Postituses https://edb.ee/siinusgeneraator/ kirjeldasin lihtsamat sorti siinusgeneraatorit. See vana artikkel tasub kindlasti enne käesoleva uurimist läbi lugeda. Ma ei seleta siin uuesti üle generaatori toimimise põhimõtteid.
Sellel eelmisel generaatoril oli temperatuuri tundlikkuse probleem. Pärast nuputamist, simulatsioonide tegemist ja katsetusi olen valmis saanud stabiilsemalt toimiva ja reguleeritava sagedusega generaatori. Siin on selle skeem.
Parendus nr 1 – Temperatuurist sõltumatu tagasiside
Et muuta võnkumine stabiilseks, tuleb generaatori käivitumisel tagasiside tugevust piirata. Selle tarbeks ühendan R3 paralleelselt fototakistist ja fotodioodist koosneva kodukootud komponendi. Fototakisti on takisti, mille takistuse väärtus pimedas on väga suur. Sõltuvalt takistist võib see olla sadadest kilo-oomidest mitmekümne megaoomini. Kui see valguse kätte asetada, hakkab takistus langema pöördvõrdeliselt valgustugevusega. Madalaimat väärtust, mille fototakisti saavutada võib, tavaliselt väga täpselt ei defineerita. Fotodiood, mida mina kasutan, omab fototakistust 8-20 kΩ valgustugevusel 10lx. 10lx on üsna hämar. Päikseloojangu momendil pilves ilmaga võib valgustugevus õues olla nt 40 lx. Aga paremat arusaamist aitab saada telefonis olev luxmeetri äpp. Neid on terve hunnik.
Pika jutu mõte on see, et keeruline on prognoosida, milline on takistus mõnel konkreetsel valgustugevusel. Kui see on sinu jaoks oluline, tuleks seda katsega mõõta.
Meie jaoks ei ole see aga nii väga oluline. Meid huvitab ennekõike stabiilsus. Signaali amplituudi saame hiljem lihtsa võimendiga parajaks.
Kui genereeritava signaali amplituut saavutab pinge, mis on veidi rohkem kui dioodi D1 päripingelang ja valgusdioodi R4 päripingelang, hakkab vool läbi valgusdioodi voolama. Tekkiv valgus hakkab vähendama fototoakisti takistust. Fototakisti on aga paralleelselt tagasiside takistiga R3. R3 ja R5 on valitud nii, et võimendi võimendustegur oleks natuke üle kolme. Kui me aga lisame R3-le paralleelselt mõne takisti, siis on nende kahe summaarne takistus veidi väiksem ja seega on ka võimendustegur veidi väiksem. Selge, et kui 220kΩ on paralleelselt mitu megaoomi, on summaarne takistus ikkagi väga 220kΩ lähedal. Läbi teise takisti lihtsalt ei teki mingit olulist voolu. Kui paralleelse takisti takistus langema hakkab, hakkab ka R3 ja R4 summaarne takistus langema. Ja kui see summaarne takistus langeb võrdseks kahekordse R5 takistusega ongi võimendustegur 3 ja signaali kasv peatub.
R4 on aga üks isevärki komponent. Varemalt oli võimalik leida isegi tootjaid, kes seda valmistasid. Aga et selle põhiline kasutuskoht, analoog siinusgeneraatorid, ei ole tänapäeval enam väga levinud, on ka tootjad ära kadunud. Seega tuleb komponent ise ehitada. Tuleb võtta üks üsna suvaline fototakisti, mille takistus pimedas on oluliselt suurem kui R3 takistus. Seejärel tuleb valida üks üsna suvaline valgusdiood, mille valgus on fototakisti spektris. Kaks komponenti tuleb üksteisele pimedas keskkonnas otsa vaatama panna. Pimenduseks kasutasin musta termokahanevat rüüsi.
Parendus nr 2 – Sageduse muutmine
See on tegelikult täpselt nii lihtne, kui wieni sillas olevate takistite asendamine potentsiomeetriga. See peab olema selline potentsiomeeter, mille ühe telje küljes on kaks üksteisest elektriliselt sõltumatut takistusriba ja harja.
Sellise potentsiomeetriga saab tagada, et takistite väärtused muutuvad sama aegselt ja ühte moodi. Eelmises siinusgeneraatori postituses kirjutasin, et generaatori sageduse saab määrata selle valemiga:
Madalaim võimalik sagedus, mida 50kΩ ja 10nF annab, on 318 Hz. Et potentsiomeetri takistuse saab keerata ka nulliks, on matemaatiliselt võimalik, et ülemine sagedus on lõpmatult suur. Praktikas see ilmselt ei õnnestu ning tark oleks ülemine piir püsitakistiga paika panna. Kui aga on tarvis madalamat sagedust veel madalamale tuua, tuleks suurendada kondensaatorite või potentsiomeetri nominaali.
Samuti tasuks kaaluda mitmepöördelise potentsiomeetri kasutamisele. Kui helisageduse spekter, 20 kHz, tavalise ühepöördelise potenstiomeetri 270° peale ära jagada, jääb ühe kraadi kohta üle 70 Hz. Sedasi on väga keeruline sagedust täpselt reguleerida.
Eksperiment
Ladusin skeemi maketeerimisalusele.
Saan aru, et siit ei ole midagi näha, kuid olgu see siiski mu sõnade kinnituseks: Seade sai päriselt ehitatud.
Katseliselt selgus, et madalaim sagedus, milleks generaator võimeline, on 336 Hz.
Kõrgeim aga 28,2 kHz.
Ning antud fotodel on signaali kujust palju olulisem tähele panna signaali sagedus spektrit. See on see alumine punakam joon. Postituses https://edb.ee/signaalimuundur/ kirjeldan seda lähemalt. Pane tähele, et sellel on ainult üks teravik. See tähendab, et signaal koosneb ainult ühest sagedusest. Moonutusi ei ole. Tegemist on väga “puhta” siinusega.
Kohtusin ka kitarrivõimendi postituses, https://edb.ee/korvaklapivoimendi-kitarrile/, tuttava nähtusega mis on omane opvõimenditele millel on push-pull tüüpi väljund. Tekib kerge paus, kus üks väljundtransistor enam ei anna voolu ning teine veel ei neela (või vastupidi). See tekitab signaalis moonutust.
Aga nagu ka kitarrivõimendi postituses, aitab ka seekord pisikese lisavoolu andmine opvõimendi väljundile. Selle jaoks on takistid R6 ja R7. Miks see aitab, loe viidatud postitusest. Tulemus on aga selline.
Kokkuvõte
Tuju läheb väga heaks, kui aparaat, mille kallal sa hulga vaeva näed lõpuks tööle hakkab ja töötab nii hästi kui see generaator siin. Aga töö ei ole veel valmis. Tahan teha generaatori reguleeritavaks sagedusvahemikus 20 Hz kuni 20 kHz, et seda päriselt audiotehnika uurimiseks kasutada. Samuti plaanin ehitada veel ühe võimendusastme, mille abil generaatori signaali amplituuti muuta. Skeemitehnika koha pealt see enam väga huvitav ei ole ning peatun sellel vaid põgusalt oma järgmises postituses.
Järgmise postituse põhirõhk saab aga olema hoopis trükkplaadi disainil. Aga seekord teeme professionaalse trükkplaadi, võttes disainis arvesse elektromagneetilise ühilduvuse, müra ja muu huvitava. Samuti tekitame trükkplaadist täieliku komplekti tootmisfaile ja tellime plaadi professionaalselt valmistajalt.