To-tone generator med lav forvrængning

Transkript

1 To-tone generator med lav forvrængning Af OZ1BXM Lars Petersen, Indledning Denne artikel beskriver en to-tone generator, som frembringer sinustoner på 700 Hz og 1900 Hz. Tonerne tilføres en lineær sender, og ved at måle på output kan man finde forvrængningen. En totone generator anvendes altid, når ARRL tester SSB-sendere for at måle IMD. Radioamatøren kan bruge to-tone generatoren til måling og justering af senderen. Ved hjælp af et oscilloskop eller en spektrumanalysator kan man måle senderens forvrængning. Wien-bro oscillatoren Figur 1. Wien-bro oscillator. Kredsløbet på fig. 1 kaldes for en Wien-bro oscillator. Denne oscillatortype bygger på fasedrejning i to RC-led, hvor det ene er parallelforbundet (R1, C1), og det andet led er serieforbundet (R2, C2). I praksis har R1 samme værdi som R2, og de to kondensatorer er også ens. Ved resonansfrekvensen er fasedrejningen mellem indgangsspændingen Up og udgangsspændingen Uo netop 0 grader, og derved går oscillatoren i sving. Dette kræver dog, at spændingsforstærkningen i opamp er 3, da Up ved resonans er 3 gange mindre end Uo. Forstærkningen fastsættes af forholdet mellem Rf og Rb. Forstærkningen 3 opnås, når Rf er dobbelt så stor som Rb. Oscillatorens resonansfrekvens kan beregnes som vist på fig. 2. Denne formel forudsætter, at R har samme værdi som R1 og R2, og at C har samme værdi som C1 og C2. Figur 2. Beregning af resonansfrekvensen.

2 AGC med glødepære En glødepære kan anvendes som automatic gain control (AGC) i en Wien-bro oscillator. Det er en enkel og billig løsning, som giver forbavsende rene signaler. Figur 3. AGC med en glødepære. En glødepære erstatter Rb i oscillatoren på fig. 3. Hvis Uo stiger, øges strømmen gennem pæren. Herved stiger pærens modstand, og forstærkningen mindskes. Hvis Uo falder, mindskes strømmen gennem pæren og dens modstand falder. Derved øges forstærkningen. Efter nogle sekunder findes et balancepunkt, hvor Uo er stabil. Kredsløbet på figuren kan efterbygges i praksis og vil fungere fint! Figur 4. Pærens modstand som funktion af strømmen gennem den. Grafen på fig. 4 er fremkommet ved målinger på den glødepære, som bruges i konstruktionen. En ændring af strømmen gennem pæren bevirker en ændring af modstanden i den. Ændringen sker tilpas langsomt på grund af trægheden i glødetråden. Denne træghed er hemmeligheden bag glødepærens funktion i oscillatoren. Hvis ændringen skete hurtigt, ville det medføre forvrængning, og det er netop det, vi prøver at undgå.

3 Kredsløbsdiagram Figur 5. Kredsløbsdiagram. IC1a og IC2a er to Wien-bro oscillatorer, som hver frembringer et sinussignal. S2 aktiverer 700 Hz oscillatoren, og S3 aktiverer 1900 Hz oscillatoren. Med S2 og S3 kan den enkelte tone tændes eller slukkes. Det er praktisk at kunne gøre det, når man skal justere en sender. Ved TP1 og TP2 kan man måle oscillatorernes udgangsspænding inden filteret. Signalerne føres derefter gennem lavpasfiltre, som er opbygget omkring IC1b og IC2b. Filtrene er af typen Sallen-Key. De dæmper signalets overtonerne og mindsker dermed forvrængningen. Jeg har målt THD (Total Harmonic Distortion) til mindre end 0,05% på hver enkelt tone. Denne lave værdi viser, at generatoren frembringer meget rene signaler. Til sidst tilpasses signalet til udgangen. Spændingen på Line out er omkring 100 mvpp når P2 og P4 er indstillet til maksimal styrke. Dette niveau passer til en senders linjeindgang. Spændingen på Mic out er nede på 10 mv og det passer til senderens mikrofonindgang. Udgangsimpedansen på begge udgange er 600 ohm.

