Variabele zaagtandgenerator tbv frequentie sweep

LetterHenk

Golden Member

Mijn in Rosmalen gescoorde functiegenerator heeft een VC ingang waarmee de frequentie extern kan worden ingesteld. Deze werkt door er een spanning van 0 tot 10V op aan te sluiten. Met een zaagtandsignaal kan er gesweept worden. Ik wil deze ingang graag gebruiken om met filters e.d. te experimenteren.
Daarom deze eenvoudige instelbare zaagtand generator. Het idee en basisontwerp heb ik hier vandaan.

Het gaat dus om een zaagtandgenerator waarvan de snelheid, amplitude en DC offset gewijzigd kunnen worden met 3 potmeters. Het lineair laden van condensator C1 gebeurt met een variabele stroombron en wordt door de 555 monoflop steeds herstart. De schakeling rond de comparator(LM311) brengt het outputsignaal uit de 555 terug naar 5V zodat dat als extern triggersignaal gebruikt kan worden op bijv. een scoop.
Het is geen precisie instrument, maar misschien zijn er toch eenvoudige verbeteringen mogelijk. Ik zat zelf nog te denken aan een extra range met een grotere condensator/kleinere zener voor langere gatetijden. Maar heb al gezien dat een elco geen mooie lineaire laadcurve heeft.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-circuit.jpg

De DC-DC converter, 5A5RN12-12 van Reliability, geeft max 250mA. Deze heb ik een keer in Deurne opgeduikeld en leek me mooi om hier in te zetten ivm de benodigde symmetrische voeding. Geen moderne en vergeleken met wat er vandaag te krijgen is flink aan de maat. Het is een geisoleerde converter, maar ik heb de massa's van de basisvoeding en de converter toch met elkaar verbonden. 5V was ook nodig voor de trigger uitgang, deze kan mooi van de basisvoeding komen, anders had ik na de converter nog een keer een regelaar moeten toepassen.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-dcdc.jpg

Het geheel staat momenteel op breadboard en functioneert naar verwachting.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-bb.jpg

Nog wat plaatjes van de uitgangssignalen.
De zaagtand loopt mooi lineair.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-lin.jpg
Met pulse outputtrigger.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-pulse.jpg
Met gate outputtrigger.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-gate.jpg

Als iemand fouten ziet of verbetersuggesties heeft houd ik me aanbevolen.
Action expresses priorities LH
Maar heb al gezien dat een elco geen mooie lineaire laadcurve heeft.
Wel als je deze via een stroombron oplaad word dan meestal gedaan via een opamp om zo een stroombron te maken.
Transistor Q1 is een stroombron.
Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Ziet er goed uit volgens mij. Standaard ontwerp, niks mis mee.

Zou met een elco ook moeten werken, tenzij die teveel lekstroom heeft.

Ook ceramische condensatoren zijn berucht trouwens. Daarbij kan de capaciteit sterk veranderen met de spanning over de condensator.
LetterHenk

Golden Member

Zoals ohm pi aangeeft. Q1 vormt met de de zener D1 en de pot P1 + R3 een stroombron.
Ik zie echter op de scoop dat het laden van een elco ,van zeg 10uF, in het begin van de curve niet lineair verloopt. Ik zal morgen een plaatje posten.
Action expresses priorities LH
Sine

Moderator

Een zaagtand generator in zijn simpelste vorm is een integrator en een transistor om het integrator C-tje kort te sluiten.

Voor frequenties in het audio spectrum is iets van 100nF al groot, 10n moet kunnen.

Hoe kleiner je C hoe makkelijker het is de uitgang steil te laten afvallen.

[Bericht gewijzigd door Sine op 1 oktober 2018 00:02:55 (19%)]

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
LetterHenk

Golden Member

De sweep hoeft niet in het audio gebied te liggen. Als de lengte ervan maar voldoende is om de te doorlopen frequenties juist te tonen. Maar ik begrijp dus dat het misschien beter is de stroombron te verlagen en een kleinere condensator te gebruiken? De afvallende flank zal dan zeker steiler zijn en het scoopbeeld (zie onder) rustiger maken aan de rechter zijde. En het is makkelijker om een mooie stabiele condensator (styroflex?) te gebruiken.

