetzt passt!

Vorab, bei einem Bausatz für 8 Euro darf man nicht zu viel erwarten.
Damals holte ich schon recht viel heraus, was mit einfachen Mitteln geht.

C1 jetzt 6,8 nF, Tippfehler?
Original gemäß Schaltplan hat der 470 nF, Folienkondensator.
Hast Du dort jetzt eventuell einen Folienkondensator mit 6,8 µF eingelötet?

Das Rechteck hat irgendwann abgerundete Kanten.
Man darf nicht vergessen, die Kanten sind spektral gesehen recht hohe Harmonische, Fourier.
Abgerundete Kanten erhält man auch, wenn ein Tastkopf nicht sauber abgeglichen ist.
Gleiches gilt bei eher geringer Bandbreite des Oszilloskops, egal ob analog oder digital.
Damals machte ich die Messungen mit einem guten Analogoszi mit 20 MHz Bandbreite.

Zu niederohmig sollte die Last nicht sein, dafür ist die kleine Endstufe nicht ausgelegt.
Nebenbei, beim Auskoppeln mit 22.000 µF handelt man sich ernsthaft parasitäre Induktivität ein.

Andreas

fhein · 17. November 2023, 05:25

dl2jas schrieb:

C1 jetzt 6,8 nF, Tippfehler?
Original gemäß Schaltplan hat der 470 nF, Folienkondensator.
Hast Du dort jetzt eventuell einen Folienkondensator mit 6,8 µF eingelötet?

Ja, danke für den Hinweis. Es sind 6,8 µF.
Aber ich muss sagen, der Fehler zieht sich konsistent über die Benennung der Bilder und den Text durch.

fhein · 18. November 2023, 16:35

So, fertig. Hab heute mal hohen Frequenzen besucht. Irgendwie war mir das noch zu abgerundet.

Ich wollte den Spannungsteiler noch niederohmiger machen, und versuchte für R4 5 kΩ, und den Widerstand der hinter R4 gegen GNDint geht 2,2 kΩ. Und siehe da: perfekt. Kein Überschwinger fast scharfe Ecke bei 20 kHz.
Allerdings war da im Dreieck wieder die Zacke. Ich hatte noch den 100 pF Kondensator drin. Also hab ich mich bis auf 22 nF hoch getastet - passt - wunderbar.
Das war aber jetzt noch Alles provisorisch zusammen gekleckst. Also noch mal schön zusammen bauen. Die Kabel zu den Wellenform-Schalter waren aber recht kurz und ich hatte einige mit Schrumpfschlauch, der Ordnung halber, gebündelt. Damit ich besser arbeiten konnte trennt ich diese. Fehler! Nach dem Trennen hatte ich im Rechteck starke Überschwinger.
Also von vorn. Hab mich dann bis zur Kombination R4 mit 23,5 kΩ (2x 47 kΩ) und Widerstand hinter R4 gegen GNDint mit 12,2 kΩ hoch gearbeitet.
Die Verrundung bei 20 kHz ist kleiner als vorher aber nicht so klein wie mit der 5 kΩ-2,2 kΩ-Kombination. Die konnte ich leider nicht mehr reproduzieren. Die Anstiegszeit 10 bis 90 % ist bei ca. 1,5µs. Die war vorher bei ca 3 µs.

Also es lohnt sich auf jeden Fall mit dem Spannungsteiler zu experimentieren. Allerdings sollte man den finalen Aufbau abwarten. Das Ganzen scheint kapazitiv sehr empfindlich und individuell zu sein. Meine Werte für den Spannungsteiler sehe ich nur als Hinweis. Ich denke das Optimum liegt bei jeden Aufbau wo anders.

Den Zackerl-Dämpfungs-Widerstand hab ich bei 22nF belassen. Hätte man auch wieder verkleinern können.

Frank

fhein · 18. November 2023, 21:56

Hab mich nochmal dran gesetzt und wollte den 5 kΩ / 2,2 kΩ Spannungsteiler reproduzieren. Ich hatte da ein paar Ideen. Ging aber auch ohne Ideen. Allerdings bei einer Amplitude von 4 V. Dreht man TR4 ganz auf ist der Überschwinger wieder da. Ist wahrscheinlich vorhin auch passiert.
Anbei noch die beiden Messungen der steigenden Flanke bei 20 kHz und 4 V bzw 6,3 V.
Frank

fhein · 19. November 2023, 14:05

Der Überschwinger kommt von IC4B. Ein 10 pF über R32 hat geholfen. Hätte auch etwas mehr seien können. Hatte aber nichts Passendes mehr da.
Die Flankensteilheit beträgt ca. 4v/µs.