Sinus-Eintopf

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Hmeck
Inventar

#1 erstellt: 07. Feb 2011, 17:36

Sinus - Eintopf

Hallo Bastelfreunde,

ich möchte Euch meinen neuen, mittels Drehko durchstimmbaren Wien-Brücken-Sinusgenerator vorstellen. Folgende beiden betagten Bauteile-Schönheiten sollten doch noch was nettes werden - einfach frisches Dielektrikum zwischen die Platten gepustet, und schon waren sie wie neu:

So sieht das von vorne aus, in mit etwas etwas Alublech kombiniert:

Von hinten ist sieht man die beliebten Lochrasterplatten. Ätzen finde ich einfach nur ätzend.
Die Platine mit den 2 ICs sitzt auf einem garantiert proprietären Stecker, zwecks leichteren Umbaus. Zwecks Abschirmung im Topf, ohne gibt es lediglich 100% Brumm-Modulation, ist halt schon sehr hochohmig.

Und nun das Schaltbild. Klassische Glühbirnchen-Regelung.

Ein kleine Besonderheit sind die drei parallelen Impedanzwandler des TL074 als "Treiber" für den Gegenkopplungszweig. Dieser ist ja mit deutlich unter 1 kOhm für den TL081 kaum zu schultern.
Glühbirnchen habe ich einige ausprobiert. Brauchbar waren sog. "Telefonlämpchen" 24V 25mA sowie 60V 50mA, letzteres etwas besser. Sowas gabs bei Reichelt. Passt wohl im Alter gut zu Drehko und Feintrieb.

Das Ganze läuft mit 2 X 9V-Batt. Die Frequenzkonstanz sowie Einstellgenauigkeit finde ich ganz erstaunlich. Auf 1,000 kHz eingestellt im gut geheizten Raum brachte es am nächsten Morgen, im eiskalten Raum eingestaltet, wieder genau 1,000 kHz.
Die Bereiche sind von 25 Hz bis 25 kHz in 3 Dekaden, Überlappung 3,8 %

Des weiteren erstaunt mich, daß sich der DC-Offset mit dem zuständigen Trimmer auf deutlich unter 1 mV bringen lässt, obwohl die Eingänge des TL081 ja stark unterschiedliche Widerstände "sehen" - und obwohl ich auf eine DC-Gegenkopplung verzichtet und den GK-Fusspunkt direkt auf Masse gelegt habe.

Die nachfolgenden Frequenzverläufe wurden mit Behringer UCA 202 (16/44,1) digitalisiert, möglichst nahe an 0 dB ausgesteuert; Aufzeichnung und Analyse mittels Audacity. Ich habe derzeit keine Möglichkeit festzustellen, welche der Harmonischen auf das Konto der AD-Wandlung und welche auf meinen Generator gehen, will aber mal einen mehrstufigen Tiefpass zusammenschustern und dann schauen, was sich ändert. Noch anzumerken: wenn ich einen 1kHz (gepresste Audio-Mess-CD) von meinen CD-Spielern unter gleichen Bedingungen aufnehme, sieht das ein wenig schlechter aus.

Und nun die unvermeidlichen Frequenzspektren:

Hoppla- hier haben ich den Deckel vergessen!

Mit Deckel sieht es schon schöner aus.

Und nun mal ohne den TL074 - Ausgangs"treiber". Man sieht, daß nötig ist.

Zur Fortsetzung des Projektes

1) Das Ding muss aus dem Topf raus und in ein Gehäuse rein, man will ja mal wieder Suppe kochen. Also: Alu sägen, biegen, schrauben ... besser wäre wohl Stahlblech, aber Brummschleifen gibt es eh´ nicht im Gerätchen.

2) Es soll auch Rechteck können. Also Schmitt-Trigger, Komperator, irgendwas in der Art, mit eigener 4,5 oder 6V Stromversorgung, wer will schon einen knapp 18 V Rechteck.

3) Der Pferdefuss: die Regelung! Wenn man im Sound-Editor richtig in den Schwingungszug reinzoomt, sieht man sie: Die Regelschwingungen. Wie kriege ich die möglichst klein?

a) Regeltiefe verringern. Doch wie? Könnte den IC 1 für sich so gegenkoppeln, daß das Ganze sicher anschwingt, und über einen Trimmer schauen, was man an Signal von der "Glühbirnchen-Regelung" zurückführen muss. Gibt vermutlich weniger Regelschwingungen, aber schlechtere Konstanz der Ausgangsspannung über die Bereiche.

b) Ganz andere Regelung bauen. ?!? Gleichrichter mit einstellbarer Kennlinie bauen, PID-Regler, FETs optimieren ???

