[AD2][RETRO] Model generatora sygnałowego na wzmacniaczach operacyjnych LM741

[tasza]

#slowanawiatr

Wprowadzenie niespójne stylistycznie

Czarodziejskie pudełeczko o nazwie Analog Discovery 2 zaprząta mi ostatnio głowę i nie ukrywam - dostarcza wielu atrakcji.
Po paru zabawowo zorientowanych niby-projektach postanowiłam wykorzystać owe urządzenie zgodnie z intencjami twórców, czyli jako poważny przyrząd warsztatowy. Przyrząd, którego funkcje pomogą w uruchomieniu i wyregulowaniu budowanego układu.

Aby nie powiało nudą, to może zrobimy kolejną wycieczkę w przeszłość, w lata 70-80, z których to właśnie pochodzą układy LM741 - wzmacniacze operacyjne w metalowych obudowach TO-99 pozyskane ze starego złomu przemysłowego. Kostki są technicznie sprawne, co sprawdziłam na samym początku. A pomysł na ich wykorzystanie jest oczywisty, zbudujmy z nich sobie ....

Model generatora sygnałowego - prostokąt / trójkąt / sinus

Dłuższa chwila buszowania w Google za hasłami: `op amp triangle gen` i `op amp triangle to sine converter`
pozwoliła skupić uwagę na dwóch prostych schematach, które będą podstawa do dalszej pracy:
https://www.electronicspoint.com/attach ... -gif.3037/ - generator
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/imag ... v22oajo3BQ - konwerter trójkąt/sinus

Schemat ideowy odtworzonego układu przedstawia rysunek poniżej:

01_laz-zrzut ekranu238.png

i jak widać układ odpalił od pierwszego włączenia, no super!

02_laz-zrzut ekranu216.png

Częstotliwość przebiegu wyjściowego określa proste równanie

f = 1 / ( 2 x R5 x C1 )

co dla moich wartości R5 = 30k i C1 = 22nF dało wyliczoną częstotliwość 757 Hz

Pomiary wykonane AD2 pokazały odrobinę inną wartość (z błędem około 4%) - czyli 725 Hz

03_laz-zrzut ekranu217.png

05_laz-zrzut ekranu240.png

No cóż, biorąc pod uwagę tolerancje elementów - takie wyniki są jak najbardziej do przyjęcia.

Prawie jak sinus...

Skoro w miarę zadziałał nam generator bazowy prostokąt/trójkąt - czas pomyśleć, jak z tego wydobyć sygnał sinus.
Podejścia generalnie są dwa: odfiltrować interesującą nas harmoniczną z sygnału trójkątnego albo jakoś owy sygnał przetworzyć na sinus.
Pierwsze podejście miałoby sens, gdybym chciała mieć układ o stałej, takiej już na zawsze, częstotliwości wyjściowej.
No ale ten model ma być w zamyśle regulowany (czy strojony, jak kto woli) w szerszym zakresie, więc wszelkie filtry na sztywno odpadają.
Pozostaje ogólnie znany trik - a mianowicie aproksymowanie sinusoidy fragmentami parabolicznych charakterystyk diody półprzewodnikowej.
Ano tak, jest taka sztuczka, co pozwala poskładać `prawie sinus` z kawałków charakterystyki przejściowej diody, jakość sygnału wyjściowego ściśle zależy od ilości wykorzystanych fragmentów charakterystyk (u mnie trzy) oraz regulacji punktów pracy diod (u mnie: regulacji w sumie brak...)

Nieco przerabiamy układ aby powstało coś, jak na schemacie poniżej:

05_laz-zrzut ekranu240.png

Obserwacja przebiegów w newralgicznych punktach układu:
trójkąt - CH2 i `niby sinus` na kanale CH1 potwierdza powyższe wywody o konwersji trójkąt-sinus.

06_laz-zrzut ekranu220.png

Popatrzmy z bliska na wygenerowany przebieg sinusoidalny,

07_laz-zrzut ekranu221.png

a potem spróbujmy go porównać (choćby wzrokowo) z matematycznym sinusem z generatora Analog Discovery 2:

08_laz-zrzut ekranu224.png

Jak widać, w kwestii konwersji jest jeszcze sporo do zrobienia, no ale to tylko model, więc uznajmy na ten czas, że jest ok

Regulacja

Wstawiając w gałąź R1-R2 potencjometr precyzyjny o wartości około 5K uzyskujemy możliwość szerokiej regulacji symetrii przebiegu prostokątnego, czyli proporcji czasu trwania dodatnich i ujemnych połówek
Zastępując rezystor R5 o pierwotnej wartości 30K mniejszym np. 10K oraz kolejnym potencjometrem (20K) mamy możliwość regulowania częstotliwości generowanego przebiegu. Przy odrobinie cierpliwości można całość ustawić na całkiem symetryczny 1kHz, co pokazuje poniższy oscylogram

09_laz-zrzut ekranu237.png

A tu krótki filmik, pokazujący regulację zarówno symetrii przebiegu jak i częstotliwości.

https://youtu.be/5G-V76DYQxQ

Fotoplastikon

Na koniec tradycyjnie kilkanaście zdjęć z placu zabaw.

[spark]

"No cóż, biorąc pod uwagę tolerancje elementów - takie wyniki są jak najbardziej do przyjęcia."

