Alltagstauglicher Funktionsgenerator Audio, Sinus, Dreieck und Rechteck

Letztes Jahr erweckte ein günstiger Bausatz meine Neugier.
Aktuell (März 2022) gibt es den für 7,95 Euro bei Pollin:
pollin.de/p/bausatz-audio-funktionsgenerator-811341

Eigentlich habe ich es nicht mehr so mit Bausätzen, als Elektronikanfänger fand ich die interessant.
Der Funktionsgenerator von Pollin ist eine Ausnahme, erster Bausatz nach etwa 30 Jahren!
Einen kleinen Funktionsgenerator kann man immer brauchen, besonders bei dem günstigen Preis.
Die aufgebaute Schaltung passt fast noch in eine Zigarettenschachtel, also recht handlich.
Die Betriebsspannung beträgt 12 Volt stabilisiert, einfaches Steckernetzteil.
Früher baute man gern Funktionsgeneratoren mit XR2206, den Schaltkreis bekommt man kaum noch.
So wurde ich neugierig, lud mir bei Pollin die Anleitung mit Schaltplan herunter.
Das Konzept, Sinus aus Dreieck mit Dioden zu erzeugen, kannte ich noch nicht, obwohl naheliegend.
Das war der Hauptgrund, warum ich den Bausatz bestellte!

Im Schaltplanausschnitt sieht man den Sinusformer mit Endstufe Ausgang.
Letztere mit BD137 macht durchaus Leistung, Innenwiderstand deutlich unter 100 Ohm.
Soviel zuvor, siehe Oszillogramm, nach Abgleich ist der Sinus recht ordentlich!
(obere Kurve Ausgang, untere Kurve als Referenz, sauberer Sinus mit Bandpassfilter)

Andreas


--wird fortgesetzt, bebilderter Aufbau, Abgleich, etc.--

Technische Daten, Schaltplan, Teileliste...

Technische Daten laut Pollin:
Versorgungsspannung: 12 V DC stabilisiert
Stromaufnahme: max. 150 mA
Signalformen: Sinus, Rechteck und Dreieck
Einstellmöglichkeiten: Frequenz grob (fein als Option), Symmetrie und Pegel
Frequenzumfänge:
Tiefton von ca. 10 Hz bis 440 Hz; Mittelton von ca. 100 Hz bis 3 kHz;
Hochton von ca. 600 Hz bis 25 kHz, Ausgangspegel max. 8 VSS
(Spitze-Spitze) bei, Dreieck und Rechteck, 6V SS bei Sinus
Ausgangsstrom, max. 50 mA0S (0-Spitze)
Maße (LxBxH): 100 x 55 x 20 mm

Beim Schwierigkeitsgrad wird Fortgeschrittene angegeben.
Der Meinung bin ich auch, Anfängern würde ich den Bausatz nicht empfehlen.
Versierte werden den Bausatz an einem ruhigen Sonntagnachmittag zusammenlöten.
Laien mit halbwegs Erfahrung sollten sich mehrere Nachmittage Zeit nehmen.
Arbeitet man unnötig hastig, hat man bei knapp 80 Bauteilen schnell einen Flüchtigkeitsfehler.
Kleine Entwarnung, SMD kommt nicht vor, alle Bauteile sind konventionell bedrahtet.

Die gedruckte beiliegende Anleitung ist identisch mit PDF Download.
Recht ordentlich ist der Zusammenbau beschrieben.
Kleines Manko bei meinem Bausatz, es fehlte ein Elko 470 µF, hatte ich aber vorrätig.
In der Anleitung sind Optionen angegeben, nicht im Lieferumfang enthalten.
Die Bauteile dann gegebenenfalls zusätzlich bestellen!
Beim Zusammenbau gehe ich auf die Optionen und geringfügige Modifikationen meinerseits ein.

Andreas

Kleine geistige Exkursion für Reinhard!