Eure Meinungen sind gefragt - ich freue mich über jeden Tipp!

Last, not least, möchte ich auf folgende beiden Threads hinweisen

http://www.hifi-foru...rer+sinus&postID=0#0
(wie man sieht, muss es inzwischen nicht mehr "supersauber" sein)

http://www.hifi-foru...um_id=136&thread=105

Grüße,
Hmeck

ps: Dank ans Forum - die Bilder-Laderei ist KLASSE!

Hmeck
Inventar

#2 erstellt: 14. Feb 2011, 10:54

Hallo diy-Freunde,

Nachdem das Gerätchen nunmehr im Selbstgeschneidertem aus dünnem Alu sitzt, ein paar Ergebnisse.

Es gibt immer die deutlich erkennbaren Oberwellen f*2 = -60dB, (was dann wohl einem k2 von 0,1% entspricht,) f*3 = -74dB. Sie wandern beim Durchstimmen durch das Spektrogramm und durch alle Bereiche, sind also als mitlaufende Formanten zu werten, sie sind somit wohl im Gerät erzeugt.

Hinzu kommen je nach Frequenz zahlreiche Dips im Bereich bis ca. -70dB, die teilweise bei festen Frequenzen sitzen und dann nur durch bestimmte Eingangsfrequenz-bereiche angeregt werden. Es gibt ebenso gegenläufige Dips. Insgesamt sie sind auch von jeweils verwendeten Soundkarte abhängig. Ein faszinierendes Gebirge, aber messen im eigentlichen Sinn läßt sich damit digitaler Consumer-Krempel nicht. Allerdings sind qualitative Aussagen im Sinne von besser / schlechter schon zu machen, und der Qualitätslevel übertrifft den meiner CD-Player als Zuspielgerät.

Nebenbei musste ich feststellen, daß meine USB-Karte UCA202 einen hübschen Höcker bei 50Hz macht, wenn sie in der Nähe der Netzleiste zu liegen kommt. Der Hersteller hat dem guten Stück nur Plastik spendiert, obwohl es wie Blech aussieht - doof.

Was mich wirklich in Erstaunen setzt, ist die Tatsache, daß die Einschwingzeit (schon im 1. Beitrag erwähnt) stark bereichsabhängig ist. Unter 100 Hz steigt sie bis zu 6 sec an, bei 3 kHz liegt sie bei 0,5 sec, rein optisch nach Wellenzug im Editor geschätzt. Ich vermute deshalb, daß das nicht nur an der simplen Glühbirnchen-Regelung liegt, sondern auch an den hochohmigen und damit recht ungünstigen R/C Verhältnissen der Brücke liegt - obwohl ich den Mechanismus mir nun gerade nicht so recht zusammenreimen kann.

In Planung und vorgesehen ist, ein bisschen mit verschiedenen Konzepten zu experimentieren, wenn auch die erwartbare Qualitätssteigerung auch nicht so doll ist.

Grüße, Hmeck

Hörschnecke
Inventar

#3 erstellt: 18. Feb 2011, 13:14

Hallo Hmeck,

sehr cooles Projekt! Analogtechnik hat immer noch den meisten Charme!

Ein beträchtlicher Teil der Oberwellen geht wohl auf die Behringer-Karte zurück. Ich habe mal meine Behringer UCA-222 herausgekramt, die mit Deiner 202 meines Wissens baugleich ist und nur im etwas poppigeren Joghurt-Becher daherkommt. Die Sinusquelle ist in meinem Bild allerdings nicht wie bei Dir ehrwürdige Radiotechnik, sondern eine CD mit einem 1kHz-Sinus und -10dBFS. Zweite Abweichung zu Deinem "Klirrspektrum" ist, daß ich nur bis -6dB in Audacity austeuern konnte, da der CD-Pegel natürlich fix ist und sich nicht schön wie bei Dir analog hochstellen läßt. Gesampelt habe ich dann aber ebenfalls wie Du mit 16/44.1 (obwohl die Behringer auch 16/48 kann):

Behringer UCA-222:

Zum Vergleich unten auch einmal die höherwertige USB-Soundcard Roland UA-1G. Bitte beachten, daß die Achse bei 24/96-Sampling tiefer reicht und auch die Horizontale etwas gestaucht ist, da ja ein höherer Frequenzbereich bis 48 kHz abgetastet werden kann. Die FFT ist davon natürlich auch beeinflußt:

Roland UA-1G:

Gruß

Hmeck
Inventar

#4 erstellt: 18. Feb 2011, 17:13

Hallo Hörschnecke,

danke für Deinen Beitrag! Habe auch schon mal nach billigen gebrauchten höher auflösenden Soundkarten geschaut - da ich sie letzlich nur für dieses eine Projektchen brauche, sind sie mir aber immer noch zu teuer. (für Tape- und Plattendigitalisieren reicht die Behringer allemal, und selbstgemachte Musik habe ich nicht aufzunehmen)

Grüße, Hmeck

Hörschnecke
Inventar

#5 erstellt: 18. Feb 2011, 18:32

Hi,

aufnehmen würde ich mit der Behringer zwar eher nicht, aber zur reinen Analogwandlung meines digitalen Pianos schlägt sie sich recht gut (hatte Vergleichsmöglichkeiten).

Würde mich allerdings auch interessieren, ob es zwischen der preiswerten Behringer UCA-202 und der teureren Roland UA-1G vielleicht schon weitere (linuxtaugliche) USB-Alternativen gibt.

Gruß

Hmeck
Inventar

#6 erstellt: 15. Mrz 2011, 22:04

Hallo,

ich schau zwar immer mal nach preiswerten 24/96 - Wandlern, die eigentlich nur Stereo Ein/Aus können sollen, aber außer der M-Audio Transit usb gibt es wohl nichts, und die ist unter Linux wohl nur mit großem Murren zum Laufen zu bekommen und außerdem nicht preiswert, finde ich.

Mein Sinus-Eintopf ist inzwischen fertig gekocht und hat noch einen Rechteck-Former dazu bekommen. Der Schmitt-Trigger ist mit einem CMos 4009 ausgeführt, (HEX-Inverter-Buffer) 2 Stück als Trigger, 1 zur Signalverbesserung und 3 parallelgeschaltet für den Ausgang. Alles gut abgehangene Technik ... Außerdem habe ich noch einen schönen nostalgischen Knopf für den Bereichsschalter gefunden, der Drehknopf für die Amplitutde ist bedauerlicherweisen stilistisch nicht ganz passend - aber vielleicht finde ich ja noch was. (die ursprünglichen Spannzangenknöpfe passten optisch gar nicht)

Hier nochmal das Teil, außen

DIY-Sinusgenerator - Front - neue Knöpfe

und innen:

Insgesamt war es ein echter Bastelspaß, nur die Ergebnisse könnten ruhig etwas besser sein. Ohne die Möglichkeiten der Analyse mittels Soundkarte wäre ich wahrscheinlich ahnungslos und restlos glücklich, und wüßte nichts von den Regelschwingungen, harmonischen Verzerrungen des Sinus sowie vom nicht superexakten Tastverhältnisses des Rechtecks. Wofür ich das Teil gebrauchen werde, nämliche mal ne Schaltung durchzupfeifen oder einen Arbeitspunkt zu symmetrieren - dafür ist es freilich voll brauchbar.

Auch will ich die positiven Aspekte des Konzeptes nicht unter den Scheffel stellen: Erstaunliche Amplitudenkonstanz über alle Bereiche, sehr gute Einstell- und Wiederkehrgenauigkeit der Frequenz. Das hatte ich früher mit der Poti-Lösung so nicht hinbekommen.

Vielleicht gehe ich irgendwann mal dran und mach einen anderen Generatorteil, habe es ja steckbar gemacht. Dann käme eine FET-Regelung und vielleicht ein PID-Regler zum Einsatz, mit umschaltbaren Zeitkonstanten, der Umschalter hat noch Kontakte frei. Dann wäre vermutlich Schluss mit den Regelschwingungen.

Auch warten in der Bastelkiste noch zwei schöne, gleiche Miniatur-Drehkos (Luft) mit je 3 mal 300 pF. Könnte man ja mechanisch koppeln und dann wieder eine Wienbrücke bauen ... mit günstigeren Streukapazitäten, da 1 Drehko-Gehäuse auf Masse und eines auf Ausgang läge ...

Na, mal sehen.

