Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина

Когда нету под рукой качественного генератора синусоидального сигнала - как отлаживать высококлассный усилитель, который ты разрабатываешь? Приходится обходиться подручными средствами.

В этой статье:

  • Линейность на уровне профессионального оборудования, используя бюджетные ОУ 
  • Точная система АРУ, вносящая минимум искажений
  • Возможность работы от батарейки: минимум помех

Предыстория

В начале тысячелетия подались мы всем семейством на житьё-бытьё в дальние страны. Кое-что из моих электронных запасов последовало за нами, но, увы, далеко не всё. Итак оказался я один на один с большими собранными мною, но совсем ещё не отлаженными моноблоками, без осциллографа, без генератора сигналов, с огромным желанием завершить тот проект и слушать наконец музыку. Осциллограф удалось выпросить у друга во временное пользование. С генератором надо было срочно что-то изобретать самому. По тем порам я ещё не освоился с доступными здесь поставщиками компонентов. Из случайно оказавшихся под рукой операционников было несколько неудобоваримых продуктов древне-советской электронной промышленности, да LM324, выпаянный из сгоревшего компьютерного блока питания.
LM324 datasheet: National/TI, Fairchild, OnSemi... Обожаю читать даташиты от National - у них обычно масса интересных примеров применения деталюх. OnSemi в данном случае тоже подсуетились. А вот "Цыганёнок" что-то обделил своих приверженцев 🙂

Внимание: автор ни в коем случае не рекомендует использование LM324 при повторении конструкции. Целью написания данной статьи было желание поделиться несколькими рабочими приёмами в схемотехнике, которые могут оказаться полезными в других приложениях. При повторении данного генератора, пожалуйста, выбирайте современные, более качественные ОУ.

Классика жанра

Генератор, использующий мост Вина, вне сомнений хорошо известен и распространён среди любителей и профессионалов. Предлагаемое в данной статье решение содержит пару интересных трюков и позволит даже начинающему радиолюбителю без особых проблем и из доступных компонентов собрать генератор, вырабатывающий синусоидальный сигнал с исключительно низким коэффициентом гармоник.

Генератор с мостом Вина

Частота данного генератора, при условии R1=R2 и C1=C2 будет определяться следующей формулой:

На данной частоте коэффициент передачи фильтра (выделен зелёным) будет максимален и равен 1/3 при нулевом фазовом сдвиге. Следовательно, коэффициент усиления, задаваемый цепью отрицательной обратной связи R3 и R4 должен быть в точности равен 3. Для случая идеального ОУ: R4 = 2 * R3.
К сожалению, в реальной жизни не бывает идеально точных резисторов и конденсаторов, да и коэффициент усиления реального операционного усилителя не бесконечен. При малейшем отклонении от идеальных параметров генерация либо затухает, либо уходит "в разнос" до совершенно неприемлемого уровня искажений.

Автоматическая Регулировка Коэффициента Усиления

Решение проблемы обеспечения требуемого Ку давно известно: применить в качестве R3 или R4 какой-нибудь нелинейный или управляемый элемент, который будет подстраиваться таким образом, чтобы обеспечить заданный Ку при некоем определённом размахе выходного сигнала. Обычно ставят терморезисторы, миниатюрные лампочки, оптроны, либо полевые транзисторы (наш случай). Для достижения низкого THD необходимо обеспечить, чтобы нелинейность данного управляющего элемента не проявлялась на частотах генерации. Для лампочек и терморезисторов на частотах генерации от десятков Герц и выше это условие легко выполнимо за счёт тепловой инерционности оных. Полевым же транзистором необходимо управлять используя детектор с сообразно большой постоянной времени.

 

Почти реальный генератор с мостом Вина

Схема, приведённая выше, скорее всего, будет работать. Фиолетовым выделен пиковый детектор. VT1 выполняет роль R3 из предыдущего примера. Схема запускается уверенно, так как при включении на затворе VT1 присутствует нулевое напряжение с разряженного C3 - канал открыт, следовательно Ку максимальный. По мере заряда C3 канал запирается, Ку уменьшается и в идеале схема находит тот самый баланс, при котором Ку равен трём и генератор вырабатывает неискажённую синусоиду.

Но есть всё же две проблемы:

Во-первых, петлевое усиление "сине-фиолетовой" цепи Автоматического Регулирования Уровня сигнала слишком большое и возможно возникновение низкочастотных колебаний с постоянной времени АРУ, заданной R7C3. Проявляться это будет в прерывистом и искажённом сигнале на выходе: то есть генерация, то нету, и так по кругу.

Во-вторых, все нелинейности канала сток-исток VT1 в полном объёме будут замешаны в выходной сигнал.

 

Повышаем устойчивость АРУ и линейность

Решение обеих проблем достаточно тривиально: "позволить" полевому транзистору изменять общий Ку лишь в небольших пределах, скажем примерно от 2.5 до 3.5. В финальном варианте генератора через канал транзистора протекает лишь незначительная часть тока цепи ООС. Таким образом резко снижается влияние нелинейностей канала на форму генерируемого сигнала. Уменьшению искажений способствует и тот факт, что в данном включении размах напряжения на канале составляет лишь небольшую долю от того, что было в "сине-фиолетовом" варианте. Так же снижается и петлевое усиление цепи АРУ. Схема надёжно выходит в режим генерации и стабилизации амплитуды выходного сигнала.

Генератор синусоидального сигнала с малыми искажениями
  • R1, R2 = 100 кОм
  • C1, C2 = 1 нФ = 1000 пФ
  • R4 = 10 кОм
  • R3 = 3.9 кОм
  • R5 = 3 кОм
  • VT1 = КП103И
  • R6 = 470 Ом
  • C3 = 2.2 мкФ
  • R7 = 1 МОм
  • R8 = 10 кОм

В качестве VT1 можно применить практически любой p-канальный J-FET. От его порогового напряжения будет впрямую зависеть амплитуда генерируемого сигнала. Возожно использовать и n-канальный J-FET - они более доступны; для этого необходимо только сменить полярность (перевернуть) VD1 и C3. Если амплитуда на выходе окажется недостаточной, то вполне можно второй ОУ использовать для небольшого усиления амплитуды сигнала.

Данная схема, как она есть, будет работать отлично... если применить топовые модели операционных усилителей.

 

Выходной каскад бюджетного ОУ - в честном классе А

С применением LM324 ожидались проблемы в виде переключательных искажений в районе смены полярности тока на выходе ОУ. Решено было пресечь всяческие поползновения подобного рода на корню: поставить нагрузочные источники тока по выходу каждого операционного усилителя, выведя тем самым выходные каскады оных в честный класс "А".

Источники тока для загрузки выходов ОУ
  • R9 = 6.2 кОм
  • VT2-VT4 = КТ503

VT2-VT4 можно взять любые маломощные npn, желательно из одной партии, или просто подобрать так, чтобы токи коллекторов были приблизительно одинаковыми. В данном применении нам не важны ни температурная стабильность Источников Тока, ни точность абсолютного значения токов, ни даже линейность или высокое динамическое сопротивление - операционный усилитель подкорректирует все перекосы. Существенное преимущество данной схемы ИТ заключается в очень низком минимальном рабочем напряжении на выходе: практически равном напряжению насыщения транзистора при данном токе.

 

Батарейное питание

Для того, чтобы избежать всевозможных наводок на входе тестируемого устройства, очень хотелось запитать генератор от батареек. Удобнее всего работать с 4 щелочными элементами - и доступно, и 6Вольт - уже вполне высокое напряжение, чтобы подходящий операционный усилитель мог ни в чём себе не отказывать 🙂
LM324 успешно работает уже от +-1.5В и документация заявляет возможность работы и по входам и по выходу на уровне отрицательного источника. Правда, 50мкА току при напряжении на выходе вблизи V- явно маловато. Но при использовании ИТ "подпорок", описанных выше, получаем уже 1мА при напряжении на выходе (V-)+(0.3В) и более - вполне достаточно для нагрузки в 10 кОм.

Даже при батарейном питании 6 Вольт и размахе напряжения на выходе всего 2 Вольта от минимума до максимума - желательно оставить примерно одинаковый запас по напряжению в обе стороны (полярности) относительно земли. К уровню V- выходы ОУ, благодаря внешним ИТ, могут приближаться достаточно близко, но вот до положительной "рельсы" V+ вольта полтора не дотягивают. Простенький делитель на схеме ниже устанавливает уровень виртуальной земли примерно в центре рабочей зоны по напряжению для ОУ, причём при любом допустимом напряжении питания.
Красный светодиод выполняет двойную функцию: задаёт 1.7 Вольта дополнительного напряжения между виртуальной землёй и V+, а так же - он ещё и светится!

Формирование виртуальной земли со сдвигом
  • VD2 = красный светодиод 1.7 Вольта
  • R10, R11 = 2 кОм
  • C10, C11 = 0.1 мкФ (керамика или плёнка)
  • C12, C13 >= 10 мкФ

 

Тестируем, тестируем...