Eingangs nannte ich den Bausatz Pollin als günstige Alternative zum altbekannten XR2206.
Beide dürften einen ähnlichen Klirr haben, EXAR nennt typisch 0,5 % im Datenblatt.
Im Bild das Signal eines XR2206, gleicher Zackenbarsch oben auf dem Dach.
Bitte jetzt noch nicht eine Diskussion eröffnen.
In meinen nächsten Beiträgen ist Zusammenbau und Abgleich vorgesehen.
Schaltungen rund um BH1417F, Bau FM-Transmitter, sind ein eigenes Thema wert!

Andreas

Zusammenbau und Optionen

Das Kapitel Montage in der Anleitung halte ich für größtenteils brauchbar.
Die Bauteile unter Optionen habe ich gleich mit eingebaut.
Nur IC1, ein kleiner Regler 2,5 Volt, LM336-2,5 hatte ich nicht, bestücke ich später.
Ebenfalls optional, nicht im Lieferumfang, sind die Widerstände R1 und R2 sowie Trimmer TR2.

Laut Anleitung soll man bei BR und Ref.H1/Opt Drahtbrücken einlöten.
Ich bestückte dort ebenfalls mit Stiftleisten und Kodierbrücken (Jumpern).
Bei mir kamen C9 und C11, beide 1,5 nF, als Keramikkondensatoren, ich nahm Folienkondensatoren.
Folie ist mir bei Audio wesentlich lieber, manche Keramikmaterialien haben seltsame Eigenschaften.
Den ICs habe ich Fassungen gegönnt, dazu rate ich dringendst.
Im Fehlerfall sind bei durchkontaktieren Platinen ICs nur ganz schwer auslötbar.

Ansonsten der Anleitung folgen, zuerst die flachen Bauteile wie Dioden und Widerstände.
Dann die nächsthöheren Bauteile, zuletzt Elkos und den Transistor T3.
Bei dem, ein BD137, aufpassen, die Beschriftung zeigt nach innen, zum Elko.
Auch sollte man ihm etwas Beinlänge lassen, wenn man später einen Kühlkörper montieren will.

In der Anleitung steht, man solle die Anschlussdrähte um 30 ° biegen und nach 1 mm abkneifen.
Davon halte ich nichts!
Will man später messen, hält da kein Tastkopf oder kleine Klemme.
Lieber so etwa 3 mm gerade überstehen lassen, wie man im Bild sieht.
Bei mir sieht man, daß die Bauteile meist auch auf der Oberseite verlötet sind, muss nicht sein.
Lötet man sauber mit gutem bleihaltigen Lot, zieht es häufig bis nach oben durch.

Andreas

Nachtrag zu Zusammenbau und Optionen

Ich vergaß, das Bild von der Platinenunterseite hochzuladen.
Die "Stelzen", die Reinhard meint, sind Lötnägel 1 mm und dazu passende Schuhe.
In der Platine sitzen die Lötnägel.
An den mitgelieferten Trimmpotis für Frequenz und Pegel sieht man die Schuhe.
Zweck der Sache, die Trimmpotis sind steckbar.
Damit ist es hinterher einfach, z.B. beim Einbau in ein Gehäuse, andere Potis anzuschließen.
Die Trimmpotis TR3 Symmetrie und TR5 Sinusabgleich sind fest eingelötet.
Im Normalfall macht man damit einmal Abgleich und braucht sie nicht wieder.

Andreas

Noch ein Tip bei der Bestückung!

Die Bauteile sind nicht bündig auf der Platine, haben etwas Abstand.
Das hat mehrere Vorteile, bedeutet aber auch mehr Arbeit.
Im Bild sieht man, ich schob dünne Wellpappe unter die Bauteile.
Einmal, zwischen Bauteil und Platine können sich keine mechanischen Spannungen bilden.
Des weiteren, später kann man noch den Bestückungsaufdruck Platine erkennen.
Beschriftete Bauteile wie Dioden sollte man so drehen, daß man gut die Beschriftung lesen kann.

Andreas

Inbetriebnahme, Abgleich

Bevor man den Bausatz in Betrieb nimmt, nochmals Sichtkontrolle!
Ist die Zinnbrücke unter R1 (Betrieb ohne IC1) gesetzt?
Sind alle ICs, Dioden, Transistoren und Elkos richtig herum bestückt?
Dann die Schaltung an stabilisierte 12 Volt anschließen.

In den Bildern sieht man die Stellungen der Trimmpotis.
Pegel steht auf 1 Veff bei Sinus und Frequenz auf 1 kHz.

Zuerst stellt man die Symmetrie mit TR3 ein, Ausgang Rechteck.
Am ehesten wird man das mit einem Oszilloskop machen.
Wer direkt mit einem besseren (Labor)Multimeter wie FLUKE Tastverhältnis messen kann, nimmt das.

Danach stellt man in Stellung Sinus die bestmögliche Kurvenform mit TR5 ein.
Wer hat, nimmt dafür eine Klirrfaktormessbrücke.
Mit Oszilloskop geht auch.
In einem späteren Beitrag werde ich zeigen, wie das mit einem einfachen Parallelschwingkreis geht.
Je nach Stellung TR5 verschiebt man die Kurvenform mehr nach Dreieck oder Rechteck.
Den Zacken auf dem Sinus bekommt man nicht ganz weg, ohne den Sinus zu verbiegen.

Wer keine entsprechenden Messmöglichkeiten für den Abgleich hat, übernimmt die Potistellungen in den Bildern.
Die Kurvenform ist dann ausreichend gut, nur halt nicht optimal.

Andreas

Bausatz funktioniert nicht?

Anbei eine kleine Fehlersuche.
Die LED muss leuchten, wenn die Betriebsspannung 12 Volt anliegt.
Ist dem nicht so, könnte die Betriebsspannung 12 V verpolt sein.
Weitere mögliche Fehlerquelle, D1 ist falsch herum eingelötet.
In beiden Fällen wird keine Stromaufnahme zu messen sein, D1 wirkt als Verpolungsschutz.
Der Spannungsabfall über D1 beträgt ca. 0,75 (0,6 bis 0,9) Volt.

Am Testpunkt 5V6 müssen 5,6 (5,3 bis 5,9) Volt zu messen sein, Spannung über der Zenerdiode.
Ist dort die Spannung ca. 1 Volt oder geringer, wird die Zenerdiode ZD1 verpolt sein.

Der Hersteller Pollin gibt maximal 150 mA Stromaufnahme an, meine Messung ergab 110 mA.
Die Stromaufnahme sollte sich ohne Last im Bereich 100 bis 120 mA bewegen.
Ist sie über 150 mA aber unter 250 mA, könnte es ein Fehler in der Endstufe sein.
Über R27 bis R30, Parallelschaltung, müssen ca. 5,6 V abfallen, halbe Betriebsspannung.
Ist der Spannungsabfall wesentlich höher, erklärt das eine Stromaufnahme > 150 mA.
Dann könnte T3, BD137, defekt sein, Kurzschluss.
An der Basis von T3 gegen Emitter müssen ca. 0,64 V zu messen sein und am Kollektor ca. 5,6 V.
Bei Stromaufnahme > 250 mA könnte der Elko C8, 470 µF verpolt sein.
Auch könnten die ICs verpolt sein, die dann ziehen, sofern in Fassungen gesteckt.
Ist ein IC der Übeltäter, sollte die Stromaufnahme der Schaltung ohne ICs kleiner 10 mA sein.

Andreas

Parallelschwingkreis für Abgleich

Man schaue sich die Bilder an, Schaltplan und Aufbau.
Ich schaute, was ich so lagermäßig an Induktivitäten habe.
Da lächelte mich eine Netzdrossel mit 18 mH an, richtige Größenordnung für 1 kHz.
Wie früher zu Fuß wollte ich nicht rechnen, machte ich online:
redcrab-software.com/de/Rechner/Elektro/ParallelSchwingkreis
Rein rechnerisch erhielt ich 999 Hz mit dreimal 470 nF parallel.
Tatsächlich war die Resonanzfrequenz etwas tiefer, Toleranz der Bauteile.

Kurz den ohmschen Widerstand der Spule gemessen, unter 1 Ω.
Damit erzielte ich eine Kreisgüte um die 100, nicht praxistauglich.
Die Bandbreite ist so gering, daß man mit F-grob nicht mehr einstellen kann.
Deshalb die Güte verringern, damit man mehr Bandbreite bekommt!
Mit dem Poti 22k kommt man einstellbar so etwa auf Güte < 10 bis 100.
Ich habe es mir nicht gemerkt, beim Oszillogramm dürfte Q knapp 20 gewesen sein.

-Platzhalter-

Schönerer Sinus

Da bin ich am überlegen, mir ist schon was eingefallen.
Momentan konzentriere ich mich auf das Signal, was an Pin10 bei IC4C eingespeist wird.
Gleich haben wir es 3 Uhr, irgendwann ist auch bei mir die Konzentration am Ende.
Oben der "Zackenbarsch", unten Glättungsmaßnahme.
Später mehr, wenn das ausgegoren ist.

Andreas

Frequenz und Spannung

IC1 (Option) ist nicht bestückt, die grüne LED arbeitet als Stabi.
Mittlerer Frequenzbereich, Frequenz auf ca. 1000 Hz eingestellt.
Direkt nach dem Einschalten, eine Minute, wandert die Frequenz um ca. 10 Hz, 1 %.
Kurz danach Messung über 20 Minuten mit FLUKE, MIN, MAX und AVG, Rechteck.
Minimum 1003,5 Hz, Durchschnitt 1004,1 Hz und Maximum 1007,5 Hz.

Anschließend Langzeitmessung über 12 Stunden, Raumtemperaturänderung < 0,3 °C
Minimum 1003,4 Hz, Mittelwert 1004,7 Hz, Maximum 1005,3 Hz

Gemessene Frequenzen, Poti F-fein noch nicht bestückt:


Brücke auf f-mittel, Einstellung 1 kHz und Sinus 1 Veff
Spannung von 74 Hz bis 3565 Hz ansteigend, ging von 987 bis 1034 mV, ca. 5 %.

Poti F-fein bestückt, mittlere Frequenz grob auf ca. 1 kHz eingestellt, BR offen:
Mit Poti F-fein lässt sich die Frequenz von 950 bis 1060 Hz einstellen, 11 %.

Andreas

Schaltungsänderung schönerer Sinus

Ich habe herumprobiert und eine recht einfache reversible Lösung gefunden.
Am Platinenlayout wird nichts geändert, es werden nur Bauteile hinzugefügt.
Im Schaltplan ist die Änderung grün eingezeichnet.
Es sind zwei grüne LEDs antiparallel und ein Folienkondensator 2,2 µF.
Wer will, macht die Sache schaltbar, durchaus empfehlenswert.
Kleiner Haken an der Sache, mit LEDs ist auch das Dreiecksignal abgerundet.
Ist der Schalter offen, ist natürlich das Dreieck wieder scharfkantig.

Zuerst versuchte ich es ohne den Koppelkondensator 2,2 µF, ging auch.
Teilweise hatte ich jedoch bei meinen Versuchen Symmetrieprobleme.
Die grünen Leuchtdioden selektierte ich zuletzt auf gleiche Flussspannung.
Als Anhaltspunkt, bei mir ca. 1,9 V bei 1 mA Strom.
Später mehr, auch Oszillogramme.

Andreas

Zweiter Teil, Oszillogramme

Im ersten Bild sieht man Rechteck und Sinus.
Damit will ich dokumentieren, daß der Parallelschwingkreis was taugt, Güte ca. 20.
Das Rechteck des Generatorausgangs liegt über ca. 2 kΩ am Schwingkreis an.

Im zweiten Bild sieht man scheinbar nur eine Sinuskurve.
Dem ist nicht so, ich brachte Generatorausgang und Filter auf bestmögliche Deckung.
Im dritten Bild wieder beide Kanäle, Signal Generatorausgang etwas kleiner.
Leider habe ich momentan keine Klirrfaktormessbrücke zur Verfügung.
Ich gehe davon aus, das Generatorsignal hat nach Verbesserung höchstens noch 0,1 % Klirr.
Um z.B. Bandmaterial einzumessen, reicht jetzt der Generator locker.

Andreas