Tvåtonsoscillator

Berätta om dina pågående projekt.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Håller på att bygga en tvåtonsoscillator efter design från följande länk. Designen bygger på Wienocsillatorer, en på 700Hz och en på 1900Hz. Man kan välja vilken ton, eller båda, samt deras inbördes amplitud.

Jag har givetvis krånglat till det och bygger den mer komplicerade varianten för att få bättre prestanda. Skaffade säkert delar för över ett år sedan men starten på bygget blev nu under julledigheten då jag ville testa allpcb.com och deras billiga mönsterkorttjänst.

Caddade ihop ett kort på en kväll i Eagle som jag fick för någon vecka sedan. Det är nog det slarvigaste kortet jag har gjort (kanske om man bortser det första):
board_layout.png
Löder dit komponenter och fixar mekaniken:
build_1_board_and_mechanics.jpg
Ja, sladdarna är kanske i längsta laget.

Dags för provkörning och ingen oscillation, alla signaler ligger på den virtuella jordnivån på 4,5V. Börjar med att kolla att jag ritat schemat rätt, inte glömt någon ledare på kortet osv...

Hittar ett litet misstag på kortet, silkscreenen för R1 och R2 är omkastade. Men ingen skillnad för funktionen.

edit: Länk till schemat.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av mankan 16 januari 2018, 23:42:26, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Börjar läsa på om Wienoscillatorer och hittar en del Spice-modeller och får för mig att testa designen jag har använt.
Men den oscillerar inte stabilt och i vissa fall så startar den knappt och LTSpice beter sig allmänt märkligt.
Backar tillbaka till en av de fungerade modellerna och modifierar den steg för steg och helt plötsligt har jag något som fungerar som utlovat :D
Börjar nu försöka hitta felet i den ursprungliga Spice-modellen men ger upp efter en timme eller två.

Klurar på hur jag ska fortsätta...
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Och kommer fram till att jag löder dit komponenterna i steg och kontrollmäter efter varje steg på ett nytt kort. Mäter även motstånden innan jag löder dit dem, någon dag kanske man skulle lära sig färgkoderna.

Börjar med spänningsmatningen, både 9V och 4.5V, ser bra inga problem. 4.5V kanske är 4.55 egentligen men kör vidare.

Monterar dit komponenter för 1900Hz-oscillatorn och provkör...och samma skit som första kortet. Det händer ingenting!

Börjar mäta på kortet att komponenterna är kopplade enligt schemat. Hittar inga fel. Mäter motstånden och hittar att R5 är 45Ohm när det borde vara 47kOhm. Dubbelkollar färgkoden och den stämmer, löder bort och då är det 47kOhm :shock:
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Börjar fundera på om JFET-transistorn (2N3819) och opampen (TL084) är fejk då de är köpta på eBay. Beställer komponenter från andra leverantörer men 2N3918 och dess alternativ är svåra att hitta andra än asiatiska leverantörer.

Ska jag nu behöva vänta 2-4 veckor på komponenter? Eller kan jag felsöka på något annat vis?

Drar mig till minnes en grej som står i bygginstruktionerna angående JFET-arna...
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

...nämligen att om man vill att de två oscillatorerna ska få liknande amplituder utan att behöva använda balanskontrollen så kan man matcha dem genom att kortsluta gate med source och sedan mäta resistansen till drain. Och den ska ligga på 110-270 Ohm med medel kring 180.

Jag får 44-46 Ohm och 7-8 MOhm, mina 2N3819 är alltså inte symmetriska, eller? :shock:

Hmm, spanar i schemat och inser att detta kan förklara mysteriet med R5. Stoppar i en JFET i min komponenttestare och de rapporterar JFET med gate på pinne 1! Inte på pinne 2 som databladet säger, skumt men det är värt ett försök nu när jag ändå väntar på nya komponenter.

Gör operationen på det delvis monterade kortet och vi har oscillation i 1900Hz och ungefär korrekt amplitud. Äntligen! :D

Gör även operationen på det första kortet och det oscillerar med 700Hz och 5300Hz :o Det visar sig vara C2 som råkat bli 1nF istf 10nF vid montering (eller nåt åt det hållet) på kort 1.

Tittar nu på själva utsignalen, dvs efter summering av oscillatorer och förstärkning och hittar hack i den fina sinuskurvan:
Board1_hi_output_max_level_bal_middle.png
Jaha, får väl bygga summering och förstärkning på kort 2 också...
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

...monterar R7, tar en trimpot istf för en vridpot som P2 för att undvika långa sladdar, monterar R15 samt D3 och D4 och mäter:
Board2_opamp3.png
Ser ok ut, noterar att signalen är lite skev jämfört med kort 1.

Monterar C9 och mäter med AC-coupling:
Board2_C9_level_pot_not_connected.png
Ser också ok ut tycker jag.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18289
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av 4kTRB »

Vilken pinne på OP-förstärkaren genererar halva matningsspänningen i din layout?
Det är ju den spänningen du ska ha som jord enligt original-schemat, inte batteriets minuspol.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Monterar P2 och vips så är hacken tillbaka igen. Labbar och klurar fram och tillbaka, monterar dit de sista komponenterna på utgången, R16, R17 och R18. Notera att på kort 2 har jag ännu inte monterat 700Hz-oscillatorn.

Fortfarande hack :( Vilket iofs var väntat.

Labbar vidare och permuterar vilka komponenter som är monterade och kommer fram till så fort utgångssidan av C9 är jordad någon mer stans via någon komponent förutom oscilloskopsproben så uppstår hacken.