4 Fremstilling af print Du kan opbygge konstruktionen på et Veroboard (hulprint med baner), eller du kan fremstille et rigtigt print. På EDR's hjemmeside kan du hente filer til printfremstilling, så du kan udprinte kobbersiden og fremstille en printplade efter fotometoden. Printet måler 100 mm x 48 mm. Figur 6. Printet er tegnet i Sprint-Layout 6.0. Du kan også lade et firma fremstille printet. Der skal indsende Gerber-filer, og der er normalt et minimum styktal på 5 eller 10 print. Hvis printet fremstilles i Kina, kan portoen nemt overstige prisen på produktet! Denne fremgangsmåde er nok mest egnet for en gruppe selvbyggere, hvor man deles om udgifterne. Jeg fik fremstillet 10 print i Kina ( og stykprisen incl. porto blev 30 kr. Leveringstiden var en uge. Komponenter Modstandene er 0,3 W metalfilm fra E12 rækken. R10 og R11 skal være 8 kohm; en værdi, som ikke findes i E12-rækken. På printet er der plads til to modstande, som er forbundet i parallel. Ved at indsætte 8k2 som R10a og 330k som R10b fås den ønskede værdi. Det samme gøres ved R11. R2 og R3 bør have så ens værdier som muligt, lige som R10 og R11. P1 og P3 er lodrette trimmere af typen multiturn. P2 og P4 er lineære 6 mm potentiometre. Kondensatorerne er modul 2 (benafstand 5 mm). Jeg har anvendt Wima MKT med driftspænding 63 V eller højere. Værdien af C3 og C4 bør være så ens som muligt, og det samme gælder for C10 og C11. Elektrolytterne er modul 1 (benafstand 2,5 mm) med driftspænding 16 V eller højere. Minijackbøsningerne er 3,5 mm stereo. Kantkonnektorerne er fra Molex. De to glødepærer L1 og L2 er forsynet med trådben og kan købes hos El-Supply (varenr. 4610/12/40) eller hos Vejle RC Elektronik (varenr. 12/40). Du kan også finde dem på Ebay, hvor du indtaster 12V 40mA og laver en søgning. De to opamps hedder TL072, og de er beregnet til støjsvage audiokonstruktioner. De kan eventuelt erstattes med TL082 eller LF353.

5 Samling og justering Figur 7. Det monterede print. Start med at montere alle lus med teksten wire på printet. Dernæst monteres de to pærer. De kan fint hænge i trådene. Tjek med et ohmmeter, at glødepærernes modstand er omkring 30 ohm i kold tilstand. Nu monteres de passive komponenter samt IC-sokler og kantkonnektorer. Batterierne tilsluttes, og du kontrollerer forsyningsspændingerne i soklerne på IC1 og IC2. Inden IC1 og IC2 isættes, justeres P1 og P3 således, at der måles 80 ohm mellem pin 1 og pin 2 på begge opamps. Denne værdi sikrer, at oscillatorerne vil starte. Forbind et oscilloskop til TP1 og GND, og tænd for 700 Hz oscillatoren med S2. Juster P1 så output er 1,0 Vpp. Kurveformen skal være en pæn sinus. Tænd og sluk for oscillatoren et par gange og kontroller, at den starter op og kører stabilt. Bemærk, at pæren ikke gløder, når oscillatoren kører! Samme procedure udføres for 1900 Hz oscillatoren. Her måles output mellem TP2 og GND, og output skal have samme niveau som ved 700 Hz oscillatoren. Til slut kontrolleres spændingerne på Line Out og Mic Out. Line out og Mic out er stereo-jackbøsninger hvor højre og venstre kanaler indeholder samme signal. Fra bøsningen føres et kort, skærmet kabel til senderens linieindgang (PKT) eller mikrofonindgang.

6 Figur 8. Boreskabelon til forplade. Printet monteres i et kabinet. Jeg har valgt et alu-kabinet fra Proma, som er købt hos Conradelektronik.dk (varenr ). Dette kabinet er beregnet til Eurokort som måler 100 mm x 160 mm. Vores print er 100 mm bredt og det skubbes ind i kabinettets slidser uden brug af skruer. Forpladen bores efter fig. 8 og der påsættes labels (Dymo LetraTag). De to potentiometre forsynes med knapper. Inden kabinettet lukkes, trækkes en ledning fra batteriernes midtpunkt (mærket kabinet på diagrammet) til kabinettets bagplade, således at printet bliver stelforbundet. Til sidst samles kabinettet med de T10 skruer, som fulgte med.

7 Figur 9. Kabinettet set ovenfra uden låg. Figur 10. Kabinettet set forfra. Afslutning Til slut vil jeg ønske dig god fornøjelse med projektet. Du kan finde yderligere oplysninger ved at følge disse links: Forfatterens hjemmeside med supplerende materiale, stykliste og Gerber-filer: The Wien Bridge Oscillator (god forklaring af virkemåden)

8 Gerber-filerne kan hentes fra EDR's hjemmeside