über Feedback freut sich wie immer:

Hmeck

pragmatiker
Administrator

#7 erstellt: 21. Mrz 2011, 08:43

Servus zusammen,

vielleicht läßt sich hier noch das eine oder andere bei den Profis abgucken (speziell die Regelung ist bei diesem Gerät sehr gut optimiert - die steht bei Frequenzwechsel in kürzester Zeit wieder auf dem Sollpegel, was am Pegelanzeigeinstrument sehr gut zu beobachten ist):

http://www.hifi-forum.de/viewthread-136-105.html

Um mit dem Klirr weiter runter zu kommen, braucht's andere Operationsverstärker als einen TL07x oder TL08x und eine insgesamt deutlich höhere Leerlaufverstärkung. In dieser Application Note von Linear Technology ab Seite AN67-62:

http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an67f.pdf ist ein Wienbrücken-Sinusoszillator mit aberwitzig kleinem Klirrfaktor beschrieben. Falls der Aufwand hierfür zu hoch ist (und die Ansprüche an den Klirr nicht ganz so hoch sind), erscheint mir ersatzweise diese Design-Idea eine Hilfe zu sein:

http://cds.linear.com/docs/LT%20Magazine/05_03-12-LTC1968-Pei.pdf

Grüße

Herbert

[Beitrag von pragmatiker am 21. Mrz 2011, 08:54 bearbeitet]

On
Hat sich gelöscht

#8 erstellt: 21. Mrz 2011, 10:25

Hallo,

die wollen auch nur ihre ICs verkaufen. Einen stabilen Sinuston erhält man auch durch einen RE-Generator mit anschließendem Bandfilter.

Grüße
On

pragmatiker
Administrator

#9 erstellt: 21. Mrz 2011, 10:42

On schrieb:

die wollen auch nur ihre ICs verkaufen

Natürlich wollen die das. Allerdings sind bei einigen Firmen Personen dahinter, die ohne wenn und aber als analoge "Schaltungsgurus" angesehen werden können - und bei LT ist das z.B. Jim Williams, bei NS Robert "Bob" Pease und bei BB (heute TI) war das Jerald "Jerry" Graeme. Allen diesen dreien ist gemeinsam, daß sie in größerer Zahl hervorragende Applikationsschriften verfaßt haben, die zunächst einmal natürlich die Produkte ihres Arbeitgebers verwenden, deren grundlegende Schaltungsprinzipien aber jederzeit auch auf Produkte anderer Hersteller angewendet werden können.

On schrieb:

Einen stabilen Sinuston erhält man auch durch einen RE-Generator mit anschließendem Bandfilter

Hilf' mir bitte auf die Sprünge: Was ist ein "RE-Generator"?

Grüße

Herbert

[Beitrag von pragmatiker am 21. Mrz 2011, 10:45 bearbeitet]

-scope-
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 21. Mrz 2011, 16:28

Hilf' mir bitte auf die Sprünge: Was ist ein "RE-Generator"?

Möglicherweise ein Rechteckgenerator. M.E dann aber nicht mit Bandfilter sondern Tiefpass.

Hmeck
Inventar

#11 erstellt: 21. Mrz 2011, 21:13

Hallo Allerseits,

ich freue mich, daß hier doch noch ein paar Beiträge entstanden sind. Auf den Thread mit dem schönen alten RC-Generator von Rohde & Schwarz hatte ich schon verlinkt. Die beiden anderen PDFs inzwischen durchgeblättert und abgespeichert, sie enthalten eine Menge interessantes Material. Die dort gezeigten zwei Sin-Generatoren sind allerdings für Festfrequenzen gedacht, die natürlich viel leichter zu optimieren sind.

Der Artikel vom "Linear Technology Magazine • March 2005" scheint für mich besonders interessant, da er auch die Optimierung des FET-Reglers anzeigt. Keine Ahnung, inwieweit das Ganze auf die speziellen Halbleiter abgestimmt ist. Auch, ob man nun wirklich den angegebenen Präzisions-AC/DC-Wandler verwenden sollte. Die Schaltung ist wohl einfach nur für 100 kHz ausgelegt, inwieweit diese Gle. ichrichterschaltung mit einer f-Variation von 1 : 1000 fertig wird, vermag ich nicht zu beurteilen. Auch wenn man vielleicht mit dem Bereichsschalter auch noch die Ladekondensatoren für die Regelspannunserzeugung umschalten könnte, wäre die Variation mit 1 : 10 immer noch happig.

Mir scheint das überhaupt die erste Schwierigkeit bei der Überwindung der Regelschwingungen zu sein: eine veränderliche Zeitkonstante für den Gleichrichter. Ich hatte schon mal daran gedacht, eine Sample-Holdschaltung zu entwickeln, die jedesmal im Scheitelpunkt der Sin-Schwingung ein Sample nimmt, damit würde dann die Regelspannung sehr schnell folgen können.

Manchmal denke ich auch an was richtig schrilles, nämlich für die Regelung weder Glühlämpchen noch FET zu nehmen, sondern irgendwas ganz anderes, z.B. einen LDR, der mit LED beleuchtet wird. Das wäre dann ein "reiner" Widerstand ohne die Unlinearitäten von Halbleiterstrecken, und in der Ansteuerung der LED könnte man noch schön an der Regelkennlinie schrauben.