Dit is een voorbeeld van wat ik er mee wil doen. Ik bekijk hier de response van een LC kring op de fixture uit Meten inductie onbekende spoel met scoop De functiegenerator staat op x1k, dan loopt het bereik van 2kHz - 50kHz met een sweep van 0 tot 10V. De kring piekt dus rond de 33kHz.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-resp1.jpg
Door de min en max spanning van de sweep met de dc offset en versterking aan te passen kan je de de 'stijlheid' deze kring mooi in beeld brengen.
In dit geval loopt de spanning van ±6V tot ±8V Wat in dit geval een sweep van ongeveer 30kHz tot 40kHz geeft.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555sweepgen-resp2.jpg

Bovenstaande brengt meteen iets aan het licht wat ik mis in het schema. Ik zou graag even de laagste en hoogste spanning kunnen checken op een counter met bijv. een 3 standen wipschakelaar low-sweep-high.
De offset spanning kan ik zo gebruiken. Voor de high ga ik iets met een peakdetector uitproberen.
Action expresses priorities LH
Ha LetterHenk,

Leuk project nu nog een detector 1N4148 is denk ik prima je ziet dan een duidelijker plaatje.
En je kunt eens kijken om tijdens de retrace dus het neergaande gedeelte van je zaagtand de generator uit te schakelen.
Dit is simpel te doen en je voorkomt interferentie tijdens de retour sweep en dat is iets wat je niet wil.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
LetterHenk

Golden Member

Vanavond even aan het spelen geweest met een klassiek opgezette peak-detector. Dit werkt perfect, de spanning volgt de toppen van de zaagtand mooi. Echter bij het verlagen van de amplitude van de zaagtand volgt de piekspanning met een kleine vertraging. Als je de potmeter een flinke draai geeft zakt de piekuitgang erachteraan ahw. Met een lagere waarde voor condensator C12 verbeterd dat wel, maar dan komt er een rimpel op de uitgangsspanning van de detector. Omdat deze dan te snel leeg loopt. 1nF is een middenweg tussen het snel genoeg meezakken van de spanning en rimpel op de uitgang.
De uitgaande spanning kan ik mooi gebruiken om de max frequentie van de sweep te controleren.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555-sweep-generator-peak-detector.jpg

Nu nog de laagste spanning, hoe zal ik dat eens oplossen? Zou het werken als ik de zaagtand inverteer en daar de piek van bepaal? In principe is het laagste punt altijd op of boven massa.
Of bestaat er iets als een minimum-detector circuit?

En je kunt eens kijken om tijdens de retrace dus het neergaande gedeelte van je zaagtand de generator uit te schakelen.
Dit is simpel te doen en je voorkomt interferentie tijdens de retour sweep en dat is iets wat je niet wil.

Wat bedoel je hier precies mee? De functiegenerator uitschakelen of de zaagtand? De neergaande flank van de zaagtand is niet zo snel en geeft wat rommel rechts in beeld, maar is niet echt hinderlijk.
Action expresses priorities LH
Op 1 oktober 2018 22:33:05 schreef LetterHenk:
Nu nog de laagste spanning, hoe zal ik dat eens oplossen?
Zelfde schakeling gebruiken en de polariteit van dioden D3 en D4 omdraaien.
Misschien moet er nog een weerstand van >1MΩ tussen pen 5 van TL082 en +12V geknoopt worden.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 1 oktober 2018 23:55:44 (18%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
LetterHenk

Golden Member

De dioden omgedraaid, werkt prachtig! Bedankt.
Ik kwam er achter dat een circuit wat de toppen van een signaal 'volgt' een "Envelope detector" heet, een mooie naam :).
Onderstaande staat ter test op het breadboard en werkt goed.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555-sweep-generator-envelope-detector.jpg

@ohm pi, waar zou de >1MΩ weerstand die je voorstelt eventueel voor nodig zijn?
Action expresses priorities LH
Stel TL082 is een ideale opamp.
In een ideale opamp loopt er geen stroom door pen 5 van TL082.
Diode D9 laat wel stroom door van C18 naar pen 1 van TL082 en laat geen stroom door van pen 1 naar C18. De spanning op C18 kan alleen maar zakken en nooit stijgen. Door toevoeging van de 1MΩ weerstand loopt er altijd een stroom van de +12V naar C18 en kan de spanning op C18 stijgen als de minimumspanning van de Sweep-ingang stijgt.