Отлаживал я этот генератор за несколько заходов, да и давно это было, так что уже не справлюсь описать все шаги, доведшие меня до такой жизни 🙂
Для того, чтобы убедиться в полезности нагрузки ОУ источником тока - приведу осциллограмму выходного сигнала этого генератора с отключёнными источниками тока (закоротил временно базы и эмиттеры транзисторов).

LM324 без токовой "подпорки" => переключательные искажения

Самая большая беда на данной картинке - так горячо "любимые" строителями усилителей в классе АБ переходные искажения.
Ограничение сигнала снизу, конечно, тоже неприятно, но от него легко избавиться просто подав более высокое напряжение питания на схему. Так что настоятельно рекомендую не полениться и поставить источники тока, подгружающие ОУ по выходам.

Результат - высший класс 🙂

Уже позже я пытался померить коэффициент гармоник данного генератора - не получилось, не видать за уровнем шумов измерительной схемы, то есть заведомо ниже 0.01% в моём случае.

Мост Вина + LM324 + CCS: сигнал на выходе

На одной макетке ужились два генератора - синусоидального и пилообразного сигналов:

TLС555CP + LM324 = два генератора

 

На самостоятельную проработку 😉

Вместо фиксированных C1C2 и R1R2 вполне возможно поставить переключаемую линейку конденсаторов, а так же сдвоенные потенциометры - и получится широкодиапазонный генератор синусоидальных сигналов с низким коэффициентом гармоник.

Настоятельно рекомендую использовать защиту по питанию: подробное описание в статье о том, как использовать МОП транзистор для защиты от переполюсовки питания.

 

Помоги автору!

В этой статье были показаны несколько несложных приёмов, позволяющих добиться весьма качественной генерации и усиления синусоидального сигнала, используя широко распространённый недорогой операционный усилитель и полевой транзистор с p-n переходом:

  • Ограничение диапазона автоматической регулировки уровня и уменьшение влияния нелинейности регулирующего элемента;
  • Смещение выходного каскада ОУ в линейный режим работы;
  • Выбор оптимального уровня виртуальной земли для работы от батарейного питания.

Всё ли было понятно? Нашел ли ты что-либо новое, оригинальное в этой статье? Мне будет приятно, если ты оставишь комментарий или задашь вопрос, а так же - поделишься статьёй с друзьями в социальной сети, "кликнув" соответствующую иконку ниже.

 

Комментарии ВКонтакте

126 thoughts on “Генератор тестового сигнала с низким уровнем гармоник на мосте Вина

  1. Сергей откуда ты берешь все эти кп103 и кт 503 ,:-) , у меня уже все кончилось :-))

    • В спичечных коробках лежат, что приехали среди прочего хламу со мною из Питера лет -дцать тому назад 😉

      Где надо много деталек — я новые покупаю пачками, как впрочем и ты. А на единичные эксперименты — самое то старых добрых друзей наковырять. Да и собирал я эту поделку не от хорошей жизни, в пору когда ещё не разведал правильных путей закупки компонентов здесь.

  2. Статья интересная, но у меня есть маленький готовый заводской генератор размером с простенький мультиметр, сейчас это добро наконец то стало появляться, и мне кажется что в наше время такую задачу проще решить на спецтализированной микросхемке, тот же мах038, хотя, может не всем оно и доступно….

    • Вот именно. У каждого подростка нынче есть ай-фон, уй-пад и икс-босс. Зачем им таким увешанным электроникой ещё что-то изучать, паять, понимать… 🙁

      Это я так, навеяло, это не про тебя. Хороший инструмент под рукой — завсегда приятно, и я тебе всегда немного на этот счёт завидовал, сам знаешь 😉

  3. Pingback: Простой генератор пилообразного сигнала на 555 таймере | MyElectrons.ru

  4. Здравствуйте, спасибо за материал.
    Стоит задача сделать два генератора синуса на 300 кГц. Пробовал использовать в качестве рег. элемента терморезистор B57164K на 10к фирмы Epcos, тупо ставя его в ОС вместо R4. Итог: линейные искажения как были так и остаются, причем дикие. В чём может быть хитрость регулировки с помощью терморезистора?

    • Евгений, на 300кГц терморезистор вряд ли будет сильно пакостить. Я бы в первую очередь посмотрел внимательно на то, как конкретный ОУ справляется при заданных питании/нагрузке/частоте.

      Как вариант — возможно в Вашем случае схема вообще работает не в режиме (слишком большой Ку, к примеру терморезистор недостаточно прогревается от имеющегося размаха выходного напряжения), отсюда и дикие искажения.
      Скорее всего выход ОУ выходит в насыщение, но т.к. частота достаточно высокая — выглядит всё уже весьма сглажено, совсем «неквадратно» и как-бы всего-лишь искажено. Для отладки такого рода бед запустите для начала всю игрушку на частоте в районе 1кГц — будет более внятно видно, что не срослось.

    • Совет: погрейте терморезистор чем-нибудь снаружи, одновременно наблюдая картинку генерируемого сигнала на экране осциллографа.
      Уверен, будет момент, когда сигнал уменьшится, покажет вам на мгновение красивейшую синусоиду и затухнет насовсем 😉

      • Спасибо за быстрый ответ. Греть пробовал до этого, надеялся увидеть момент, когда идеальная синусоида наконец появится, но при нагревании лишь заметно уменьшение паразитных гармоник, т.е. сигнал всё-таки округляется, но всё равно очень прилично искажен, а потом генерация резко пропадает.
        Усилитель NE5534 с полосой 12 МГц, по идее должно всё нормально покрываться.
        Попробую действительно на малой частоте…

        • Какой у вас номинал R3?
          И… может ну его, терморезистор этот 😉
          Попробуйте мой вариант — пойдёт ведь любой маленький полевичок. Можно и n-канальный, только VD1 и C3 надо будет перевернуть.

          • R3 поставил 10к переменный. Пробовал последовательно с терморезистором ставить разные сопротивления. Вцелом результат такой же.
            Ваш вариант попробую обязательно. Просто с терморезистором стало интересно. О том, что его можно использовать говориться постоянно, а вот конкретных схем почему-то не видел. Буду пробовать…
            Правда буквально сегодня собрал генератор Колпица, т.н. емкостную трехточку. Самая простенькая схема на пыльном КТ315 выдала вполне себе приличные результаты.
            Всё-таки КГ порядка 0.01 % мне не нужен, вполне хватит даже 1 %…

  5. Здравствуйте, ребята!
    прошу помощи при расчёте этой схемы..
    задали задание — рассчетать выходной усилитель, атенюатор и генератор с использованием мостика Вина. выходные даные: несучая частота f=5 кГц, напряжение питания Uout=0..10 В, напряжение питания U=15 В, частота модуляции fm=10..50 Гц..
    если кому не лень поиграться с цифрами, прошу помощи.. зарание благодарен за помощь (:

    • Привет, RomS! Тех. задание не очень понятно 😉 Какая модуляция, куда, зачем?

      • уточняю с точностью до точки (:
        «разработать структурную и электрическую схему, печатную плату, рассчитать выходной усилитель, аттенюатор и генератор для амплипульс-терапии с использованием моста Вина. Исходные данные: сигнал — синусоида, несучая частота f=5 кГц, выходное напряжение Uout=0..10 В, напряжение питания U=15 В, частота модуляции fm=10..50 Гц».
        этот генератор — лечебный прибор, который в конечном итоге подключается к телу пациента.
        на сколько я понимаю, то схему можно использовать для этих целей..
        вот только самому мне тяжело будет разобраться..

        • Хмммм… так глубоко в тему медицинского оборудование мне как-то не доводилось забираться… С точки зрения ТЗ надо либо знать априори, что собой представляют обычные сигналы в аппаратах «амплипульс-терапии», либо уточнить у препода, что модуляция амплитудная, какова должна быть глубина модуляции и форма модулирующего сигнала. А так же какой рабочий ток и на каком уровне надо ограничить выходной ток из соображений безопасности.

          «несучая» — очень образно! 😉

          • вообще апмлипульстерапия основана на воздействии на организм человека синусоидально модулироваными сигналами с частотой 2 — 5 кГц, и частотой модуляции 10-150 Гц. о глубине ничего не обьяснил..
            о рабочем токе могу говорить только судя по приборам готовым: «Амплипульс-3,4,5» — у него максимальная интенсивность тока 50 мА.
            если можно, Сергей, то помогите с рассчетом.. а то уже некуда тянуть.. спасибо за помощь.
            (:

    • Дорогой RomS, я рад буду помочь рассчитать что-либо конкретное, или сдизайнить схему вчерне, или обсудить/подкорректировать готовый дизайн.

      Написание курсовой работы не входит в круг моих интересов, и уж никак не втискивается в моё расписание.

      Теперь по существу.
      Чему нас учит техника безопасности: 5 мА — порог чувствительности для человека.
      20 мА — это уже «неотпускающий ток», т.е. судороги такие, что силой воли руки уже не разжать.
      100 мА — считается смертельным током.

      Вы пишете 50 мА… это БОЛЬНО! 🙂

      По дизайну… мост Вина, это хорошо. Но как строим модулятор? Вполне можно придумать такую штуку с двумя генераторами на мосте Вина, амплитуду одного можно модулировать как раз по цепи АРУ. Но 100% глубины модуляции нам тогда скорее всего будет сложно добиться.

      Или лучше поискать другой вариант модуляции НЧ сигнала — какой-нибудь управляемый усилитель… Последнее мне как-то не доводилось копать. Будет что интересное — сбросьте ссылочку, пробежимся вместе по плюсам-минусам.

  6. Попытался собрать генератор с теми же номиналами элементов в цепи ООС, как и указаны в статье, только вместо КП103И пытался использовать КП301Б (а операционник К140УД8А). Не заработало, как я ни пытался менять сопротивление R4, т.е. не начиналась генерация. Попробовал поменять полярность диода (кондёр керамический, так что его не менял) и поставить КП305Д, тут заработало, но на разных частотах всё-таки приходится немного подстраивать R4, а то ну уж очень жуткая ситуация с амплитудой. Да и часто получается так, что генерация начинается, происходит несколько периодов и срывается.
    Кроме того, когда смотрю в достаточно широком временном интервале осциллограмму (в режиме peak detect), видно, что амплитуда скачет довольно сильно.
    Тут в статье сказано, что коэффициент гармоник получился меньше 0.01%, но у меня вышло, что первая (после основной) гармоника имеет амплитуду -36.8 дБ (измерил по показаниям осциллографом величины сдвига БПФ по вертикали, двигая его до достижения основной гармоникой нулевой линии шкалы), т.е. коэффициент гармоник никак не меньше 0.02%… И ни на какой частоте не удаётся сделать лучше.
    Вот такой вид БПФ моего сигнала (зелёным): http://i0.simplest-image-hosting.net/picture/ads00001.png
    А как вы измеряли коэффициент гармоник? Неужели у вас вообще не видно даже первой (после основной) гармоники?

    • Руслан, что-то у вас совсем не задалось со схемой. Увы, удалённая отладка генераторов дело неблагодарное 😉
      Мой вариант держит амплитуду железно. Попробуйте просто повторить всю схему на макетке, ничего не меняя… Да, и для уд8-го вроде питания надо поболе, нежели для lm324 — может в этом проблема?

      Гармоники мерил 16-битным АЦП; возможно и проглядел что-то. Как соберусь перемерить — отпишусь обязательно. 8-битовый осцил скорее удобная смотрелка, но никак не измерительный прибор.

  7. Я долго ломал голову как сделать АРУ с низкими искажениями на полевом транзисторе. Идея отличная! Недавно спаял опытный образец. Всё работает. Только в вашей схеме есть несколько недочётов на мой взгляд. В моём варианте нет резистора R6 — ток через затвор полевого транзистора очень мал. Между диодом детектора и RC-цепочкой (140 кОм и 100 нФ) вставлен резистор 100 кОм. Он используется для деления напряжения и, что немаловажно, создаёт инерционность зарядки конденсатора. Без него постоянная времени детектора и самого АРУ очень мала, также можно сжечь выход ОУ (нагрузка чисто ёмкостная). Питание однополярное 12 В с искусственной средней точкой. Элементы: C1, C2 — 3,3 нФ; R1, R2 — сдвоенный реостат 33 кОм; R3 — 4,7 кОм (подстроечный); R4 — 10 кОм; R5 — 560 Ом; транзистор КП303И; ОУ КР140УД8А. На частотах до 10 кГц генератор работает отлично. На более высоких частотах амплитуда сильно падает. Видимо это связано с ростом выходного тока ОУ (R1, R2 малы) и снижению его коэффициента усиления. Есть идеи как стабилизировать амплитуду и повысить рабочие частоты генератора?

    • Дмитрий, здОрово, я рад, что чем-то помог, и спасибо вам за то, что поделились успехами! 🙂

      Опять же удачно, что вы делитесь результатами с использованием 140УД8 — у меня его нету и опробовать, помочь Руслану (см. коммент выше) сейчас не справляюсь.

      По поводу R6 — он там не ток ограничивает 😉 Вы абсолютно правы, током затвора в обратном смещении можно смело пренебречь. R6 тут предотвращает возможные паразитные возбуждения, в случае, если полевик ВЧ и что-нибудь не так сложится с разводкой.

      А вот с доп. резистором, как у вас в АРУ — соглашусь полностью! Правда немножко по другим соображениям: не подгружая ОУ на пике положительной полуволны, пусть и небольшим пичком зарядного тока — мы тем самым ещё уменьшим искажения. Эх надо собраться да всё перемерить…

      Стабилизировать амплитуду на более высоких частотах предлагаю… заменой ОУ на более современный 😉 Так же на высоких частотах надо больше внимания уделить выбору компонентов собственно моста Вина (стабильность конденсаторов, «развал» сопротивлений сдвоенного переменника) и разводке схемы.

  8. Здравствуйте! )
    Очень хорошая статья. Но есть у меня пара вопросов.
    Чем обоснован выбор таких резисторов для моста Вина? Я знаю, что есть формула, по которой можно рассчитать эти параметры, но там две неизвестные переменные. Решить уравнение мы можем, если подставим какое-то число вместо емкости или сопротивления.

    Как рассчитать АРУ для этой схемы?

    Если вы дадите какие-то комментарии и пару ссылок на литературу, я буду очень благодарен 🙂

    • Владислав, спасибо за добрый отзыв!
      Похоже, мост Вина — излюбленная тема для курсовиков на всевозможных около-электронных специальностях в ВУЗах. 😉 Когда-то я тоже был студентом (системы радиолокации и управления беспилотными и т.д. и т.п…) и считал многоэтажные формулы. На сегодня же многие компоненты я просто «знаю», какие надо взять. Часто достаточно простейших прикидочных рассчётов и понимания работы схемы. За точными формулами лезу лишь там, где это действительно необходимо. Вот как например для задания частоты генерации в схеме с мостом Вина (формулка в статье). Естественно, надо задаться исходным значением либо сопротивления, либо ёмкости. Открыть вам секретный секрет, откуда здесь 100КОм? Да просто только они и были у меня тогда под рукой 😀 — дело было сразу после переезда, мои кассы деталюх не приехали ещё…

      Если чуть серьёзней, то выбор резисторов в этой схеме вполне можно обосновать.
      1) Слишком большие сопротивления (сотни КОм и более) ухудшат многие параметры схемы из-за лишнего шума, чувствительности к утечкам и наводкам, а так же из-за влияния входного импеданса ОУ.
      2) Слишком маленькие сопротивления (несколько килоом и менее) будут нагружать выход ОУ, что так же приведёт к необоснованно завышенному уровню искажений.
      3) В идеале рекоммендуется предоставлять одинаковые импедансы цепей на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ — это позволяет уменьшить влияние входных токов утечек ОУ, и, как следствие, уменьшить искажения. В данном случае этим аргументом я пренебрёг.

      Для рассчёта АРУ и цепи ООС необходимый минимум у меня в статье есть. По сути нам надо обеспечить Ку=3, вот и все начальные данные. Про выбор резисторов в цепи делителя ООС — соображения те же, что и для моста Вина. Неплохо ещё знать сопротивление открытого канала полевика. Постоянная времени АРУ для моего макета была неважна, лишь бы намного медленнее (на несколько порядков), чем частота генерации — тогда АРУ не будет непосредственно влиять на форму сигнала (искажать). В комментах чуть выше (от Дмитрия) было предложение заряжать конденсатор фильтра АРУ через резистор — тут я полностью согласен: это ещё чуточку уменьшит искажения благодаря разгрузке ОУ на пичке положительной полуволны.

      На первой же странице выдачи гугла попалось: [Курсовая работа по RC генератору с мостом Вина, список литературы в конце] (там 4 странички — ищите малюсенькие кнопочки с линками под статьёй) Так вот в том курсовике человек много формулок натоптал, пыль в глаза пустить хватит. Мне было недосуг вчитываться в детали, единственно, не понял я, откуда у него Кг=10%. Это ведь уже совсем и не синус будет 🙂

  9. Меня заинтересовал сделанный вами генератор синусоидальных сигналов, можно бы было получить более расписанную схему? немного не понимаю конечный итог

    • Антон, сейчас расписание у меня очень плотно — простите, но не буду обещать того, что скорее всего просто не успею. Возьмите 3 последние схемки из статьи, объедините, все V+ соединить вместе, все V- — аналогично. То же самое обозначают А и B в квадратиках — т.е. коллекторы транзисторов источников тока завести прямиком на выходы ОУ…

  10. Необходим генератор синусоиды с перестройкой 15кГц…300 кГц. Можно ли для этих целей использовать сдвоенный потенциометр на позициях R1 и R2? Приемлемы ли номиналы C1=C2=1нФ и R1=R2=var[10 Ом…530 Ом]? Каковы шансы запустить схему с ОУ OPA2134PA, у которого полоса пропускания 8МГц и питание от +- 2,5В ?