Nun, mal sehen

Grüße, Hmeck

tiki
Inventar

#12 erstellt: 21. Mrz 2011, 23:41

Hallo,

On schrieb:

Einen stabilen Sinuston erhält man auch durch einen RE-Generator mit anschließendem Bandfilter.

Das will ich sehen, bitte mit ähnlicher spektraler Reinheit, wie in den LTC-Appnotse. Überschlage mal die Filtersteilheit.

...LDR, der mit LED beleuchtet wird. Das wäre dann ein "reiner" Widerstand ohne die Unlinearitäten von Halbleiterstrecken...

Auch da sollte man nochmal genauer nachlesen.

-scope-
Hat sich gelöscht

#13 erstellt: 22. Mrz 2011, 12:00

Bei 1KHz waren mit damaligen Bauteilen etwa -90 dB Klirrdämpfung bei 1KHz drin.
Ist aber ziemlich unflexibel und begrenzt einetzbar. Gerade heute lohnt sich das alles imo nicht mehr.

On
Hat sich gelöscht

#14 erstellt: 23. Mrz 2011, 15:25

o.k, ein Sinusgenerator zum Selberbasteln für wenig Geld hat entweder eine Glühbirne oder eine Leuchtdiode+Fotowiderstand, wobei letzteres nicht so linear ist. Die Amplituden- und Frequenzstabilität mit Birne ist nicht groß, aber die Klirrdämpfung würde mit 90dB für Audiozwecke hinreichen. Das Birnchen strapaziert Standard-OPV ziemlich, weswegen ich diskrete Bauweise bevorzuge.

Die Schaltung mit Rechteckgenerator und (äh) Tiefpaß, die ich meinte, stammt von NS. Eine andere hat einen Digitalfilter namens Max 293. Digital ist natürlich wieder geschummelt aber da dürfte die Sache doch schon etwas anders aussehen!?

ICs die mehr als 38ct kosten, machen einen Selbstbau uninteressant.

Grüße
On

[Beitrag von On am 23. Mrz 2011, 15:26 bearbeitet]

Hmeck
Inventar

#15 erstellt: 23. Mrz 2011, 18:18

On schrieb:

... ICs die mehr als 38ct kosten, machen einen Selbstbau uninteressant. ...

Dem würde ich teilweise zustimmen, aber etwas einfügen:

ICs die mehr als 38ct kosten, und dann doch keine besseren Ergebnisse bringen ...

Ansonsten ist es natürlich Quatsch, Minibeträge sparen zu wollen, während man stundenlang an der Geschichte rumlötet. Da sind die Kosten für die Tassen voll Kaffee, die man verbraucht, ja höher ...

Wie beschrieben, habe ich ja wegen der IC-Belastung eine Art Ausgangs-Treiber aus 3 parallelen OPAMPS verwendet.

Was mich jetzt wirklich interessieren würde, wäre eine Begründung, warum die Kombination LED / LDR höhrere Verzerrungen bringen soll (des Signals, die Regelkennlinie muss ja "krumm" sein!)

Grüße, Hmeck

Nachtrag - Edit:

Der Große G. hats mir gesteckt:

http://www.linear.com/docs/4134

In Note 43 ist son Dingens MIT LDR/LED Regelung, nach erstem Überfliegen scheinen die für besser als FET-Regelung zu halten. (und ich habe ja gedacht, das sei MEINE Idee, ehrlich.

)

[Beitrag von Hmeck am 23. Mrz 2011, 18:36 bearbeitet]

On
Hat sich gelöscht

#16 erstellt: 23. Mrz 2011, 18:27

Solche Kleinbeträge summieren sich mit den Projekten, wenn man es nicht aus Prinzip vermeidet. Die Arbeit überdauert die Zeit, ebenso solche Dinge wie Gehäuse, Trafos etc., Sonder-ICs kann man kaum wiederverwenden.

Die LDR-Kennlinie ist meines Wissens nicht ganz linear.

Bei Halbleitern kann man immer nur den Strom steuern, nie den Widerstand. Deswegen ist die Bezeichnung "transient resistor" irreführend.

Hmeck
Inventar

#17 erstellt: 23. Mrz 2011, 18:40

Ähem, ON, Dein Beitrag + mein Edit haben sich überschritten - sorry. Zur Kostenfrage: ich muß ehrlich gestehen, daß ich lieber einfaches und preiswertes Material verbastle als irgendsowas ganz spezielles ...

Grüße, Hmeck