Hallo Liebe Communitiy, ich will mit einem Kollegen im Rahmen eines Fh Projektes einen Funktionsgenerator bauen. Wir haben uns für eine Wien-Robinson-Brücke als Ozillator entschieden und für einen JFET zur Amplitudenstabilisierung. Unsere Simulation funktioniert bereits einwandfrei, nun stellt sich für uns allerdings die Frage was für konkrete Bauteile wir verwenden sollen. Dies bezieht sich hauptsächlich auf die Frage welchen Transistor und welchen OPV wir nehmen. Habt ihr vielleicht einen Tipp für mich? Wir haben uns für folgendes vorgegeben: Frequenzbereich: 1Hz...100kHz Klirrfaktor: 0, 01% Amplitudenstabilität: 1% Frequenzstabilität: 1% Und vielleicht weiß noch jemand wie man für diesen Bereich möglichst einfach aus einer Rechteck- Sinus- oder Dreiecksspannung eine Sägezahnspannung generieren kann.
Cait schrieb: > Klirrfaktor: 0, 01% Habt ihr denn ein Messgerät, mit dem ihr einen derart kleinen Klirrfaktor messen könnt? Für einen derartig weiten Frequenz- bereich nimmt man heutzutage eigentlich DDS-Chips.
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Für den guten Klirrfaktor auch bei hoher Frequenz wird man wohl einen relativ schnellen OP benötigen, ggf. noch irgendwas aus dem Bereich high End Audio. Super rauscharm muss nicht, aber halt klirrarm. Je höher die Frequenz, desto kritischer wird es. Der 2. Punkt ist dann der Gleichlauf des Poties, bzw. der Ersatzschaltung, damit der JFET nicht so viel nachregeln muss. Ggf. könnte man da auch einen Teil der Amplitudenregelung digital machen, damit es wenige Verzerrungen gibt, wenn große Gleichlauffehler ausgeglichen werden müssen. Der Frequenzbereich ist auch schon recht groß. Für 1 Hz wird es da mit den Kondensatoren ggf. unhandlich, wenn man mit den Widerständen nicht so hoch will.
Zuverlässing kann das nur ein DDS mit 16 oder mehr Bit Ausgangsbreite, der Akkumulator muß noch deutlich breiter sein, um auch bei 100 kHz die Frequenzschritte nicht zu weit wählen zu müssen. Trotzdem macht dann die analoge Ausgangsstufe immer noch genug Arbeit. Ein Prozent Schwankung in der Amplitude, das kann man machen. Aber 80 dB summierter Oberwellenabstend, das ist ein Brocken. Mit einem Spektrumanalysator wie dem HP 3585 oder einem R&S FSU kann man noch eine Größenordnung besser messen als hier verlangt. Einfach wird es ber keinesfalls. Tip: Bei einer recht hohen Folgefrequenz der digitalen Ausgabe und er nachfolgenden Filterung kann man schon ein wenig herausholen.
Wenn man beim Klirrfaktor ein paar Abstriche macht, könnte man einen DDS Chip nehmen. Wenn es aber auf den guten Klirrfaktor ankommt, dann wird es nicht so einfach das per DDS zu erreichen. 100 kHz sind nicht so super schnell, das könnt ggf. sogar noch im Bereich einer Softwarelösung mit schnellem µC und 14-16 Bit DAC liegen. Die Wien Brücke ist aber auch nicht unmöglich und auch nicht so schwer. Die Schwächen sind halt bei der Frequenzstabilität und der Amplitude, aber da sind die Anforderungen ja auch recht gering. Das Schwierige Teil ist vermutlich ein guter Stereo Poti, damit der Gleichlauf gut ist. Eine Low-cost Lösung mit guten Daten wären Stufenschalter auch für den groben Teil der Widerstände - nur die Bedienung ist dann eher gewöhnungsbedürftig. Wenn die Simulation schon funktioniert, hat man ja im Prinzip auch einen Plan, und weiss was man an Teilen braucht.
Hallo, natürlich lässt sich ein Klirrfaktor von 0,01% problemlos mit einem Wien-Robinson Generator erreichen. Entscheidend ist die Slew-Rate des Verstärkers (obere Grenzfrequenz) und ein möglichst guter Gleichlauf der beiden RC-Glieder (Klirrfaktor). Habe hier zur Info mal einen Versuchsaufbau mit Messungen aus dem Jahre 1978/79 drangehängt. Dafür habe ich damals einen ordinären Stereo-Chip TBA231 (SN76131) verwendet. Die Schaltung erreichte damit k <=0,01% von 10Hz bis 15kHz - gemesssen mit einem HP339A (Messbereich bis 90db = 0,003%). Diese Werte wurden mit einem Stereo-Poti erzielt, dessen Gleichlauf alles andere als optimal war. Die HP-Geräte verwendeten daher für einen sehr guten Gleichlauf einen Doppeldrehko (mit FET-Eingang bei ca. 30MOhm), um den Regelungsgrad extrem niedrig zu halten. Solche kleine Klirrfaktoren kann man heute zumindest im NF-Bereich bis 20kHz auch bequem mit einer 24bit Soundkarte messen (als Spektrumanalysator). 100kHz sind sicher zu erreichen mit einem entsprechend schnellen Verstärker. Eine Herausforderung sehe ich bei der unteren Frequenzgrenze von 1Hz. Hier wird eine stabile Regelung mit einer vertretbar langen Einschwingzeit schon sehr kritisch (PID-Regelung). Für Dreieck/Rechteck würde ich einen separaten Generator vorsehen, z.B. mit dem XR2206. Horst
Eine Sägezahnspannung würde ich auch eher mit einem separaten Generator erzeugen, wenn es sein muss als PLL an das Rechteck anhängen.
Cait schrieb: > Und vielleicht weiß noch jemand wie man für diesen Bereich möglichst > einfach aus einer Rechteck- Sinus- oder Dreiecksspannung eine > Sägezahnspannung generieren kann. Eigentlich ist Wien-Robinson nicht mehr zeitgemäss, und wenn man so viele Kurvenformen gaben will nimmt man erst recht DDS. Aber aus Sinus macht man Rechteck per Komparator und aus Rechteck macht man Dreieck und Sägezahn per Integrator. Für 0.01% Klirr bis 100kHZ tut es schon ein TL071 wenn er nicht zu sehr verstärken muss, denn es spielt keine Rolle wenn er bereits mit der Verstärkung nachlässt - die Amplitude wird ja nachgeregelt. Als Integrator bis 100kHz ist er aber viel zu langsam.
Um einen kleinen Klirrfaktor zu erreichen wird der Verstärker schon einiges an Loop Gain gebrauchen. Das nachregeln der Amplitude hilft da gar nicht, es verhindert nur das durch die Amplitudenbegrenzung viel zusätzliche Verzerrungen dazu kommen. Bei einem JFET OP kommt noch das Problem einer nichtlinearen Eingangskapazität dazu. Das könnte je nach Auslegung bei den höheren Frequenzen und damit kleinen Kapazitäten ein Problem werden. Selbst ein ausgesprochener Audio OP wie OPA134 hat bei 100 kHz als x3 Verstärker schon Probleme die 0,01% Klirr zu schaffen. Ich würde da ggf. sogar schon so etwas wie AD8051 in Betracht ziehen, auch wenn man nur 100 kHz braucht und keine 100 MHz.
Cait schrieb: > ich will mit einem Kollegen im Rahmen eines Fh Projektes einen > Funktionsgenerator bauen. Wir haben uns für eine Wien-Robinson-Brücke > als Ozillator entschieden und für einen JFET zur > Amplitudenstabilisierung. Wie MaWin schon sagte, nicht mehr zeitgemäss. Das wäre etwas für die 80iger Jahre gewesen. Was will man aus diesem nostalgischen Projekt lernen? mfg klaus
Klaus Ra. schrieb: > Wie MaWin schon sagte, nicht mehr zeitgemäss. Das wäre etwas für die > 80iger Jahre gewesen. Was will man aus diesem nostalgischen Projekt > lernen? Wie Analogtechnik funktioniert. Ich habe angesichts der Fragen im Forum sehr oft den Eindruck, daß analoge Schaltungstechnik kaum noch gelehrt (oder gelernt) wird. Mit einem Arduino wollen alle basteln. Mit OPV oder gar Transistoren kaum noch einer. Den Widerspruch sehe ich hauptsächlich in dem Wort "Funktionsgenerator". Denn darunter versteht man ja einen Generator der mehr als nur einen Sinus zu liefern vermag. Und wenn man diesen Anspruch hat, dann ist die Wienbrücke von vorn herein draußen. Der andere klassische Ansatz für einen solchen Generator ist die Integrator-Schmitt-Trigger Schleife, optional mit Sinusformer. Sowas kann man ja (wegen des Lerneffekts, wissen schon) durchaus auch mit OPV aufbauen. Statt die vollintegrierten Varianten (XR2206, MAX038) zu bemühen. XL
> Wie MaWin schon sagte, nicht mehr zeitgemäss. Das wäre etwas für die > 80iger Jahre gewesen. Was will man aus diesem nostalgischen Projekt > lernen? Wie Analogtechnik funktioniert. Da tut sich naemlich gerade eine immer groesser werdende Bildungsluecke auf. Dabei sollte das eigentlich die Grundlagen sein auf die alles andere aufbaut. Olaf
Wenn man wirklich die Anforderungen wie oben hat, ist der Wienbrücken-generator schon keine so schlechte Wahl. Bis 20 kHz könnte man natürlich auch einfache eine nicht ganz schlechte Soundkarte nehmen - 100 kHz werden da aber eher nicht gehen.
Also als erstes mal ein ganz großes Dankeschön für die vielen schnellen und aufschlußreichen Antworten. Wir wollen die Schaltung analog aufbauen, da dies für das Projekt schon so feststeht. in erster Linie geht es bei dem Projekt nicht darum einen perfekten Funktionsgenerator zu bauen, sondern viel mehr darum einiges über analoge Schaltungstechnik zu lernen. So sind auch die Vorgaben zu verstehen, wir streben an diese Bereiche einzuhalten, aber wenn es mit vertretbarem Aufwand nicht geht, werden wir unsere Vorgaben herunter schrauben müssen. Die Wien-Robinson-Brücke steht schon und davon werden wir auch nicht mehr abrücken. Wir bauen allerdings parallel einen Funktionsgenerator mit einem XR2206 um etwa abschätzen zu können, wie gut unser Funktionsgenerator ist. Da der Stoff an den FHs allerdings mittlerweile ziemlich theorielastig ist und die Labore/Praktikas meist aus vorgefertigten Versuchen bestehen, die einfach nach Anleitung durchgeführt werden, fehlt (zumindest bei mir) die Kenntniss über konkrete Bauteile. Am meisten würde mir in erster Linie helfen wenn einer von euch schreiben könnte: Ich würde Transistor/OPV X verwenden, falls der nicht zu bekommen ist gäbe es noch Y und Z. Ich kenne mich wie gesagt leider absolut nicht mit Transistor Baugruppen aus :/ Vielen Dank schon mal im voraus
Cait schrieb: > Wir wollen die Schaltung analog aufbauen, da dies für das Projekt schon > so feststeht. in erster Linie geht es bei dem Projekt nicht darum einen > perfekten Funktionsgenerator zu bauen, sondern viel mehr darum einiges > über analoge Schaltungstechnik zu lernen. So sind auch die Vorgaben zu > verstehen, wir streben an diese Bereiche einzuhalten, aber wenn es mit > vertretbarem Aufwand nicht geht, werden wir unsere Vorgaben herunter > schrauben müssen. In diesem Fall halte ich die Vorgaben generell für sinnlos. Wenn es um den Lerneffekt geht, dann solltet ihr einfach eines der klassischen Konzepte aufbauen und untersuchen. Das Konzept könnte z.B. "Wien-Brücken Generator" heißen. Und dann nehmt ihr euch einfach irgendeinen OPV aus der Schublade, sucht dazu zwei gleiche Kondensatoren und zwei gleiche Widerstände die eine gut beherrschbare (auch: meßbare) Frequenz ergeben und baut das auf. Ob man zur Amplitudenregelung nun einen Kaltleiter (klassisch: Miniatur- Glühlämpchen) nimmt oder Dioden in der Rückkopplung oder einen SFET - geschenkt. Baut am besten alle 3 Varianten mal auf und testet wie die sich jeweils verhalten: 1. Anschwingfreudigkeit 2. Amplitudenkonstanz 3. Klirrfaktor Im nächsten Schritt würde man dann entweder die Widerstände durchstimm- bar machen (Stereo-Poti). Oder die Kondensatoren (Drehko aus einem alten Mittelwellen-Tuner). Und wenn es dann bei höheren Frequenzen nicht mehr geht, mal den OPV tauschen. Bei der Gelegenheit könnt ihr dann auch gleich ausloten, wieviel Durchstimmbarkeit pro Bereich machbar ist. Ob 10:1 oder 30:1 oder 100:1. Denn 1Hz bis 100kHz muß man definitiv mit mehreren Bereichen machen. Aber prinzipiell: machen! Nicht im Forum fragen. Nicht simulieren. Aufbauen und messen! Erfahrung kriegt man dadurch, daß man etwas macht. Die typischen Labor- "Versuche" an der Hochschule helfen dabei überhaupt nicht, weil man da ja nur versucht, ein vorgegebenes Ergebnis zu wiederholen. Dabei lernt man aber nichts (außer natürlich, wie man bereits begangene Wege nochmal geht). XL
Vom Aufbau wird man wohl in Stufen etwa 1:10 umschalten (Kondensatoren oder Widerstände) und dann den Bereich 1...12 per Poti der Drehkondensator einstellen. Schon 1...10 erfordert einen guten Poti oder viel nachregeln. Welche Teile man nimmt, hängt von der Schaltung ab. Wenn man die ICs sockelt, kann auch leicht austauschen und es etwa mit einem LM358, NE5532 und OPA2134 probieren. Mit den letzten beiden hätte man ggf. eine Chance den Klirrwert zu erreichen.
Cait schrieb: > Wir haben uns für eine Wien-Robinson-Brücke > als Ozillator entschieden und für einen JFET zur > Amplitudenstabilisierung. Unsere Simulation funktioniert bereits > einwandfrei, nun stellt sich für uns allerdings die Frage was für > konkrete Bauteile wir verwenden sollen. Hallo, wahrscheinlich habt Ihr schon im Internet gesucht. Hier denoch einige Links: Die Hobby - Bastelecke: Ein einfacher Wien-Robinson Oszillator http://www.hobby-bastelecke.de/projekte/signalgenerator_wien.htm Der basiert auf "A classic Wien Bridge oscillator using an Op-Amp covering a frequency range of 15 to 150kHz in four switched steps." von Andy Collinson http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Testgear/sinegen.htm ... die unendliche Suche nach dem reinen Sinus Ultra Low Harmonic Distortion 10kHz Oszillator mit -160dBc http://www.amplifier.cd/Technische_Berichte/Amplifier_reiner_Sinus/Amplifier_reiner_Sinus.htm Budget Wien bridge oscillator with low THD http://myelectrons.com/wien-bridge-oscillator-low-thd/ WIEN Bridge Oscillator http://users.otenet.gr/~athsam/wien_bridge_oscillator.htm
Hallo, was passiert in Eurer Simulation, wenn der Benutzer den Frequenzregler sehr schnell dreht und das Stereopoti, dass diesen Regler darstellt, keine ideale Gleichlaufgenauigkeit hat? Mich würde nämlich interessieren, wie ihr die Regelschleife für die Amplitudenstabilisierung ausgelegt habt. Bei meinen bisherigen Versuchen (mit Spice), gute Daten hinsichtlich stabiler Amplitude, niedriger Klirr und kein "Pumpen" zu bekommen bin ich bisher immer an dem Punkt gelandet, dass die Amplitudenregelung entweder sehr langsam war oder instabil. Was ich eigentlich fast immer beobachtet habe, war dass der Oszillator nach Frequenzwechseln zeitweise völlig übersteuert - eben so lange, bis die Amplitudenstabilisierung nachgeregelt hat. Währenddessen hatte ich dann statt Sinus zeitweise ein Rechteck und/oder eine viel zu hohe Amplitude am Ausgang. Für ein solides Universalgerät ist mir das persönlich zu hässlich, aber vielleicht bin ich da einfach nur zu empfindlich. Grüße, Stephan.
Stephan M. schrieb: > Mich würde nämlich interessieren, wie ihr die Regelschleife > für die Amplitudenstabilisierung ausgelegt habt. Sehr gute Frage. > Bei meinen bisherigen Versuchen (mit Spice), gute Daten > hinsichtlich stabiler Amplitude, niedriger Klirr und kein > "Pumpen" zu bekommen bin ich bisher immer an dem Punkt > gelandet, dass die Amplitudenregelung entweder sehr langsam > war oder instabil. Das ist normal - und einer der großen Nachteile des Generators mit Wien-Brücke. > Was ich eigentlich fast immer beobachtet habe, war dass der > Oszillator nach Frequenzwechseln zeitweise völlig übersteuert - > eben so lange, bis die Amplitudenstabilisierung nachgeregelt > hat. Das ist mehr oder weniger auch normal. Mein alter Clamann&Grahnert GF21 hat das auch. > Währenddessen hatte ich dann statt Sinus zeitweise ein Rechteck > und/oder eine viel zu hohe Amplitude am Ausgang. Ganz so schlimm (Rechteck) ist es bei mir nicht, aber die Amplitude schaukelt ganz schön, bis sie wieder stabil ist (Regelschwingungen). > Für ein solides Universalgerät ist mir das persönlich zu hässlich, > aber vielleicht bin ich da einfach nur zu empfindlich. Ist hässlich, aber prinzipbedingt. Die Literatur (Tietze/Schenk) sagt dazu, das sei ein "parametrischer Effekt" (--> parametrischer Verstärker). Für den LC-Schwingkreis ist das relativ einfach erklärbar und gut vorstellbar: Im (ungedämpften) Schwingkreis pendelt ja eine gewisse Blindleistung zwischen L und C und führt z.B. nach W = 1/2CU^2 zu einer bestimmten Spannung am Kondensator. Ändert man den Kondensator plötzlich, dann muss dieselbe im Kondensator gespeicherte Energie zu einer anderen Spannung führen. Analogie: Fadenpendel. Wenn man beim zunächst frei schwingenden Pendel die Fadenlänge plötzlich verkürzt, vergrößert sich der Auslenkungswinkel stark. Die gespeicherte Energie kann nicht plötzlich verschwinden.
Wenn es wirklich ein kleiner Klirrfaktor sein soll, kannst Du mal hier schauen: http://scopeboy.com/scopeblog/?tag=distortion oder http://www.tech-diy.com/TestEquipment/SG505/SG505_Oscillator.gif gk
Hallo, wenn es noch ein Thema ist. LT hat aktuell einen Demo Circuit herausgegeben. LT1028/LT1055/LT1634 Demo Circuit - Super Low Distortion Variable Sine Wave Oscillator Hier der Link dazu: http://www.linear.com/docs/45649 Es ist das ASC-File was mit LTSpice zu öffnen ist. Nach einer Beschreibung dazu habe ich nicht gesucht. mfg klaus
Klaus Ra. schrieb: > LT hat aktuell einen Demo Circuit > herausgegeben. "Aktuell" ist gut. Auf http://www.linear.com/solutions/1623 steht oben "Super Low Distortion Variable Sine Wave Oscillator Nov 1st 1983" :-)
Angehängte Dateien:
Hallo, Lt sendet mir "New Product Releases From Linear Technology Corporation". Dort war unter "New LTspice IV Demo Circuits" das Simu-File verlinkt. Das LT etwas von 1983 noch einmal auffrischt passt ja hier zum FH-Thema. Zumindest hat man die Schaltung in der Simu leicht verändert. Wenn ich daran denke womit ich 1983 gearbeitet habe, dann muss man von LT den Hut ziehen, alle Achtung. Aber vermutlich waren die IC damals für den Bastler nicht bezahlbar. mfg klaus
http://www.linear.com/docs/45649 Das ist eine Entwicklung von Jim Williams und diese wird in der AN43 näher beschrieben. Es geht dort dann noch zwei Schaltungen weiter bis runter auf 0,0003 %. Wobei, er hält das Lämpchen allerdings immer noch für ziemlich genial. http://www.linear.com/docs/4134 Mit besten Grüßen und viel Spaß Murmelchen
Das Lämpchen ist auch gar nicht so schlecht, vor allem bei etwas höheren Frequenzen ist es recht gut linear im Vergleich zum JFET. Der Nachteil beim Lämpchen ist halt, das man die Zeitkonstante nicht gut anpassen kann. Entsprechend wenig Optionen hat man bei der Regelschleife für die Amplitude. Vor allem kriegt man die Amplitudenregelung nur schwer schneller als die Thermische Trägheit der Lampe. Langsamer und mehr Gain geht im Prinzip, indem man die Lampe noch einmal extra Regelt, etwa mit zusätzlichem Gleichstrom.
> Das Lämpchen ist auch gar nicht so schlecht, vor allem bei etwas höheren
Frequenzen ist es recht gut linear im Vergleich zum JFET.
Die 1Hz unter Grenzfrequenz sind eh nicht "prickelnd", weil der Regler
dann extrem langsam sein muss. Nach jeder Frequenzverstellung sitzt man
dann 1 Minute oder noch länger da bis die Amplitudenregelung fertig ist.
Bei niedrigen Frequenzen hat man eine lange Regelzeit. Da ist die Wienbrücke nicht so toll. Für ein Überungsprojet aber nicht so schlimm. Damit man die sehr langsame Regelung nicht auch bei den höheren Frequenzen hat, sollte man die Amplitudenregelung auch umschalten - so dass man die extrem langsamen Zeitkonstanten nur bei den niedrigen Frequenzen hat. Eine gute (d.h. vergleichsweise schnelle) Amplitudenregelung wird da schon zur Herausforderung.
Hallo, mal eine grundlegende Frage. Erzeugt man die Frequenz rein mit dem µC oder nimmt man dafür ein Signal-IC, zum Bsp. AD9833 und steuert das nur noch mit dem µC? Wie ist da die grundlegende Herangehensweise? Ich meine, wenn ein µC mit 16MHz taktet, kann man ja im besten Fall eine Rechtecksignal mit 8MHz ausgeben. Bei Sinussignal dann nur noch im kHz Bereich, wenn überhaupt.
Checker schrieb: > Erzeugt man die Frequenz rein mit dem µC oder nimmt man dafür ein > Signal-IC, zum Bsp. AD9833 und steuert das nur noch mit dem µC? Kommt auf die Frequenz an, die du erzeugen musst. Bei 8MHz natürlich ein DDS-IC wie AD9833. Bei Audiofrequenzen kann ein uC mit A/D-Wandler ausreichend sein. Bei noch geringeren Frequenzen (Sinus für 50Hz Wechselrichter) eventuell PWM als A/D-Wandler.
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