    • Если вас заинтересует посмотрите журнал «Радио» за январь 1995 = ) Там в конце есть схема генератора синусоиды, от 10 Гц до 100 кГц кажется. Сам ее собирал все работает

      • Спасибо, покручу на недельке сначала в мультисиме, там же есть возможность померить КНИ. Результаты сообщу

  11. ЫЫЫЫ)))))))
    Пацанский сайт))) Бельгия говоришь? Ага…
    С Новым годом всех!!!
    Поздравляю ! Желаю всем хороших настроений, многих желаний и бегите отсюда, чтобы вируса не словить )))

    • Бегите, Sant, бегите. Увы, даже не знаю, как звать-то вас.

      Честно говоря, не понял, при чём тут Бельгия, пацанский и вирусы? У вас вирус где-то завёлся? MyElectrons тут ни при чём, уж поверьте.

      Как это соотносится со статьями и обсуждениями? Или я вас лично задел в чём-то? Бог вам судья. Коммент этот ваш удалю, ибо воспринимаю как оскорбление в адрес всех, кто вложил частичку своей души в создание сайта, комментарии, вопросы-ответы…

  12. Новогодние праздники уже давно прошли — видимо вирусы у него в голове. По стилю комментов видно — у человека с логикой не в порядке

    • Андрей, спасибо за поддержку 🙂 Поскольку ветку всё одно удалю — немножко поёрничаю вслед, просто с вами поболтаю 😉
      Один успешный предприниматель объяснил мне (он с радостью всем это рассказывает), что какое бы вы дело ни начали, как только набирается статистически репрезентативная выборка клиентов/посетителей/знакомых, обязательно придёт от 2% до 5% хаятелей. В подавляющем большинстве таких случаев проблема идёт из детства: мама не хвалила ребёнка и слишком много ругала. Не верит такой человечек в то, что он сам — творение Божие, что он тоже способен творить. И не может представить, что другим это дано. Так вот, чтобы не допустить краха личности, раз уж не получается самому делом заняться — надо хотя бы опустить других до своего уровня.
      Так что… не будем уподобляться, перестаём осуждать.

      Впредь буду вычищать безосновательные нападки так же, как обычный спам (вы даже не представляете — сколько этой грязи льётся на сайт каждый день!) Хотя вот просыпается во мне эдакий едкий спорщик — рвусь в бой, доказать, отстоять доброе имя, переубедить, подтянуть до своего уровня. Низзя, надо тратить отпущенные мне силы на тех, кому это действительно нужно.

      • Да уж, а некоторые делают так просто из-зависти. По принципу «раз у меня этого нет — дай ка я подгажу тому, у кого это есть». В общем, действительно не стоит тратить время и нервы для спора с такими людьми.

        • Зависти нет. Просто задела тема, а потом перечитал весь сайт.
          Все стало понятно.
          Да, не, все нормально, текст хороший, не каждый так подробно объясняет, если уж на то пошло, желаю развития вам и удачи )

  13. Pingback: Budget Wien bridge oscillator with low THD | MyElectrons

  14. при не использовании двух других усилителей из микросхемы ЛМ324 стоит ли закоротит инвертирующие входы на выход (каждый на свои) и соединит не инвертирующие входы на массу?

    или оставит висеть в воздухе? 🙁

    • В принципе, с lm324 ничего плохого не должно приключиться, ежели неиспользуемые ОУ просто оставить неподключенными. Но как-то это не по-нашему, сам я никогда ничего подвешенным не оставляю, даже если это биполяры. Вы всё верно описали — так с незапользованными ОУ всегда и стоит поступать.
      Удачи!

  15. Большое спасибо за схемку, отличная форма сигнала, искажений ноль. Одно «но»: в отличие от того, что написано, любой транзистор использовать нельзя. КП103И у меня есть один, с ним работает. Это — старый выпуск, такого техпроцесса уже нет, у них уникальные характеристики, единственный возможный аналог — как раз 2SJ103. Но с ним я не пробовал, только заказал — через месяц приедут, воткну 🙂 а с другими — стабильно не работает.

    • Матроскин, благодарю за отзыв!
      Интересно вы копнули с полевиками 🙂 Прямо заноза теперь в мозгу! Пока что со временем завал, но как-нибудь обязательно доберусь помоделирую / помакетирую с другими полевиками.

    • Думаю дело в напряжении отсечки ПТ и в крутизне, и ни в чем другом. Просто подобрать нужные. Сейчас соберу, посмотрю что да как.

      • Андрей, всё именно так и есть. Для того, чтобы любой полевик заработал сразу — предлагаю начальные испытания проводить с большим (номинальным для ОУ) напряжением питания.

  16. Взял К544УД2, питание плюс-минус 15 вольт, все остальное по оригинальной схеме. Генератор завелся сразу, на выходе очень красивый, идеально симметричный синусоидальный сигнал с амплитудой 6 вольт. На затворе КП103М 3 вольта. Брал транзисторы с индексом «И», «М» и КП101. Только амплитуда сигнала меняется, форма же остается правильной. В порядке эксперимента взял конденсаторы C1 и C2 емкостью 470 пФ. Частота выросла, амплитуда не изменилась, видимых на экране осциллографа искажений не появилось. Позже обмерю искажения каким-нибудь способом, а пока нечем, измеритель КНИ пропил несколько лет назад, за ненадобностью, как тогда думал 😀

    Сергей (извините, не знаю как по батюшке), спасибо большое за схему. Понадобился вот ГЗЧ, стал по быстрому делать из того, что есть под рукой, но схемы стабилизации с лампами накаливания меня пугают, если честно, а схема Нечаева из журнала Радио не пошла почему-то, на выходе страшно искаженный сигнал получил и никак от этих искажений избавиться не смог.

    Осталось к схеме КПЕ прикрутить, переключатель с резисторами и усилитель мощности с аттенюатором от доставшегося «по наследству» старого лампового ГНЧ, и будет наконец-то у меня генератор не из звуковой карты компьютера 🙂 Еще раз спасибо.

    • В предыдущем посте имелась ввиду удвоенная амплитуда сигнала 6 вольт, размах от минимума до максимума на экране осциллографа.

      • Андрей, спасибо за тёплый отзыв,
        искренне рад, что у Вас всё так хорошо заработало!

        По батюшке меня Юрьевичем зовут. Светлая память моему отцу, которому я очень благодарен за его поддержку — именно он дал шанс развиться моей любознательности и… терпел моё занудство 🙂

        И всё же я привык по-простому, по имени, а лучше так и вообще на «ты» 😉

    • Скорее всего, дело во входной емкости полевиков. У всех этих она очень высокая — http://chiplist.ru/transistors/KP101-KPS203/ . C КП103И работает при любом питании, тестировал от 5 до 12 вольт. Уникальные транзюки, хорошо их про запас иметь десяток-другой.

      Из современных я ставил bf244 (перевернув диод и кондёр) — заводится только тонким подбором сопротивлений (не скажу значения, на макетке было дело, разобрал уже). Емкость у них 3пф, как и у большинства современных — http://www.mouser.com/ds/2/149/BF244A-25274.pdf

      • Матроскин, думается мне, что всё же ни 3пФ ни 20пФ на звуковых частотах роли тут не играют. К тому же входная ёмкость полевика здесь вообще работает в параллель с электролитом фильтра АРУ.

        Единственное чем могут непотрафить современные ВЧ полевики — так это начать подсвистывать, тогда да, ни о какой красивой генерации речи уже не будет, а разглядеть тот свист на средней руки осциллографе возможно вообще не удастся.

        Кстати, подбор резисторов в цепи ОС может понадобиться в случае… если C1 R1 и C2 R2 сильно неодинаковы. Такого косяка лучше не допускать и поставить достаточно точные деталюхи (и проверить их номиналы до установки).

  17. Здравствуйте!
    Посоветуйте где я напортачил? Собрал схему с точностью до элементов. Но! Срезает вершину синусоиды и вверху и внизу https://docs.google.com/file/d/0B1sDybdijKqOWFR1dm9JNmQ0akE
    Ставить 6 батареек неохота… Значит надо подавать сигнал поменьше. Начал играть с R4. Как и ожидалось — при увеличении R4 обрезка сильнее стала (точнее та же, но синус увеличился, а значит относительно сильнее обрезало). Уменьшение дает улучшение, но чуть перебрать — и все дохнет. В общем надо поиграться с R3-R5 (и возможно с диодом, он у меня на 0.5V и R6, но это врядли, они только полевик дергают) но это когда новая Laborsteckboard до меня доедет, на нынешней все не вмещается. Вот транзисторы из «Источники тока для загрузки выходов ОУ» корпусами касались и убивали все. Я же не знал что коллектор к корпусу 2n2222 прибит)) Кстати этот кусок схемы не привносит никаких изменений в сигнал. Ну или я их не вижу — я же звуковухой осциллоскопирую))
    Вот девайс)
    https://drive.google.com/file/d/0B1sDybdijKqOcDg5TUdqUnhZSjA
    https://drive.google.com/file/d/0B1sDybdijKqOdExNZlh6bzJQUHM
    Не ругайтесь — первый в жизни прибор сложнее лампочки своими руками сделал)))

  18. Alex, ошибку на расстоянии мне, увы, не видать 🙂
    Предлагаю упрощённый алгоритм запуска аппарата.
    1) Убрать (вообще не собирать по началу) токовый подгруз выходов ОУ (чтобы упростить схему и тем самым снизить вероятность ошибки)
    2) Подать напряжение питания поболе, конечно в пределах доступного для ОУ.
    3) Закоротить сток-исток полевика (R5) — должно генерировать примерно как у вас на картинке — с приличным ограничением.
    4) Если при убраной перемычке и большом напряжении питания всё равно ограничение — то либо совсем уж кривые номиналы элементов, либо полевик дохлый, либо в детекторе что-то напахано (измерить напряжение на затворе).
    5) Пишите, что получится 😉

    • Синус получился при замене R4 на 8.3 kO. Как я и предполагал, надо было снизить сигнал в ОУ. Вот картинка синуса и спектр. Увы он чуть размыт — синус у меня прыгает. Но с этим я буду разбираться когда осциллограф и нормальный спектрометр найду)
      https://drive.google.com/file/d/0B1sDybdijKqOOGZpR3FZeXM0VVk/
      При дальнейшем уменьшении дохнет все. Попробую позже многочастотную версию собрать, там возможно один резистор на все частоты не угадаешь — прийдется с R3 и R5 возиться….

      • Здравствуйте опять! Наигрался с новокупленным осциллографом и вернулся к этой схемке без 2n2222. Точь-в-точь как у вас на картинке — обрезка снизу и «пинки» где ОУ переключается. Обрезка лечится, как вы и сказали, напряжением, или, как я предлагал, подкруткой R4.

        Теперь я путаюсь в том что делает батарея из 2n2222. Получается такая формула
        b(V-Ube) = R( (1+b)Ic1+Ic2+Ic3+….)
        где V это напряжения источника питания, Ube то что называется cut-in voltage, R — сопротивление R9, IcX — ток коллектора транзистора номер X, а параметр b=Ic/Ib~100 — коэффициент current gain.

        Т.е. Судя по всему этот модуль сливает один и тот же ток (задаваемый R4) с выходов ОУ при разных напряжениях.

        Итого вопросы:
        1) Правильно я понял смысл схемы? Транзисторы берут фиксированный ток с выходов ОУ?
        2) Как это помогает убить «пинки» переключений ОУ?

        • Алекс, приветствую, и искренне рад уверенному продвижению вперёд в осмыслении происходящего! Так держать!

          Итак, ответы:

          1) Да, всё верно, батарея транзисторов — примитивненький источник тока (точнее в нашем случае — «сливатель» тока) с несколькими выходами (ой, или это «входы»? 🙂 ).
          В случае идеально одинаковых транзисторов ток коллектора каждого будет равен току, заданному R9 (с поправкой на h21 транзисторов). Точную формулу вот так сразу даже и не соображу, если надо — залезу в первоисточники 😉

          2) Такая подгрузка выходного каскада ОУ источником тока выводит этот самый выходной каскад из режима АБ (классический push-pull, или «тяни-толкай» по-нашему) в чистый класс «А». Т.е. верхнее плечо каскада всегда отдаёт ток в нагрузку, а нижнее бездействует. Нету переключений (когда вблизи нулевого тока нагрузки один каскад выходит в отсечку а другой «вступает в игру») и связанных с этим искажений (которые мы дружно наблюдаем). Про это дело я ещё упоминал в статье про усилитель для наушников http://myelectrons.ru/opamp-mosfet-headphone-class-a/
          Да, надо понимать, что трюк работает лишь при условии, что ток, отдаваемый в нагрузку связкой ОУ-ИТ, завсегда меньше тока ИТ.

          • Ага! То есть «щелчок» в ОУ происходит при изменении знака тока а не напряжения. Да, теперь понятно отчего лечится схема. Спасибо, я попробую теперь применить теорию на практике.

            ПС На формулы не обращайте внимания, я просто привык больше формулами думать чем «интуитивно».

  19. Всем привет!
    Собрал гинератор на макете, запустился с полтыка! работает отлично. Полевик брал кп103, какая буква не знаю (пластиковый корпус с крякрзябрами) V отсечки 1.3 вольта. Вобще полевик надо брать с отсечькой в раене вольта (менше лучше) чтоб амплитуду на выходе не розмахивать, иначе полевик начнет вылетат из линейного участка вах и синусоида будет мятая.
    Так же по поводу ОУ, мне кажется лучше взять ТЛ074 который можно нынче достать даже на самых задворках цивилизации и не «лечить» lm324.. как я собственно и сделал)
    Автору отдельная благодарность за публикацию!

    • PA, искренне рад, что всё заработало!

      Очень понравилось ваше замечание по поводу полевиков с небольшим напряжением отсечки.
      Как альтернатива, можно АРУ заводить с доп. каскада усиления на ОУ (благо они нынче ничего не стоят), т.о. можно получить по-прежнему небольшой размах сигнала на выходе генератора (и не гонять слишком большую амплитуду на канале => минимизируем искажения) и использовать любой полевик.

  20. Спасибо за интересную статью.
    Подскажите пожалуйста, можно ли применить ТЛ02 и потребуется ли «ставить нагрузочные источники тока по выходу каждого операционного усилителя»

    • Приветствую, Максим!
      Люди добрые уже упоминали: берёте качественный ОУ и не заморачиваетесь с «супер классом А» по выхам оного. TL072 в самый раз будет.

      Статью публиковал скорее как материал для осмысления, а не «идеальную схему для повторения». Так что любые модификации приветствуются! 😉

  21. да мне бы собрать так, что-бы заработала…
    Образования специального нет, до всего дохожу своей башкой.. столкнулся с тем, что некоторые неполярные конденсаторы из ВЧ блоков аппаратуры 20-30 летней давности, да и современные из БП не годятся в качестве разделительных…. простой стенд.. генератор 100кГц(mitech) + конденсатор + осциллограф (agilent).. земли приборов соединены, почти все выводные керамические искажают сигнал, если приложенная амплитуда синуса ниже 2-3В, при этом выходная амплитуда уменьшается в 2 раза и теряется «стабильность» самой амплитуды (возможно херню написал, но не знаю как выразить «по уму» — вершины синуса разные получаются. Самые «идеальные» из найденные в моих загашниках оказались 20 летние конденсаторы немецкой фирмы WIMA… и отечественные плоские зеленые (коих пачками ставили по питанию на каждую МС в отечественных «спектрумах». Эти конденсаторы в плоть до 100мВ по входу не искажают амплитуду её значение.. (планирую использовать Ваш генератор как источник сигнала в «квазимоде» — своём варианте ESR-метра: выход с ОУ через конденсатор на обмотку трансформатора… ) Чуть херовенько, но терпимо использовать отечественные плоские красного цвета… не знаю их маркировку… они еще ломаются часто по углам.. теряют емкость но продолжают работать.. когда-то в журналах радио читал что таким способом подбирали емкость.. но у них Тк такой.. что ппц…

    • Максим, образование не всегда «плюс», часто лишь добавляет зашоренности. И есть оно, нету — всё одно до всего самому докапываться приходится, электроника развивается такими темпами, что никакой ВУЗ не поспевает…

      Измерение характеристик и выбор конденсаторов, в особенности для аудио: тема — золотая жила! Милости прошу на форум… как только его запущу 🙂

      WIMA — всеми любима (c) мой 😉

      Теперь по теме: чтобы ваш стенд давал повторимые результаты, необходимо ещё знать, на что нагружен конденсатор. Щуп и многомегаомный вход осцилла — не лучшая нагрузка для подобных измерений. В простейшем случае советуют нагружать R примерно равным Xc на частоте измерений.
      Xc = 1 / (2 * Пи * f * C)

  22. Извиняюсь за ОФФ..
    выход генератора 50 Ом, выход осциллографа — режим 50 Ом.
    Соединение — на макетке zif-панелька.
    За формулу — спасибо, в копилку мою упало… я понимал что нужно согласовывать.. но как.. не хватает знаний. Хочу купить Хилла 3х томник… но где его взять.. в электронном виде не могу долго читать.. глаза болят..
    Я не являюсь аудиофилом.. у меня со слухом туго.. выше 14кГц я не слышу… поэтому меня любая аккустика устраивает..
    С конденсаторами и их глюками я столкнулся на паялке Меткал (индукционка MX-500, 13МГц). Покупал под восстановление.. увидел почти случайно, что у корпуса «поплыл» пластик.. выпаял.. ёмкость увеличена в 3 раза… странно..вместо 330н — 1мкф. Я так понял это само-восстанавливающиеся кондеры.. но почему после пробоя растёт емкость.. я не понимаю.. В общем паялку сделал (замена всех транзисторов и ДЦ-конвертора 2576, электролитов и пары не полярных кондеров).. а перед НГ получил тоже не рабочую, но предыдущую версию паялки STSS-02, там схема ВЧ 1:1 как у МХ-500, только нет датчика наличия жала и режима сна… вот с ней то у меня сейчас пляски.. куда-то в 4 раза просаживается выходное напряжение… выпаивать нужно всё подряд и проверять…
    как понял из небольшого опыта — если емкость выше заявленной у WIMA (красный корпус, металло-чего-там.. ) — то это уже «шлак» для ВЧ, ибо даже на моём не согласованном «стенде» кондеры с повышенной емкостью более чем на 20% от заявленной довольно сильно искажают сигнал на 100кГц.. на 13МГц там вообще полный алес..