Toch werkt de schakeling.
Kennelijk zie ik iets over het hoofd of het systeem werkt omdat er geen ideale onderdelen bestaan.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 2 oktober 2018 22:54:22 (18%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Sine

Moderator

De 082 is een jefet input amp, dus stroom door de ingangspennen ... minimaal.

Maar het is maar 1n, dus veel 'lek' heb je niet nodig, alleen hopen dat die lek de goede kant op is.
Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
@Sine,
Dat is net mijn 'probleem'. Als de lek in de bovenste schakeling 'goed' is, dan is de lek in de onderste schakeling 'fout' (denk ik).
Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Ik zie nu in hoe de gelijkrichter werkt.
De diode is eigenlijk gewoon een niet-lineaire (hoogohmige) weerstand.
Dan loopt de stroom gewoon twee kanten uit. Condensator wordt snel opgeladen en langzaam ontladen via de diode.
De condensator mag nagenoeg geen lek hebben en de opamp mag nagenoeg geen stroom leveren of opnemen.
Bij gebruik van een elco kom je in de problemen omdat de lekstroom te groot is en misschien ook omdat de RC-tijd (diode-condensator) te groot wordt.

@LetterHenk,
Waarom ontkoppel je de min-aansluiting van je opamps niet?
Ik zou zeggen:"IQ op nul, plus-aansluiting en min-aansluiting van opamps beiden ontkoppelen."

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 3 oktober 2018 16:50:07 (15%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
LetterHenk

Golden Member

De ontkoppeling staat niet in het schema, vergeten.
Wel in het bordje:
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/envelopedetector-bb.jpg

Beide circuits werken blijkbaar dus op de reverse lekstromen door resp. D7 en D9. Klinkt logisch, logischer dan dat het uit de inputs van de opamp zou komen. Dave legt dat ook uit in dit filmpje over peakdetectors. Hierin beschrijft hij juist een methode om van deze 'reverse leakage' af te komen. (vanaf ± min 16:30)
Dat doet hij oa door een tweede diode in serie te zetten. Het dynamische 'volgende' vermogen van de schakeling zou daarmee afnemen denk ik, precies wat ik niet nodig heb. Toch ga ik morgen dit schema eens proberen, van het experiment word ik wijzer :)
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555-sweep-generator-peak-detector-v2.jpg
Action expresses priorities LH
Hoi Henk, was benieuwd naar je verdere bevindingen. Wil zelf binnenkort ook zoiets gaan bouwen :-). En de IC's heb ik hier ook nog wel liggen denk ik..
blackdog

Golden Member

Hi LetterHenk,

Met deze schakeling opzet ben je volledig afhankelijk van de lekstromen van de opamp en de diodes.
Beide zijn erg temperatuur afhankelijk, ik vraag mij af of dit gewenst is...

Als ik het goed heb is het bij fet-opamps zo, dat bij iedere 10C verhoging van de tempeatuur de biasstroom verdubbeld.
In jouw schakeling staan twee ingangen parallel en ook nog de lek van je D12 diode.

Hou je er rekening me met testen bij deze hoog impedante schakeling opbouw dat licht op je diodes ook meespeeld!

Geen idee wat echt nodig is voor jou voor je toepassing, even geen tijd alles door te nemen :-)
Maar ik hoop dat dit helpt.

Groet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Ha LetterHenk,

Een ietwat late reactie maar als ik je project goed begrijp gebruik je de zaagtand om een vco te sturen.
Deze gaat van een lage frequentie naar een hogere prima tijdens de retrace gaat de stuur spanning van hoog (daar waren we gebleven) naar laag (0V) de vco gaat in korte tijd van een hoge naar lage frequentie dit veroorzaakt ringen door je DUT niet alleen wat je nu ziet maar ook in de flank zal de amplitude vertekenen.
Je detector is wel heel complex het mag en kan maar een diode weerstand en een condensator geeft het zelfde resultaat.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
LetterHenk

Golden Member

Hallo, bedankt allemaal voor de reacties en het meelezen.

@Keees, ik weet natuurlijk niet precies wat je van plan bent te gaan bouwen. Maar ik zal de voortgang van dit project in ieder geval hier blijven posten. Als je vragen hebt, of iets te laten zien, ik ben benieuwd :)

De bevindingen tav het laatste peakdetector schema (3okt)
Deze werkt naar verwachting. Dat betekent dat het door de weinige lekstroom bij het verlagen van de amplitude erg lang duurt voordat de uitgang van de detector weer op het nieuwe niveau gezakt is. Voor mijn toepassing is dat ongewenst, ik ga dit verder niet gebruiken. Maar als je een peakdetector nodig hebt voor een signaal wat betreft de amplitude redelijk stabiel is kan ik het aanraden.

Wat wil ik nou met de peak/envelope detector bereiken?
Als ik de zaagtand op 'maat' maak/instel met de potmeters. Wil ik een uitgang met het hoogste DC level en het laagste DC level van de zaagtand (schakelbaar, anders moet ik daar 2 fysieke uitgangen van maken). Deze uitgang voer ik aan de VCO. Zo kan ik met een op de VCO aangesloten counter de frequentierange controleren/zien. Maw de start en eind frequentie van de sweep die ik instel. Ik noem deze uitgang maar even de 'envelope' uitgang.
Bovenstaande betekend dat als ik aan een knop draai voor de offset of de amplitude van de zaagtand, ik graag zie dat de envelope uitgang snel volgt/mee loopt. Zodat ik ook snel op de counter zie wat ik doe.

Het nieuwe detector schema
De lekstroom door de diodes in het schema van 2 okt is in mijn geval dus gewenst, de condensatoren lopen relatief snel leeg, zo 'volgt' de envelope-uitgang het zaagtandsignaal direct. De uitgang moet dus zo responsief mogelijk zijn. Echter het mee 'zakken' van signalen ging toch nog wat traag, maar dat heb ik nu opgelost.
De in het datasheet opgegeven lekstroom van de 1N4148 is 25nA. Ik dacht, als ik nou eens kijk naar een shottkydiode, die lekken wat meer. Een BAT85 heeft een reverse current van 2uA. 80 x zoveel! Deze waarden zijn in de datasheet uiteraard bij opgegeven spanning en temp, maar die zijn typical ±20V en 25°C.
Met de BAT85 werkte de detector super responsief, geen enkele merkbare vertraging. Echter ontstond er dan wel wat meer rimpel aan de uitgang, dit heb ik opgelost door de condensatoren te verhogen naar 2.7n. Onderstaande schema doet precies wat ik wil.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/555-sweep-generator-peak-detector-v3.jpg

@blackdog, het is toch zo dat (binnen grenzen) de opamp eventuele verandering door temperatuur 'weg' regelt? Ik heb bovenstaand uitgelegd wat de bedoeling van de (detector)schakeling is. Bij het instellen van de sweep de piekwaarden 'even' controleren.
Als de lekstroom van de diode binnen normale omstandigheden (kamertemperatuur ±10 graden oid) een paar procent veranderd denk ik dat ik daar in mijn toepassing niet veel last van heb, de te meten piek waarden blijven immers hetzelfde. Maar ik ga in ieder geval nog eens testen of het gedrag merkbaar veranderd als ik bijv. met de fohn over het breadboard blaas. En blijkbaar heeft licht ook nog invloed. Hoe werkt dat? in de datasheets staat er niets over.

@electron920. Ik snap nu wat je bedoelt. C1 uit de zaagtandgenerator wordt ontladen via de discharge transistor in de 555, ik kan dit ontlaadproces niet versnellen. Misschien kan ik het signaal op het juiste moment kortsluiten om de flank stijl te krijgen. Hoe zou ik dat kunnen doen?
Wat betreft het 'complexe' detector circuit. Ik heb de buffers (B opamps) achter de detectors gezet omdat ik niet precies weet op wat voor VCO ik dit toekomstig wellicht ga aansluiten.
Nu heb ik een Krohn Hite 5400A staan, de CV ingang heeft een impedantie van 5kΩ Zonder buffer onstaat er bij deze impedantie teveel rimpel. Bovendien kan de TL082 kortgesloten worden.

Zo, weer een heel verhaal. Ik ga het totaalschema nog in orde maken en wat tests doen. Daarna een kastje zoeken en de boel op een gaatjesprint zetten.
Action expresses priorities LH
blackdog

Golden Member

Hi LetterHenk,

Door de BAT85 te gebruiken, maak je gebruik van de hoge lekstroom van dit type diode.
Je bent dan geheel afhankelijk wat de lek van de desbetreffende gebruikte diode.
Dat is in mijn ogen geen galante oplossing...

Als je nu een wat grotere condensator neemt en dan b.v. 10Meg hier aan parallel, dan bepaal jij de tijdconstante die je nodig vind.
De waarden dus aanpassen aan wat jij nodig hebt!

Een Peak/Hold Track/Hold schakeling gebruikt vaak een zeer hoog Ohmige ingang en een schakel Fet.
De gatesturing bepaald de functie, tracking of b.v. piek hold.

Hou er ook rekening mee dat de opamp in jouw schakeling belast wordt met een condensator,
meestal en serieweerstand opnemen direct aan de uitgang van de opamp om generatie verschijnselen te onderdrukken, denk dan aan 22 tot 100Ω.

Als je de datasheet download van de Analog Devices AD585 dan vind je daar in veel info.
Een ander oudje is de LF198/398 van het vroegere National ook daar is veel info te vinden in de datasheet.

Diodes en licht... vooral diodes die niet zwart zijn gemaakt zijn licht gevoelig,
met licht er op geschenen werken ze als zonnecellen, dus dan veranderen hun eigenschappen.

Groet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
LetterHenk

Golden Member

Bedankt voor het leesvoer blackdog, dat is altijd goed voor deze prutser ;)
Track/Hold schakeling heet het dus :) Dan wel in track modus.

Ik begrijp je punt tav zelfbepaalde tijdconstante wel, maar ben natuurlijk ook wel blij dat wat ik nu heb staan werkt.
Maar nog een keer wat anders op het bord prikken kan geen kwaad. Ik ga het uitproberen.
Action expresses priorities LH
Mijn in Rosmalen gescoorde functiegenerator heeft een VC ingang waarmee de frequentie extern kan worden ingesteld. Deze werkt door er een spanning van 0 tot 10V op aan te sluiten. Met een zaagtandsignaal kan er gesweept worden. Ik wil deze ingang graag gebruiken om met filters e.d. te experimenteren.
Daarom deze eenvoudige instelbare zaagtand generator.


Ik weet eigenlijk niet hoe het met de moderne digitale scoops is. Maar elke beetje fatsoenlijke analoge scoop heeft een uitgang waar de zaagtand van de scoop uitkomt. Bij mijn tek('s) is dat een mooie zaagtand die netjes van 0 tot 10 volt loopt. (De digitale TEK op mijn werk heeft het geloof ik ook niet.) Ik wobbel daar netjes mijn filters mee. Alles loopt dan ook heel mooi gelijk.

Misschien is het idee als je nog een anloge scoop hebt. Dan hoef je het niet zelf te gaan bouwen. Een moderne digitale scoop heeft geen zaagtand meer nodig. Waarschijnlijk heeft de scoop daarom geen uitgang voor de zaagtand. Best jammer. Voor sommige experimenten waren dit soort opties best handig.
LetterHenk

Golden Member

Dat zou een mooie zijn inderdaad. Mijn Tek 465b (Best fatsoenlijk imho :)) heeft echter geen sweep uitgang. Anders had ik het eens uit kunnen proberen.
De instelbaarheid van mijn generator maakt het mogelijk met de DC offset en signaalhoogte een specifiek frequentiegebied bestrijken.
Dat heb je met een vaste 0-10V natuurlijk niet.
Action expresses priorities LH
. Mijn Tek 465b (Best fatsoenlijk imho :)) heeft echter geen sweep uitgang. Anders had ik het eens uit kunnen proberen.


Dat heeft hij wel. Op de achterzijde. Tevens een blankingen output en nog wat dingen. Zit nu in het buitenland kan dus even niet kijken en een foto sturen.
Meestal heet de bus iets van sweep uit of sawtooth out ofzo.

De 465 is een hele fijne scoop. Werkt duizend keer lekkerder als dat moderne digitale ding bij mij op de zaak.