Генератор звуковых частот с малыми искажениями

[andrew_spb]

Да и покупать что-то, заказывать... не хотелось. В кладовке куча деталек валяется, да и неплохих вполне.

Вместо лампочки вообще-то положен термистор... Но кстати, генератор Майорова из Р86 - очень себе ничего... и в качестве задающего элемента там используется блок КПЕ от радиоприменика, ему "ручным способом" можно убрать ассиметрию до 0,5%, подгибая пластинки. Но если надо уже "совсем сверх" - то перестраиваемые выходные фильтры вам в руки.. как и генератор на биениях.

[Wal]

Всем привет,

 

Генератор, который выбрал Валерий, из Радио №4 1988, стр 46, я собрал в начале девяностых и до сих пор использую с удовольствием. Реально работает до 1 МГц, без искажений синусоиды и на прямоугольнике хорошие фронты, без выбросов (но у меня согласованный щуп осциллографа). Из доработок - только умощнил, недавно, выходной ОУ ДА2, комплиментарной парой транзисторов КТ315 КТ361, с цепью смещения на паре диолов, как сделано у Е. Лукина в статье "Генератор синусоидального напряжения со сверхнизким коэффициентом гармоник" Радиохобби №5 1999 стр. 40. Если задача именно в сверхнизком КНИ син. генератора, это статью, наверное, нужно прочитать очень внимательно. Мне показалось, что Лукин разбирается в предмете очень глубоко.

Вооот. Схема рабочая. В умощнении не вижу смысла, так как сегодня доступны импортные качественные ОУ (которые будут лучше наших даже умощненных).

Лукина прочёл два раза :smile:. Ну нет у меня аналоговых перемножителей. Вот и терзаю полевики. Наверное, попробую ещё и с лампочкой....

[Гость avals]

Вместо лампочки вообще-то положен термистор...

Кем положен? :smile:

 

Для стабилизации амплитуды колебаний нужен элемент, проводимость которого зависит либо от приложенного к нему напряжения (лампа накаливания, термистор, диод), либо от внешнего сигнала управления (полевой транзистор, оптрон, аналоговый перемножитель).

Из всего перечисленного только лампа накаливания имеет практически идеальную линейность, в смысле минимума вносимых гармоник. В том числе и на высоких уровнях сигнала. Основной её недостаток - низкоомность и, как следствие, затруднённость применения в ламповых схемах. Там более прижились термисторы, просто по причине высокоомности. Потом, из ламповых генераторов термисторы перекочевали в транзисторные. Но не стали законом. Пример качественного промышленного генератора с лампой накаливания в цепи стабилизации амплитуды я приводил. Правда, основная масса полупроводниковых генераторов имела стабилизацию на ПТ. Но и гармоники, примерно на порядок, повыше.

 

Генераторы на биениях никогда не были прецизионным, в смысле гармоник, источником. Скажем, Г3-124, имеющий возможность на одном диапазоне перекрыть полосу от 2 Гц до 200-т кГц, имеет КНИ 0,2 - 1%, в зависимости от частоты. У подобных генераторов совсем другое предназначение.

 

Хорошим примером точного источника может служить Г3-121 с КНИ на звуке 0,02 - 0,03%. Там применена Т RC цепь, как частотозадающий элемент и ПТ в цепи стабилизации амплитуды. Правда схема далеко не для конструкции выходного дня.

Изменено 28 Апреля, 2015 в 21:02 пользователем avals

[Гость avals]

Наверное, попробую ещё и с лампочкой....

Если с лампочкой - желательно поискать высоковольтную и небольшой мощности. Я использовал 130 V 2.4 W

 

 

Её сопротивление колеблется от 690 Ом в холодном состоянии до 3,3 кОма при 24-х Вольтах.

Наиболее оптимально для Вашей схемы поставить её на место R4, естественно, убрав ПТ, а величину R5 выбрать 1,5 - 2 кОм, что даст выходное напряжение в 1,5 - 5,5 Вольта при достаточной высокоомности цепи.

 

За отсутствием таковой можно поэкспериментировать с коммутаторными лампами на 48 Вольт, включив 2 - 3 последовательно.

 

[Wal]

Эх блин, такие лампочки я то ли повыкидывал, то ли нашёл им достойное применение. В общем, нету уже...

 

А вот в этой схеме используется довольно низкоомная лампочка (всего 25 Ом в холодном состоянии) и по уверению автора на 1кГц

он получил искажения всего 0,0003%

Но мне нужен именно перестраиваемый генератор.

Т.е. либо попробовать эту схему сделать с переключателями, либо как-то совместить эти две схемы.

Боюсь, до макетной платы доберусь только в выходные....

 

P.S. Даже если автор на один ноль ошибся, всё равно неплохо получается :smile:

Изменено 29 Апреля, 2015 в 05:36 пользователем wal

[Гость avals]

Но мне нужен именно перестраиваемый генератор.

Перестраиваемый генератор или на фиксированную частоту - на выбор схемы стабилизации это не влияет. Просто возможности по поддержанию стабильного выходного напряжения у них разные.

Лампы, хоть и линейны, имеют небольшую крутизну dR/dU, в отличие от термисторов и, тем более, ПТ, но существенно лучше работают при высоких напряжениях. Поэтому, для получения высокой стабильности выходного напряжения при малых гармониках надо применять хорошо согласованный элемент управления. Из за этого чаще применяют КПЕ. А если сдвоенные резисторы - то проволочные.

 

Высокоомность лампы не критична - лишь бы усилитель генератора смог работать на такую нагрузку. В одной из промежуточных конструкций я применял миниатюрные лампочки на 12 Вольт от подсветки магнитофона, 2 - 4 последовательно. Тоже неплохо получилось.

 

 

Чтобы избежать проблем с согласованностью резисторов, надо применять схемы на фазовращателях, коэффициент передачи которых не зависит от разброса регулирующего элемента. Примеры я приводил в сообщении № 8.

К стати, если в последней схеме поменять местами С1, С3 с R3, R6 и убрать R11, то можно использовать для перестройки частоты КПЕ от приёмника. Только его, плату генератора и переключатель диапазонов нужно экранировать, чтобы не нахвататься наводок. Для широко распространённого конденсатора 12 - 495 пФ надо параллельно подключить ёмкости 36 пФ и использовать резисторы 15,8 МОм для диапазона 19 - 210 Гц. Резисторы первого диапазона я делаю не отключаемыми для уменьшения коммутационных помех, а номинал остальных выбираю с учётом их параллельного включения. Скажем, 1,755 МОм для второго диапазона и т.д.

[Гость avals]

В Радио №5 за 1989 был описан генератор с весьма неплохими параметрами и перестройкой одним резистором.

 

 

К стати, вот спектр модернизированного ГРН-1

 

 

 

 

Добавлено после раздумий:

 

[Гость avals]

Может пригодится кому.

 

 

[mvv]

В своей лаборатории я также использую генератор Е. Невструева (Невструев Е. Генератор сигналов ЗЧ. – Радио, 1989, №5, с. 67 – 69).

 

Ультранизкие искажения проще получить в генераторе на фиксированную частоту. Такие схемы были представлены выше.

 

Трудность получения колебаний с малыми искажениями формы заключается в том, что сам генератор является нелинейной системой, в которой для обеспечения колебаний необходим усилитель с присущими ему искажениями. Одним из эффективных путей решения задачи построения RC-генераторов с малыми нелинейными искажениями является использование высокодобротного избирательного усилителя (режекторной цепи) и разнесение контуров генерирования колебаний и регулировки амплитуды [1].

 

В качестве режекторной цепи целесообразно применять схемы, изображенные на рис. 1. Для этих цепей чувствительность коэффициента передачи на частоте квазирезонанса к относительному изменению параметров элементов (при перестройке частоты, температурном изменении или старении) минимальна. Если для перестройки частоты используется строенный переменный резистор (рис. 1а), то разброс его сопротивлений будет влиять в десять раз меньше, чем в схеме Вина или двойного Т-моста. Отметим также, что режекторная цепь, изображенная на рис. 1а применена в одном из лучших отечественных генераторов Г3-118 [2]. Схему, изображенную на рис. 1б можно использовать при перестройке частоты конденсатором переменной емкости.

Принципиальная схема генератора с малым коэффициентом гармоник изображена на рис. 2 и 3 [3], ее основой послужила схема генератора Г3-118. Генератор состоит из дифференциального усилителя ДУ с двумя цепями отрицательной обратной связи и регулируемой частотнонезависимой положительной обратной связи. Одна из цепей R частотнонезависимая, другая содержащая активный режекторный фильтр АРФ, является частотозадающей RC – цепью. На частоте режекции, определяемой соотношением fг=sqrt(3)/(2пsqrt(RC)), где R и C – элементы частотозадающей цепи, рис. 1 коэффициент передачи цепи, содержащей АРФ, стремится к нулю. В этом случае ДУ остается охваченным положительной и отрицательной частотонезависимыми обратными связями, коэффициенты передачи которых обеспечивают генерирование схемой синусоидального сигнала с частотой fг режекции АРФ. На других частотах, отличных от частоты режекции, глубина отрицательной обратной связи возрастает и тем самым обеспечивает эффективное подавление в выходном сигнале генератора высших гармонических составляющих.

В отличие от рассмотренных ранее, в данной схеме уровень пульсаций напряжения управления сопротивлением полевого транзистора VT1 практически не связан с коэффициентом «петлевого» усиления. Это позволяет обеспечить малый уровень «модуляционных» искажений при максимальной стабильности выходного напряжения генератора.

 

При использовании дискретной частотозадающей цепи схема, показанная на рис. 2, 3 имеет следующие характеристики:

Диапазон частот 1 Гц – 100 кГц.

Выходное напряжение 10 мВ – 10 В.

Коэффициент гармоник менее 0,002% в диапазоне частот 100 Гц до 50 кГц и менее 0,005% в остальном диапазоне частот.

Нестабильность выходного напряжения менее 0,01%.

 

1. Рыбин Ю.К., Литвак Э.С. Стабилизированный RC-генератор гармонических колебаний с малыми искажениями. // Известия вузов. Серия «Приборостроение», 1980, №11, с. 57-60.

2. Генератор сигналов низкочастотный Г3-118. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1988.

3. Мосягин В. Генераторы звуковой частоты // Избранные конструкции и схемы. Решения для дома и офиса / Гриф А.Я. (автор – составитель, серия «СОЛОН – радиолюбителям», выпуск 27). – М.: СОЛОН - Пресс, 2005. – 200 с. (с. 116 – 136).

[Гость avals]

Прямо научное исследование! Даже с библиографией!

 

Я не стал упоминать этот генератор по двум причинам - относительная сложность схемы и, главное - дискретность перестройки частоты, обусловленная необходимостью согласованно изменять три регулировочных элемента, к тому же, находящиеся в строгом соотношении. Повторение подобной конструкции в домашних условиях вряд ли целесообразно. Хотя генератор, безусловно, хорош.

 

Наличие такого прецизионного источника дома не столь необходимо. Сверхнизкие КНИ можно мерять по Лукину или воспользовавшись векторным индикатором НИ Акулиничева, описаным в Радио, 1977, № 6, с. 42 и 1983, № 10, с.42. Последнее решение хорошо тем, что не привязано к конкретной частоте измерения и позволяет использовать генераторы с несложно достижимым КНИ в 0,02 - 0,05%.

Кроме того, в наш дом пришла цифра 192 кГц / 24 бита. К примеру, моя ESI Juli@ в этом режиме обеспечивает уровень шума, -105.1 дБА и гармонические искажения 0.0008% при работе "сама на себя". Этого более чем достаточно для большинства "домашних" измерений.

Впрочем, я немного отклонился от темы.

 

Информация Владимира очень интересна, как минимум с познавательной точки зрения. И как знать - может кто то решиться воплотить это в "железе". Вопрос с плавностью перестройки частоты можно решить, применив строенный КПЕ от радиоприёмника по схеме рис.1 б. Правда, надо будет позаботиться о его тщательной экранировке, чтобы не нахвататься наводок.

[Гость avals]

В плане познавательной информации могу добавить HAMEG HM8037 Sine Wave Generator с весьма высокими параметрами (КНИ на 1 кГц <= 0,005%) и несложной схемой, правда, содержащей аналоговый перемножитель AD633 в цепи стабилизации.

_https://www.sm5cbw.se/hameg/hm80/hm8037-serv.pdf.

Впрочем, при некоторой смекалке, его можно заменить той же лампочкой.

 

К нему, до пары, HAMEG HM8027 DISTORTION-METER. Способен измерять КНИ 0,01 - 50% в звуковом диапазоне. Предварительная настройка на частоту ручная, при отклонении менее 15-ти %% происходит автоматический захват частоты системой ФАПЧ. При этом схема весьма не сложна. _https://www.sm5cbw.se/hameg/hm80/hm8027-serv.pdf

 

И ещё один весьма милый малыш HEATHKIT IG-5282 AUDIO-GENERATOR

 

 

Прост, как детекторный приёмник. Правда данных по искажениям найти не удалось.

 

 

Ещё одно детище от Heathkit - Model IG-5218 Sine-Square Audio Generator

Интересен тем, что вообще не имеет специальной цепи стабилизации амплитуды, но обеспечивает стабильность выходного напряжения +/- 1 дБ в диапазоне 10 Гц - 100 Кгц при КНИ <0,1% в звуковом диапазоне.

Сервис мануал со схемой и методикой настройки _https://www.tauntek.com/heathkit-ig-5218.pdf

[mvv]

Повторение подобной конструкции в домашних условиях вряд ли целесообразно.

Не слушайте! Отнеситесь как к шутке Михаила Жванецкого о том, что если не интересует результат, можно ничего и не делать!

 

Пост #21 полностью соответствует заданному вопросу: «По какой схеме можно собрать генератор звуковой частоты с низкими искажениями на доступной элементной базе?»

 

Генератор у меня в лаборатории более 10 лет, собран также несколькими студентами (понятно, что теперь уже бывшими).

При подборе элементов частотозадающей цепи налаживание не сложнее генератора с мостом Вина.

 

Кстати, в моем экземпляре генератора реализована также и отключаемая плавная регулировка частоты в небольших пределах с помощью одного резистора. Кто действительно заинтересуется конструкцией, пишите в личку.

 

Рекомендую ознакомиться с литературой [3] поста #21, в ней приведен по сути дела отличный учебный материал по проектированию генераторов звуковой частоты на операционных усилителях.