No tutaj się zawiodłem ... Zawsze taka skrupulatna a tu proszę.
Marudzę.
Brakuje mi pomiaru "rzeczywistych" wartości R5 i C1 ot chociażby wsadzonych do miernika co dałoby nam wynik + tolerancje ze względu na błąd pomiarowy i po wstawieniu do wzoru jestem ciekaw czy wpasowałoby się to wsio w zakres.
Po drugie, jestem ciekaw wpływu pojemności pasożytniczych stykówki na generator. Cz. 750Hz może i nie jest zabójcza ale o by było z sygnałem 10k, 100k, 1M etc. czy wtedy jesteśmy w stanie wyłapać:
a. szumy
b. zniwelować pasożytnicze pojemności,
c. w jaki sposób to zrobić i czy w ogóle "da się"
d. czy sposób zasilania ma na to wpływ?
Dodawałaś kondensatory do sprasowania DC? Co było źródłem napięcie? Tam widać w tle Twój czarno czerwony lucyferek zwany zasilaczem (do siebie: hmmm i te świeczki takie podejrzane), więc podejrzewam że ot on właśnie.

Czerwony kabelek do połączenia do ujemnej szyny zasilania mnie piecze w oczy ...
I tak już offtopowo, chyba NE555 dał mi kiedyś lepsze rezultaty jeżeli chodzi o sinusa, muszę poszperać w swoich gratch i poszukać zdjęć.

"#slowanawiatr"

Wiatr daleko niesie.

pzdr.
/Darek

[tasza]

No tutaj się zawiodłem ... Zawsze taka skrupulatna a tu proszę.

celem ćwiczenia było pokazanie przydatności AD2 w tego typu pracach i myślę, że został on osiągnięty,
model generatora to tylko pretekst i jego finalne parametry są tu sprawą drugorzędną i bożkom celtyckim dziękować należy,
że to w ogóle odpaliło, te akurat scalaki mają prawe czterdzieści lat, pracowały w hutniczej automatyce w dość trudnych warunkach termicznych...

Co było źródłem napięcie? Tam widać w tle Twój czarno czerwony lucyferek zwany zasilaczem (do siebie: hmmm i te świeczki takie podejrzane), więc podejrzewam że ot on właśnie.

Widać też, że jak go nazwałeś - lucyferek - jest wyłączony, nie świeci ślepiami, a układ był zasilany prosto z AD2, z jego regulowanego zasilacza.

Czerwony kabelek do połączenia do ujemnej szyny zasilania mnie piecze w oczy ...

Jak poprzednio pisałam - ja lubię kontrasty.
A posługiwanie się delikatnym urządzeniem za ponad tysiąc złotych zmusza do ostrożności i myślenia nad każdym ruchem,
z tego punktu widzenia - czerwony minus tylko mi w tym pomaga

A tak ogólnie - te szumy, pojemności pasożytnicze, tolerancja C1 i R5 no wszystko super tylko zauważ proszę:
układ zasilałam +/- 5V a takie oldschoolowe LM741 zaczynają sensownie pracować przy ponad +/- 10V,
pasmo przenoszenia tych akurat kostek pozostawia na tyle wiele do życzenia, że spadek dynamiki na WO zrobi więcej złego niż pojedyncze pikofarady pojemności pasożytniczych styków i pomiędzy przewodami
zauważ też, że w ogóle pominęłam zagadnienie kompensacji WO, celowo, aby się nie rozckliwiać nad detalami

co do jakości sinusa - z NE555 możesz uzyskać dobry kształtem sygnał, ale jak wspominałam - metodą odfiltrowania stosownej harmonicznej, o tu przykład:
http://www.seekic.com/uploadfile/ic-cir ... 819914.gif
to będzie dobrze pracować dla jednej pracowicie obliczonej f. jak chcesz inną - musisz przełączać filtr.

Znacznie lepsze są konwertery diodowe, ale obsługujące większą ilość aproksymowanych fragmentów, taki 5..6 stopniowy da całkiem czysty sygnał, w necie są schematy....

[spark]

celem ćwiczenia było pokazanie przydatności AD2 w tego typu pracach i myślę, że został on osiągnięty,

A skoro tak no to pełna zgoda. Mission Accomplished.

A posługiwanie się delikatnym urządzeniem za ponad tysiąc złotych zmusza do ostrożności i myślenia nad każdym ruchem,

I kolejne przemyślenia ...

Czyli albo mamy gigasuper urządzenie do wszystkiego za tysiące złotych albo kilka urządzeń o słabszych (bardzo) parametrach za mniejsze pieniądze, zbudowane na podstawowych elementach dyskretnych + kilka scalaczków (chociażby NE555 + podstawowe Op. Ampy).

Po prostu zastanawiam się czy dla takiej bardzo amatorskiej elektroniki taki kombajnek jest potrzebny.
Fajnie jest mieć wszystko w jednej obudowie, do którego się podłączasz kilkoma kabelkami, kompuerek i działa, ale ta cena mnie jednak nie przekonuje.

[Grzegorz...]

Tasza uwielbiam te Twoje projekciki.
No i zdjęcie leżącego na plecach 741 mnie rozwaliło
Już zapomniałem, że faktycznie w takich obudowach były

[tasza]

dziękuje za dobre słowo, te metaliczne 741 wkrótce znajdą odrobinę poważniejsze zastosowanie jak sądzę, ale za chwilę, i to prawda, wyglądają dość oryginalnie