  23. Для уменьшения амплитуды генератора соберите выпрямитель АРУ по схеме
    удвоения на двух диодах , также диоды поставьте германиевые типа Д9 , Д311
    и т.д. Если Uотсечки полевика в районе 1В , то на выходе генератора амплитуда
    не превысит 2 — 3 вольта от ПИК до ПИК.
    С уважением.

  24. Огромное спасибо за схему. Работает замечательно. Была проблема найти во Франции J-FET транзистор, пришлось заказывать на Aliexpress. Нужен мне был генератор чистой синусоиды с постоянной частотой 40кГц. Правда получилось у меня не с первого раза. Макет собирал на LM324, к ОУ подключил +15В и -15В. Максимальную амплитуду на выходе смог получить порядка 0,7В, но синусоида была кривая или иногда кривоватая. Кроме того, частота синусоиды не совпадала с расчетами. Причем как я ни пытался усилить амплитуду ничего не выходило. Позже (все же я не электронщик, а механик по образованию) додумался посмотреть даташит на LM324, там есть амплитудно-частотная характеристика. Так вот, он по сути ограничен 10 кГц. Поэтому выбрал другой ОУ и все сходу заработало. Я взял дорогой (ну если $2 можно считать дорогим) ОУ texas instruments TLE2144 (в схеме нужны все четыре). Я таких красивых синусоид давно не видел)). Кстати, выходная амплитуда получается 3В и частота синусоиды вышла такая же как и расчетная.
    Так что, еще раз огромное спасибо за знания!

    • Илья, приветствую!
      Искренне рад, что пригодилось 🙂
      Кстати, в связи с подготовкой наборов я нынче регулярно заказываю компоненты на Mouser’е — у них очень грамотно с почтой организовано (для Бельгии, думаю с Францией та же петрушка). Если что надо, особенно по мелочам, т.е. до заветных 65 евро за заказ не добираете — обращайтесь (лучше в почту) — пособим 😉 до меня посылки от них доходят за 2 дня.

  25. Когда есть планшет или простейшая мобила на андройде. Такие загоны считаю пустой тратой времени. Поставил прогу генератор на гаджет и пользуюсь. Для простейших работ вполне хватает.

    • Согласен… жаль только, что в 2001 году не оказалось у меня под рукой планшета на андроиде 😉

      А если серьёзно, то для простейших работ — да, хватит и цифровой пищалки. Если же необходимо получить незашумлённый сигнал — то проще вариант, по-моему, сложно придумать.

  26. Большое спасибо. Наконец-то понял, зачем в генераторы ставят лампочку..

    • Степан, приветствую на MyElectrons.ru!
      Рад, что статья в чём-то помогла. А знаете, я с детства лампочки люблю 🙂 Генератор на мосте Вина — пожалуй единственное место, куда душа противится ставить лампу накаливания.

  27. Для генератора с фиксированной частотой стабилизатор выхода не нужен. Генератор с регулированием частоты в широких пределах с хорошими ТТХ более сложное устройство, чем это. ИМХО

  28. Подскажите кто нибудь, где в даташите на тот или иной OU указан тип усилителя «А», «B», «АB», какой параметр об этом говорит ??? А-то надоело чувствовать себя валенком. 🙁
    Ведь должно же там что-то быть об этом… Рас есть микрухи с наличием искажений типа «ступенька», а есть без… Не вечно же жить методом «научного тыка»… Спасибо…
    http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/150/61350_DS.pdf

    • Serg, можете смело считать _любой_ ОУ усилителем с выходным каскадом в классе «AB». Искажения типа «ступенька» у современных ОУ рассмотреть удаётся лишь специально исхитрившись (вот как здесь, в генераторе на мосте Вина и у довольно слабенького ОУ), в обычных же применениях большое быстродействие и глубоченная ООС скрывают это дело от нашего брата.

      Размах выходного тока, до которого выходной каскад не выходит из класса «А», можно оценить, посмотрев … ток потребления этого самого ОУ. Взять к примеру тот же самый несчастный lm324 от ST, что по ссылке из Вашего коммента: у него на один опамп приходится 375мкА, кишочки в сумме кушают в районе 110мкА, может чуточку больше (см. схемку-скелетик в той же доке). Остальное приходится на выходной каскад.

      Про то же, что будто бы есть микрухи без искажений ступенька (при размахе выходного тока больше тока потребления в покое) — «НЕ ВЕРЮ»! (с)… 😉

      • Я просто собрал один генератор на lm324 — ступенька есть.
        Рядом на той-же монтажке собрал на 544УД2А — ступеньки нету.
        Все детали аналогичные — «мост..» 15к+1нФ ~ 10кГц
        324 откуда-то выпаял уже давно, 544-я валялась еще от времен СССР… + кп103М Теперь что-то подобное нужно найти из ряда буржуйских чтоб 4шт в одном корпусе, без коррекций, в so корпусе… Неохота покупать все подряд… лишь для того чтоб попробовать… Думал может тут кто ткнет носом в ту строчку даташита где сказано о таком параметре(может в строчку теории об ОУ)… и чтоб на будущее не тыкаться как слепой котенок…

        Но если только косвенно… по току выходного каскада… Но там ведь о таком токе ничего нету… Как-то все запутано… 🙁

        • А вы посмотрели Амплитудно-частотную характеристику LM324, Если не ошибаюсь, то 10кГц, это для него предельная частота для некоторых амплитуд (сам на этом попался, еще и долго думал, что у меня руки не из того места ростут).

          Вообще LM324 хорошо использовать на частотах до 3кГц, ну максимум до 4кГц. Остальное уже будет не так красиво.

          Я же пытался его запустить на 40кГц с амплитудой выше 3х вольт. Конечно амплитуда получалась и 3,5В, но синусоида имела не просто ступеньку, а целое плато.

  29. У К174УН7 нет ступеньки в такой схеме 🙂 Почти весь спектр искажений представлен 2-й гармоникой, которая является продуктом КП103. Искажения самого ОУ тонут в шумах. В моем случае суммарный Кг составил 0.5% при питании 8V и выходном напряжении 2V.

  30. Искажения 0.01% в данной схеме генератора — невозможно поверить. Дело в том, что уровень второй гармоники определяется вовсе не типом ОУ, а каналом полевого транзистора. И в приведённой схеме его нелинейность ничем не скомпенсирована (а как скомпенсировать её — могу рассказать, вот тогда действительно, на первый план вылезут проблемы «ступеньки» — третья гармоника).

    • Расскажите пожалуйста.) или ссылку на «гдепочитать», если Вам не сложно.

    • Sergio, сейчас не буду копья ломать по поводу 0.01% там был или 0.03 — вполне возможно где-то ошибся при расчётах, давно дело было, мерил подручными средствами ещё в начале века 😉
      Будет минутка — может быть перемеряю.

      Нелинейность канал в приведённой схеме не скомпенсирована, это верно. Лишь её влияние, вклад в результирующий уровень искажений существенно уменьшен.

  31. О компенсации нелинейности канала полевика расскажет вот эта схема:

    • Схема рассказывает о том, что охватив полевик местной ОС можно ещё больше уменьшить искажения генератора.
      Кстати, в описании схемы забыли упомянуть, что эта компенсационная ОС сформирована не только С5, R23 и R24, а ещё и R26.

  32. R26 нужен для того, чтобы сигнал со стока транзистора, пройдя через R23-R24, не оказался замкнут на землю через малое выходное сопротивление источника напряжения АРУ (С10). А вот диоды в Вашей можно и не ставить. Вероятно, не нужен и С5.

    • Всё же поспорю немножко: «С5» из Г3-111 (по схеме на врезке в комменте выше) необходим и при добавлении местной ОС в схему, что в моей статье, ибо на затворе присутствует постоянная составляющая, а на стоке её быть не должно. Для чистоты эксперимента, так сказать 🙂

      R23+R24 совместно с R26 образуют делитель, как Вы абсолютно верно заметили, на частоте генерации и выше практически «сидящий» на земле через выходное сопротивление АРУ. Этот делитель собственно и задаёт коэффициент местной корректирующей обратной связи.

  33. Таки да. Если инвертирующий вход ОУ с однополярным питанием имеет потенциал относительно земли, и регулировочный элемент не отделён конденсатором, то тогда в цепь компенсации нелинейности надо добавлять свой отдельный кондёр.

  34. А еще добавлю, что у Г3-111 фактический коэффициент гармоник намного ниже паспортного, и на частоте 1000 Гц составляет (в моём экземпляре) 0.05%. После удаления основной частоты режектором, на экране осциллографа отчетливо видна «ступенька», общий бич двухтактных схем.

  35. Сделал эксперимент. Конденсатор в цепи с стока на затвор нужен обязательно во всех случаях. При его отсутствии — отрицательное напряжение с затвора поступает на сток, чем нарушает режим транзистора, и искажения сильно возрастают. Причем, этот электролит в ряде случаев должен быть неполярным.

    • Спасибо, Sergio, за схему, поддержку и вообще! 🙂
      Мысль вдогонку: может попробовать заменить электролит на плёнку? Будет интересно в качестве добавления в копилку мудрости про конденсаторы и искажения. Генератор — на удивление нежное создание: чуть недосмотрел — и вылазят искажения 😉

  36. Можно поставить плёночный, если габариты не смущают. Сильно уменьшать его ёмкость нежелательно, чтобы не возникли релаксационные колебания из-за малой постоянной времени этого кондёра с окружающими его резисторами. Например, при ёмкости 0.68 мкФ цепь АРУ становится неустойчивой, и склонна к возбуду на частоте в единицы Гц. Все эксперименты я провожу на схеме своего карманного ГНЧ, собранного вот по этой схеме/ Его характеристики (без цепи нейтрализации полевика) таковы: выходное напряжение 1.8V, коэффициент гармоник 0.8%, питание 9V, потребление 17 мА при нагрузке 100 Ом. С введением цепи, как в Г3-111, искажения снизились до 0.34%. На спектре хорошо видно, что исчезла вторая гармоника. Поскольку чётные гармоники — это асимметрия выходного сигнала, то данный результат хорошо «ложиться» в гипотезу о влиянии нелинейности канала полевика на сигнал. Следовательно, дальнейшее снижение уровня искажений возможно за счет применения более линейной ИМС.

  37. Самодельный генератор НЧ, аналогичный вышеприведённой схеме. TBA810S, 19…23000 Гц. Аттенюатор 1: 10, 1:100. Выходное сопротивление выхода 1 =125 Ом, эквивалент нагрузки не нужен. Выходное сопротивление выхода 2= 4 Ом, можно подключать акустические системы. Потребляемый ток 12 мА. Коэффициент гармоник не превыщает 0.25%. P.S. на предыдущей схеме не нарисована RC-цепь на выходе уся, 1 Ом + 0.1 мкФ.

    • ЗдОрово! Законченная конструкция 🙂
      Мой генератор так и остался без корпуса, на платочке, как на фото в статье…

  38. День добрый уважаемый serge! Собрал я Ваш генератор на TL072 и пошел он у меня без проблем. Теперь хочу сделать его широкодиапазонным. Электронщик я аховый, поєтому хочу спросить, в каких единицах подставлять данные в формулу рассчета частоты (кОм или Ом, Фарады, микрофарады и т.д.
    С уважением. Евгений

  39. Здравствуйте!
    1)Каково назначение второго операционника в данной схеме? Усиление сигнала генератора? 2)Подойдёт ли для этой схемы TL084? Нагрузка на транзисторах потребуется?
    3)В схеме с виртуальной земли можно применять любые по номиналу конденсаторы?

    • 1) Могу предположить — буфер..
      2) Да, подойдёт, только не надо в воздухе оставлять не задействованные входы ОУ. Я делал без транзисторов — не нужны для TL072/84
      3) Я ставил из того, что было под рукой.. по 470мкФ.

      п.с.
      генератор у меня являются «сердцем» законченного устройства… — ESR-метра.. Частота 100кГц. Размещено в корпусе от тестера YX-360TR, питание — внешний БП/АКБ*.
      Правда я «считирил» — из ОУ TL072 при питании от 6В до 12В не смог выжать выше 60кГц.. пришлось «играться» с R1,R2,C1,C2..
      В планах есть мысль использовать другой ОУ и таки осилить самостоятельное изготовление плат по ЛУТ технологии). Но дальше мыслительного процесса — ни как не заходит..

      * Есть «странность» — при питании от импульсных БП типа зарядки для планшетов и т.д работает не стабильно.. плавает частота и амплитуда..

      • Максим, благодарю за поддержку! 🙂

        Ой не надо импульсные БП в измерительной технике. Вполне возможно, что в Вашем случае «свист» с ИБП способствовал какому-нибудь возбуду, хотя и крайне маловероятному для данной схемы. А ещё импульсные «зарядные» могут быть не шибко то и стабилизированными…

    • Руслан, приветствую!
      1) Второй ОУ — просто буфер. Обеспечивает «ненапряжную» работу основного, генераторного ОУ, а так же неизменно низкое выходное сопротивление.
      2) TL084 должен справиться с задачей в звуковом диапазоне. Скорее всего подгрузка выходов источниками тока не потребуется. Но тут надо пробовать, смотреть, я подобных экспериментов не проводил.
      3) Да, в питании конкретные номиналы конденсаторов не критичны. Если есть возможность сделать полноценное двухполярное питание — так будет даже проще. И лучше напряжение поболе (в рамках допустимого для ОУ).

      • А можно использовать буфер на другом ОУ? А на ЛМ-ке (или ТЛ-ке) четыре генератора сделать.

        • в теории — возможно.. но как будут они в одном корпусе уживаться.. вопрос… Вам нужно одновременно 4 генератора? Тогда нужно и 4 буфера… Если нужно выбирать одну из 4х частот — тогда просто сделать 4 варианта RC цепочек R1,R2,C1,C2 и включать их спаренным галентным переключателем..

          • Мне нужно 12 генераторов разной частоты. С возможностью одновременной работы.

  40. Руслан, в Вашем случае я бы собрал 12 генераторов на сдвоенных ОУ, на одинаковых раздельных печатных платках, с раздельной фильтрацией питания. Иначе неминуемо будут взаимо-влияния, биения там какие-нибудь…

    • Спасибо за совет! Это сегодня странно звучит, учитывая обилие ЭМИ в магазинах и цены на них, но я собираю электроорган. времени и средств у меня не так много, поэтому выбираю схему генератора по критериям цена, качество, сложность и время сборки. Ваша схема — подходящее для меня решение, но не знаю, нужно ли для моих целей высокое качество сигнала.

      • Для Вашего применения придётся подобрать стабильные частотозадающие конденсаторы, ну и повозиться с настройкой. Мне любопытно, как Вы будете масштабировать частоту — ведь не цифрой же, и не на одну октаву орган? Если всё остаётся аналоговым, то красивый синус, без негармонических электронных/транзисторных хрюков наверное весьма желателен.
        Идейка: в качестве ОУ возьмите NE5532 — исключительно «музыкальный» операционничек и при том доступен за сущие копейки.

        • Спасибо, обязательно приобрету эту микросхему и опробую. Конденсаторы придётся подобрать, а для настройки используются подстроечные резисторы (не знаю, правда, бывают ли сдвоенные подстроечники). Упомянутые 12 генераторов настраиваются на самую высокую ноту, а затем сигнал идёт на делители частоты. воспроизведение ноты осуществляется подключением соответствующего делителя к усилителю. схему делителей прилагаю. Недавно моделил эту схему в пртоеусе на 2n3906. Вроде рабочая, но форма волны меняется.

          • Руслан, благодарю за схемку… ужель из древнего журнала «Радио»? Старые добрые МП39… ностальгия, однако! 🙂
            Делители у Вас практически «цифровые». Может тогда не стоит огород городить и банально генерировать всю линейку частот в цифре? Можно и какой микроконтроллер подрядить на это дело, а ещё красивее будет CPLD-шку прошить с нужной Вам кучей делителей…

  41. Схему нашёл на просторах интернета. Честно говоря, я вообще слабо представляю, как эти делители работают. В реальности, мне кажется, оно прямоугольник даёт, хотя протеус показывал форму, похожую на пилу со сглаженной «верхушкой». Насчёт микроконтроллеров — могу, умею, практикую, но я слабо представляю, как это сделать. Уровень мой пока не тот. Синус же можно получить при помощи шим и фильтра, или при помощи цап. Боюсь, не хватит таймеров (или портов в случае с R2R цап) для одновременной генерации нескольких частот. Разве что программный шим на всех портах…
    Что же касается данной схемы, то пока что она почему то не завелась ни на LM324 ни на TL082. Думал полевик сдох, собрал всё по схеме в начале статьи — мёртвый номер.

  42. Критична к питанию.. не ниже 9В (+/-4,5) у меня на TL072 заводилась.
    Без искусственной средней точки работать не будет.
    Возможно перепутали среднюю точку с минусом.
    Если ОУ на панельки — вытащите его, подайте питание и посмотрите, какие напряжение на каких выводах.
    Отключите питание. Измерьте сопротивление между средней точки и +/-. Если ОУ запитывался минимальным Uпит, то возможно Ваш экземлпяр не пустился.. такое бывает.. начинать нужно с гарантированного напряжения.. в зависимости от экземпляра/партии и фиг знает чего, в одной и той-же схеме при минимальных питающих U, одни ОУ пускаются, другие нет.

    При правильном монтаже, схема заводится сразу (на «звуковых» частотах) при более 50кГц —

  43. Да.. ещё такой момент.. при исскуственной средней точке, не получиться «ровно по полам»… даже если можете подобрать резисторы и конденсаторы близкие по параметрам..
    Поэтому при максимальной амплитуде будут одни вершины «срезаны».

    для таких лабораторных работ, я использую простенький линейный БП, на 100мА..не больше.. у него даже корпуса нет.. пока.. т.к. редко когда нужен..*
    Трансформатор с обмотками вторички 2*12, два диодных моста на 1А, LM317, LM317, два подстроечных резистора много-оборотных, пара резисторов и 4 электролита.. Да.. там нет «звковых примочек» типа дросселей, кондеров параллельно диодному мосту.. но я могу довольно точно выставить плечи относительно средней точки.

    * на самом деле это была попытка сделать стационарный ESR-метр, т.к. хотел использовать более ВЧ ОУ.. но как оказалось.. я остал от жизни.. за 2$ можно купить ОУ с однополярным питанием до 12В, током потребления в 1мА и частотой до 350МГц… но они правда в soic-8… я так «задубел» что не очень мне нравится смд-монтаж… по крайней мере типоразмер ниже 1210 мне уже не комфортно паять… да мелочь эта.. постоянно наровит из пинцета на пол выскочить… танцы с переворачинванием их… тоже нервы железные нужны…..

    • Мне кажется, что моя беда в том, что всё собрано на беспаечной макетке. Посомтрим что получится, когда пересоберу на нормальной плате…

    • «ОУ с однополярным питанием до 12В, током потребления в 1мА и частотой до 350МГц…»
      А можно узнать название такой микросхемы ? Мне очень надо такая. Спасибо.

      • AD8038ARZ — 155 руб
        Операционный усилитель x 1, 350 MHz, питание 3 — 12 V, потребление 1 mA http://www.chip-nn.ru/doc/all/5036/5036.zip

        AD8055ARZ — 108 руб
        Операционный усилитель x 1, 300 MHz, R-R In/Out, питание 4 — 6 V, потребление 5.4 mA http://www.chip-nn.ru/doc/all/4798/4798.zip

        AD8056ARZ — 133 руб.
        Операционный усилитель x 2, 300 MHz, R-R In/Out, питание 4 — 6 V, потребление 5.4 mA http://www.chip-nn.ru/doc/all/4798/4798.zip

        • Да микрухи хорошие, только плохо что они однополярные. Мне нужно для измерительной(метрологической) функции… Надо ±15В, искусственная «средняя точка» вносит некоторые неудобства….
          А как вы их находите? Может где-то есть сайт с параметрическим поиском нужных ОУ!?

    • VD1 подойдёт любой кремниевый маленький. Например 1n4148, или КД522.

  44. Прочитал статью, решил реанимировать старый проект из Радио №4 1988г. Идея похожая, только на полевик управляющее напряжение через интегратор собранного на отдельном операционнике. В итоге всё запустилось, но только как писала Ольга Тулова трудно получить стабильность во всём диапазоне (10гЦ — 1Мгц). Или срыв генерации или искажения синуса.

    • Друзья, пожалуйста, будьте реалистами! 🙂
      Не требуйте от реального операционника, каким бы его замечательным не прописывали в доке, чтобы он стал идеальным: на высоких частотах усиление ОУ неизбежно падает, соответственно плывут все режимы, и в первую очередь настройка АРУ, а ещё чуть выше вообще условия генерации перестают соблюдаться.
      На низких частотах всё ещё проще: если частота среза фильтра АРУ становится соизмерима с частотой генерации — мы получаем уже совершенно другую схему, некий чудной релаксационный генератор, вот так с наскоку его даже не опишешь 🙂 Для того, чтобы влияние АРУ не сильно просматривалось в искажениях сигнала — частота среза АРУ должна быть хотя бы на пару порядков ниже частоты генерации.

  45. В схеме всё это вроде предусмотрено (постоянная интегрирования переключается одновременно с переключением диапазонов генерации). Т.е. в пределах диапазона генерация нормальная, а вот при переходе в другой диапазон — проблемы. Покопаюсь. В журнале опубликована как рабочая схема. Хотя всякое бывало. Во всяком случае одну ошибку нашел.

    • Владимир, лично я обязан журналу Радио, что выходил ещё в СССР, тем, что наработал критический подход к любой схемотехнике. Из моего опыта — вряд ли хоть одна схема из журнала заработала как есть, без исправления от банальных опечаток в схеме до совершенно невообразимых инженерных глупостей 🙂 При этом качество вычитки текста всегда было на высочайшем уровне!

  46. А кто-то заметил что синусоида получается какая-то перекошенная? На осцилографе четко видно что возрастающая сторона синуса немного короче спадающей… где-то на 5-10%. В симуляторе вроде ровно, а по факту криво… И не понятно как с этим бороться…

    • Serg, могу предположить, что мой R5 как раз и борется с подобными искажениями. Хотя, как Вы описываете — это вообще какой-то релаксационный генератор 🙂 Убедитесь, пожалуйста, что постоянная времени АРУ у Вас раз в сто «медленней», нежели частота генерируемого сигнала.

      • А как определить постоянную времени АРУ? Вот так происходит переходной процесс, сигнал на выходе и то что идет на затвор полевика.
        Если делать медленнее, то по амплитуде получается непрерывный колебательный процесс, от нуля и до насыщения…

        • Просто представьте, какая частота будет, ежели АРУ, например, возбудится: ведь кусочек той синусоиды как раз и виден как переходный процесс при включении. Судя по осциллограммке АРУ примерно раз в 20 «медленней», нежели генератор. Неудивительно, что влияет на форму сигнала. Надо больше, лучше — много больше.
          Вообще если АРУ возбуждается — то скорее всего слишком большое петлевое усиление. R5 (см. схему в статье) как раз и было моим ответом на данную проблему.

  47. каков будет результат/разница если вместо источника тока мы тупо подвесим резистор между выходом ОУ и плюсом питании (нагрузим и заставит оставаться в классе А)?

    • Vakhtang, разница может быть существенной — всё зависит от того, как построен выходной каскад конкретного ОУ и собственно схемы.

      В случае lm324 резисторы зеведённые на плюс питания с выходов ОУ уменьшат или хотя бы сдвинут «ступеньку», но ограничение по выходу вблизи минуса питания станет ещё резче.

      И ещё одно «начальное условие», которое не ясно из Вашего вопроса: каково соотношение напряжения питания и амплитуды сигнала на выходе. В случае, описанном в статье, когда сигнал на выходе практически «от рельсы до рельсы» — ИТ имеет полный смысл. Если же к примеру ОУ запитан от +-15В, а сигнал на выходе 2В от пика до пика, то и вправду ощутимой разницы между качественным ИТ и простым резистором для подгрузки выхода не будет.

      Если же взять дорогой ОУ, то ступеньки заметить вообще не удастся, будут выходы подгружены на ИТ, резистор, или вообще не будут. В данном случае — только измерения искажений скажут правду. По-прежнему подгрузка выхода ОУ на ИТ в большинстве случаев уменьшает нелинейность.

  48. я сделал слегка отличную схему из LM358 но без ИТ. питание пришлось раздут до 17 (-8.5 , 0 , +8,5) В, хотя в начале планировал ~12-15В, чтоб от среза снизу избавится и в добавок пришлось подбирать подтягивающий резистор (тот который включил между выходом ОУ и +8,5В).
    в общем извратился, схемка вышла слегка неприспособленным для повторения без бубна с танцами.
    но теперь нужно повторит для питании от «крони» (~ +4,5 0 -4,5В) и хотел лучше вникнут в тонкости вашей схемы с ИТ.

  49. был неудачный опить постройки этой схемы (пришлось некоторых комплектующих (транзистора) поменять и слегка переделать схемку), теперь опираясь на новый опить попытаюсь повторит новыми силами 🙂
    а схема и анализ ( поэтапное сотворение) мне очень понравился — сразу почти целиком внес в мою «хрестоматию»…

  50. Здравствуйте, Сергей
    Подскажите пожалуйста в чем ошибка.
    Есть генератор в железе (схема в приложении). Модуляция дает синусоиду при любых положениях ключа и подстроечника. В реальности номиналы разнятся, но с ними модуляция тоже корректно работает.
    В реальности на выходе операционника +11В постоянного тока (питание +-15), на входах примерно 13.8 и 13.9 (В). Замена операционника (КР1408УД) дает тот же результат.

    • Роман, если на выходе собранной схемы постоянка, которая вполне соответствует насыщению выходного каскада ОУ, я бы подозревал:
      1) битые ОУ — купите горсточку чего-нибудь недорогого современного, например TL071, или TL072 (второй ОУ + на землю — на выход, а лучше повторителем по выходу, да чтобы ООС повторителя охватывала буфер)
      2) ляп в монтаже, утечки. вынимаете ОУ из кровати и промеряете напряжения на входах и выходе. Везде должен быть 0.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *