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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Überlegungen Funktionsgenerator


Autor: N. K. (bennjo)
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Hallo,
ich tüftle grade an einem Funktionsgenerator für den Hobby-Bereich.
Mich würde interessieren was ihr davon haltet:

Meine Ziele:
+ Rechteck, Dreieck, Sinus
+ 50Hz bis 500KHz
+ Amplitude 0 bis +-15V
+ Zusätzlicher Rechteck PWM-Ausgang mit MOSFet-Treiber (max. 62KHz)
+ Ansteuerung über ein PC-Program
+ Dadurch variable Sollwerte (Sweeping etc... )

Überlegungen:
Da ich bei der Sache was lernen will, will ich keinen fertigen DDS Chip 
oder gar Frequenzgenerator-IC verwenden. Zunächst dachte ich daran die 
DDS selbst zu machen...aber bei 8Bit und 16MHz am Atmega8 rücken die 
500KHz in weite Ferne.

Die andere Überlegung war die DDS mittels einem statischen Ram + 
AD-Wandler + Zähler-IC für die Adresse, zu realisieren. Kam mir aber 
dann doch etwas umständlich vor. Vor allem bis ich das RAM erstmal mit 
Daten gefüttert hab...

Nun habe ich hier einen Analogen OP-Basierten Generator aufgebaut. Also 
Integrator + Schmitt-Trigger für Rechteck und Dreieck. Danach dann noch 
ein Sinus-Netzwerk mit 6 Knickpunkten. Die Steuerung durch den µC müsste 
mit digitalen Potis, oder DA-Wandlern geschehen. Hier bekomm ich mit der 
Einstellung der Frequenz aber an ein Genauigkeitsproblem (10 Bit). Da 
muss ich mir nochwas überlegen.

Die zusätzliche MOSFet-PWM will ich direkt mitm µC realisieren - das ist 
das kleinste Problem.

Eigentlich will ich versuchen im Großen und Ganzen OHNE Spezialbauteile 
auszukommen.

PC-USB-RS232 ist genauso wie die PC-Programmierung eh kein Thema, da hab 
ich Erfahrung.

Nun wär ich sehr froh, wenn hier erfahrene Funktionsgeneratoren-Bauer 
ihren Senf dazu geben würden :-) Wahrscheinlich bin ich sowiso auf dem 
Holzweg...

Gruß,
Nikias

Autor: jack (Gast)
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Autor: N. K. (bennjo)
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Ja natürlich...ist auch schon ein sehr schönes Projekt! Aber die 
maximale Frequenz reicht mir nicht...

Autor: jack (Gast)
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Welche Frequenz erreichst Du denn zur Zeit mit Deinem analogen
Dreieckgenerator?

Autor: N. K. (bennjo)
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naja...ich hab derzeit AD847JN Opamps (50MHz GBW)...jetzt aufm 
breadboard gehts damit bis 2,5MHz ganz ordentlich...allerdings will ich 
billigere Opamps einsetzten...da muss ich noch passende raussuchen.

Gruß,
Nikias

Autor: jack (Gast)
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Mich würde mal die Schaltung interessieren.

Autor: N. K. (bennjo)
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Ist direkt aus'm Tietze Schenk abgeschaut und aufgebaut...
Wie gesagt einfach nur ein Integrator und dahinter ein Schmitt-Trigger 
in der Rückkopplung ist noch eine Doppel-Transistorstufe um den 
Ladestrom des Kondensators einstellen zu können.

Das Sinus-Netzwerk besteht aus 6 Dioden, nen Haufen R's und nem OP ... 
alles aus'm Tietze Schenk.

Gruß,
Nikias

Autor: jack (Gast)
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Und den Ladestrom für den Kondensator stellst Du jetzt noch mit einem
Poti ein? Dann kannst Du ja einfach ein digitales Poti nehmen und
das mit einem µ einstellen. Zumindest wäre das der erste Schritt in
Richtung Programmierung.

Autor: N. K. (bennjo)
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Das ist klar ... es geht mir mit meinem Post ja auch eher darum mal zu 
hören was erfahrene Leute auf dem Gebiet der Funktionsgeneratoren zu 
meinem Vorgehen zu sagen haben...

Autor: Zossi (Gast)
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Eine vielleicht seltsame Alternative : alles in PWM. Die neuen dsPIC2023 
haben einen PWM, der 500kHz immer noch mit 10 bit bringt. Ein 10MHz 
clock wird auf 480MHz hochgePLLt, bei nur 220mA an 5V, die Timer laufen 
dann an 480MHz und bringen dann etwa 2ns Aufloesung.

Z

Autor: N. K. (bennjo)
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Naja, das liefe aber wiederum auf ein Spezial-Teil hinnaus. Ich will 
eigentlich so entwickeln, dass hier jeder ohne große Sonderbestellungen 
das teil nachbauen könnte.

Ausserdem weiß ich nicht ob eine PWM für einen Funktionsgenerator 
wirklich sinnvoll ist !?

Gruß,
Nikias

Autor: N. K. (bennjo)
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Hab grad festgestellt, dass meine Operationsverstärker (AD847JN) mit 8€ 
ja ziemlich teuer sind.
Die hab ich aus nem alten Scanner von 89' ! Will nicht wissen, was die 
damals gekostest haben ^^

Kennt hier jemand was vergleichbares für weniger Geld?
Also 50MHz GBW, +-15V, 10mA ?

Gruß,
Nikias

Autor: ernst (Gast)
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ich hab mir schon einige gedanken zum bau gemacht, zb:
lm318  als integrator
hc132  als "komparator"
ne5532 für sinus-former

"saubillig" + sollte locker bis 1mhz gehen...

Autor: N. K. (bennjo)
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hmm...
also der lm318 mit seinen 15MHz könnte schon gehen, das müsste ich mal 
testen. Ich denke mal, du meintest mit "hc132" 74hc132 ... der ist für 
meine Schaltung aber nicht geeignet. Brauch da schon nen richtigen 
Komperator, oder schnellen OPAmp. NE5532 kommt mir fast ein wenig 
langsam vor, muss ich auch mal testen.

Gibts eigentlich irgendwo eine Übersicht über die Operationsverstärker 
und ihre Frequenzen?

Oder kennt jemand hier noch welche mit +-15V und 50MHz GBW ?

Zu Komperatoren find ich eigentlich garnix im Netz...

Gruß,
Nikias

Autor: ernst (Gast)
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hc132.../ Brauch da schon nen richtigen
Komperator ...? warum? der macht nix anderes, als hc..., nur der hc 
braucht halt +- 2,5v, dann gibts 5vss rechteck mit echt sauberen 
flanken, das kann so ein ding billiger+besser als ein "echter" 
Komparator...daher meine idee damit.

5532 für sinus : 10mhz gbw, 5vss sollte bis 500khz gehen; sonst 5534, 
der macht 800khz bei 5vss.

standard Komparator 80ns , is : lm319  :-)

Autor: ernst (Gast)
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damit gesteuert werden kann, zb als vco (anbei bild)...?

Autor: N. K. (bennjo)
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Hmm,
also der hc132 ist deswegen nicht geeignet, weil ich unbedingt eine 
Dreieck-Schwingung brauche die um 0 +-10V schwingt ... mit meiner 
Schaltung kann ich damit dann mit einer Spannung den Lade-/Entlade-Strom 
einstellen...und die Amplitude der Schwingung bleibt über den gesamten 
Frequenzbereich konstant. Ausserdem benötige ich keine Umschaltung des 
Kondensators. Ich muss dringend meine aufgebaute Schaltung Zeichnen und 
hier mal posten. Ich benötige für den Dreieck/Rechteck-Oszillator bisher 
nur ein paar R's 2 OP's und ein C.

Die LM319 Schaltung ist interessant, werd ich mir mal genauer 
anschauen...im Datenblatt ist auch noch eine ähnliche Schaltung als 
Beispiel.

Gruß,
Nikias

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Spiele auch gerade mit einem diskret aufgebauten Dreiecksgenerator rum 
und komme damit mitlerweile auf 0.1Hz ... 10MHz.

Anstelle des Op. benutze ich jedoch 2 über DA Wandler kontrollierte 
diskrete Stromquellen die über einen 2:1 Mux (HCT4053) zur Integration 
auf einen Kondensator geschaltet werden. Über eine FET Pufferstufe gehts 
dann an einen VHCT14 Schmitt Trigger der seinerseits den 2:1 Mux 
umschaltet.
Der Int. Kondensator wird über einen kleinen Trick mit zwei 4:1 Muxen 
(HCT4052) in 6 Stufen von 100pF bis 10µF ausgewählt.
Die Widerstände der Konstantstromquellen werden in je 3 Bereichen über 
einen Mux ausgewählt.
Gesteuert wird das Ganze über ein m16 per USB vom PC.

Was als wichtige Komponente (neben Sine Shaper und Ausgangstufe) mir 
noch fehlt ist eine Amplitudenanpassung für den Bereich ca. 1 bis 10MHz.
Die Signallaufzeit VHCT14 (5ns) und 2:1 Mux (10ns) bedingen dass die 
Integration 15ns "zu lange" läuft und bei 10MHz mit 50ns Slopes wird 
dann halt die Amplitude schon 30% zu gross.
Da muss ich irgendwie die Amplitude Frequenzabhängig vor dem Schmitt 
anheben um dann eben 15ns "zu früh" umzuschalten.

Die Idee mit dem Op als Integrator hatte ich verworfen weil ich da nicht 
sah wie man einfach die Kondensatoren ohne Relais zuschalten kann...

Autor: N. K. (bennjo)
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Das Problem mit den 74ern ist der Pegel... ich hätte gerne den vollen 
Pegel von +-15 ausgenutzt!

Gruß,
Nikias

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

rüberschwenk vom anderen Thread.

Ohne Schaltung kann man nur die berühmt-berüchtigte Glaskugel
zitieren.

Jogibär

Autor: N. K. (bennjo)
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Anbei eine kurze Skizze des Dreieck/Rechteck-Generators nach 
Tietze/Schenk

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

willst Du den Itegrationskondensator laut Schaltplan "verstellen" oder
umschalten ??

Jogibär

Autor: N. K. (bennjo)
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Umschalten

Autor: Zip (Gast)
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Das Umschalten kann gut mit DIL Reed Relais gemacht werden. Da nur eins 
von allenfalls mehreren eingeschaltet sein muss, kann man mit 20mA @ 12V 
gerechnet werden. Falls lowpower angesagt ist, muss man analog schalter 
verwenden. die haben aber einen Durchschaltwiderstand ungleich Null.

Z.

Autor: N. K. (bennjo)
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Hallo,
also nach langem Überlegen bin ich jetzt soweit vielleicht doch einen 
Chip für die Funtionserzeugung zu verwenden.
Bisher kenn ich:
- XR2206 (4€)  bis 600KHz
- MAX038 (17€) bis 20MHz

gibts da vielleicht noch andere? Die ich bisjetzt nicht gefunden hab?
Oder eine Billigere Quelle?

Gruß,
Nikias

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