junger Entwicklungsingenieur habe ich natürlich oft
Frequenzgänge, Klirrfaktor und viele andere Eigenschaften von
Verstärkern gemessen. In den 60ern wurde oft ein Schwebungssummer
verwendet, wie z.B. den GM 2308, der den ganzen Audiobereich ohne
Umschaltung überstreicht. Ich habe so ein Prachtstück.
Ein Foto finden Sie hier: www.radiomuseum.org/r/philips_gm2308.html
Dieses Gerät hatte sicher mehr als 10 kg.
Damals, vor mehr als 50 Jahren, hatte ich den Wunsch einen RC-Generator
zu bauen, der ebenfalls den ganzen Audiobereich überstreicht. Ich
habe zwar damals einen gewöhnlichen RC-Generator mit 3 Bereichen
gebaut, der noch immer in Verwendung ist:
Mit dem DDS-Generatorerreicht man recht gute Werte, aber richtige Analogfreaks kann man damit nicht begeistern.
Jetzt, sehr spät, nachdem ich mich mit den Möglichkeiten und Schaltungen rund um OPamps beschäftigt habe (www.elektronik-labor.de/Lernpakete/OPAmp.htm) ist mir meine Idee eines durchstimmbaren RC-Generators, der sich wie ein Schwebungssummer verhält, eingefallen.
Das
Basisprinzip ist ein Allpass 1. Ordnung, siehe den Link oberhalb,
dessen Amplitudengang konstant ist, der Phasengang aber von 0° auf
180° dreht. Bei der Grenzfrequenz dreht der Allpass nicht 45°
wie z.B. ein RC-Glied, sondern 90°. Also 2 Allpässe
hintereinander, zusammen mit einem invertierenden OPamp ergeben sich
dann 360° Phasenverschiebung, die Anordnung schwingt.
An
der Schaltung ist nichts Besonderes. Der LM386 kann ev. durch einen
komlementären Emitterfolger ersetzt werden, da der LM386 bei 20
kHz doch schon einige Grad Phasendrehung aufweist, was den
Abstimmbereich um einige Prozent reduziert. Ohne LM386 und ohne
Amplitudenregelung trat dies nicht auf. Sie sehen im Bild, dass
sich einiges während der Entwicklung getan hat. Das Lämpchen
zur Amplitudenregelung gab es bei Conrad 1V/15 mA. Bei 20Hz ist die
Zeitkonstante des Lämpchens schon merkbar in kleinen Verzerrungen
des Sinus, aber akzeptabel.
2
Vpp am
Lämpchen
Die gesamte Anordnung
Warum
ist die Schaltung mit Allpässen realisiert? Weil es schwierig ist
über einen Bereich von 1:1000 einen Gleichlauf der
frequenzbestimmenden Bauteile zu erreichen. Ein Allpass hat keinen
Amplitudengang! Bei Gleichlaufschwankungen hat dies auf die Amplitude
keine Auswirkungen. Auf die Phase wohl, aber bei in Summe 180° ist
es dann so, dass auch 85° und 95° in Summe wieder 180°
ergeben. Nach diesem Prinzip muss sich also die Amplitudenregelung
nicht um Gleichlauffehler kümmern.
Das, zusammen mit
modernen OPamps ermöglichte diese Schaltung in analoger Bauweise.
Vielleicht kombiniere ich diesen Generator mit einem uC, aber ohne das
analoge Prinzip zu verlassen. Es wird zwar in der Literatur darauf
hingewiesen, dass man Oszillatoren mit Allpässen aufbauen kann,
habe aber im Internet keinen solchen gefunden. Dafür fand ich die
Kuriosität, einen Bubba-Oszillator, der 4 x 45° mit 4
RC-Gliedern um 180° dreht. http://freecircuitdiagram.com/2009/07/15/bubba-oscillator/
(Im Schaltbild ist ein kleiner Fehler, Vout Sine muss oberhalb des 10k R’s sein.)
Hier noch einige Fotos zur Dokumentation:
Untere Phase etwas zu spät
Genau 90° Phasenverschiebung
Demonstration
des Abstimmbereiches: 1/6 Periode bei 10 ms und 16 Per. in 1 ms. Also
16 Hz bis 16 kHz mit 10 nF in den Allpässen. Die X-Ablenkung ist
gleich mit 1 ms/cm bei beiden Fotos. Siehe in den Bildern rechts
außen.
Einige
Lissajousfiguren zur Anzeige der Phasendifferenzen zwischen den
Allpässen. Bei perfektem Kreis wäre die Phasenverschiebung
genau 90°, siehe auch Text oberhalb. Das mittlere Bild entspricht
16 Hz. Man sieht den Einfluss der Belichtungszeit, als auch die
Verzerrung bedingt durch die für 16 Hz mangelnde Trägheit des
Lämpchens. Für Lissajous siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Lissajous-Figur