Vad är det som händer? (inte en retorisk fråga den här gången).

Mäter med den lilla "jordfjädern" på probspetsen och proben i 10x.
Spänningsmatning med switchat labbagg via en LM7809 eller med 9V batteri spelar ingen roll.
Har även verifierat utgångsdelarna i LTSpice.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

4kTRB skrev:Vilken pinne på OP-förstärkaren genererar halva matningsspänningen i din layout?
Det är ju den spänningen du ska ha som jord enligt original-schemat, inte batteriets minuspol.
Min layout följer originalschemat som jag fattat det vilket kan vara helt fel.
4.5V.png
Vilka jordsymboler i originalschemat borde vara kopplade till 4,5V?
Nuvarande 4,5V-nät markerat i bilden ovan.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18289
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av 4kTRB »

Blir aningen lättare om du presenterar schemat.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Ok, här kommer det:
schema.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18289
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av 4kTRB »

Pinne 4 och 11 ska vara till batteriet.
Allt som heter GND ska vara till pinne 7.
Ta bort C11, C12 och C10.

Det där platta strecket i original-schemat
är samma potential som pinne 7 i ditt schema.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Kanske är för trött men det blir inga snygga signaler i Spice av detta.

Jag återkommer imorgon när jag snyggat till Spiceschemat så komponenterna har samma namn som i mitt schema.
xxargs
Inlägg: 10183
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av xxargs »

om hacket vid 0-genomgången är kvar - prova att dra/lasta utgången från varje OP-amp-utgång via motstånd till batteriets minuspol (inte systemets nolla/signaljord)

på så sätt tvingar man OP-ampen att arbeta klass-A mode i alla lägen under enveloppen så att den inte byter trissa på sin drivning när den korsar nollgenomgången.

vilket värde ? - du får prova, börja med 1 kOhm och sedan öka med en faktor 3 gånger ungefär (dvs 1K,3.3K,10K,33K...) per steg - ungefär som områdesomkopplare på ett mätinstrument för 10 dB stegning mellan lägena (idealt i 3.16 ggr i stegning)) tills disten börja synas igen och sedan backa lite igen - på så sätt kan man prova över ett stort motståndsområde (stor dynamik) utan allt för många motstånd i sortimentet om man inte har någon ide alls var man skall börja med i för värde..

Det finns en sak att tänka på när man designar kretskort, speciellt om man har möjlighet med 2-lagers kort - försök ha ena lagret som ren jordplan utan några ledare alls, bara hål med isolerande ring för komponenter som inte skall jordas, och metallkryss i isolerande ringen (detta för att inte avleda för mycket värme i samband med lödning) för de som skall lödas i jordplanet (dvs. tänk layout-mässigt som vid konstruktion av enkelsidigt kort) - allt för att inte skära skåror i jordplanet - jag löder hellre en eller två byglingssladdar på komponentsidan än att göra en skåra i jordplanet. Syftet - med jordplan så lugnar kortet ned sig i alla avseende när det gäller störningar och stabilitet samt man får en jordanslutning som är stabil och har ordentlig area på just jorddelen.

visserligen kan man lägga en eller två ledare även på jordsidan om det kniper på riktigt - men då gäller det att planera sitt 'brott' väl efter kanten på någon sida eller liknande så att man inte under några som helst omständigheter snör av av jordplanet på mitten eller skapar öar med smala ledare som kontakterar ihop dem - för då får man strömförträngning, starkare magnetfält just där och man får obalans i potentialen mellan olika delar av kortet som gör att man får in brum och störningar i systemet.

Att inte ha jordplan utan som du har designat är som en fraktal-antenn - fångar upp all skit som finns i luften inklusive att delarna på samma kort kan störa varandra.


---

slutligen:

Att simulera Oscillatorer i spice är knepigt, som du redan märkt.

Dels beror på att det räknar i diskreta steg - både i tiden och i absolut värdesupplösning på de numeriska värdena

Dels beror på att modellerna är för perfekta, 0 Volt över en konding vid simuleringsstarten är noll volt med oändligt många nollor i decimaldelen etc. och tar inte med sådana saker som termisk brus, störning utifrån mm. som är fröet för att starta en oscillation.

Därför vid problem kan det vara bra att sätta lite i förväg uppladdad offset-värde på en konding i den frekvensbestämmande delen (och lite ström i en drossel i dom fallen där sådana finns) så att när simuleringen startar så finns det en potential som vill ladda ut sig i systemet och ger den rörelsen eller vågen av rörelse som är fröet till att starta upp en oscillation. Det gör att man eventuellt startar först, för DC-biasering och start av simuleringen (och inget händer...), stoppar igen, ändra en kondings laddningsvärde lite och sedan startar simuleringen igen (hur man gör detta är olika mellan använda simuleringsmiljö)

I verkligheten är det termisk brus och störningar (även om det bara är i mikro eller nano-Volt nivå) som är fröet för att starta en oscillation.
Senast redigerad av xxargs 17 januari 2018, 01:55:27, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Tvåtonsoscillator

Inlägg av mankan »

Inte kunde jag sova. Har nu pillat i LTSpice och dessutom sett att min ursprungliga modell inte var symmetrisk runt jord.

Denna ser bra ut (notera att 700Hz är avstängd för tillfället):
spice_schema.png
Dvs, D1 och D2 ska vara mot batteri-minus. Jag är dock osäker på D3.

Varför ska C10, C11 och C12 bort? Onödiga vid batteridrift?

@xxargs: Läser och begrundar imorgon.
@4kTRB: Tack för hjälpen så här långt.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar