50Hz oscillator, wienbrygga

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Peppar
Inlägg: 278
Blev medlem: 9 oktober 2006, 18:06:11
Ort: Malmö

Inlägg av Peppar »

Detta har plötsligt blivit mer akut än jag räknat med. Har fått tag på en ny skivspelare som är för 110/115V och 60Hz. I detta fall behövs endast fast frekvens. Men jag vill ändå ha samma flexibilitet. Jag kommer helt enkelt bygga två identiska nätdelar. En för 50Hz och en för 60Hz.

Jag är mer insatt i problematiken nu. Samtliga lösningar har tillräckligt låg distorsion för att distorsion ska kunna ses som irrelevant.

Stabilitet är det absolut viktigaste. Att reducera skivtallrikens svaj från, säg, 0,1% till 0,01% lära betyda stor förbättring i ljudkvalitet. Det är inte direkt jämförbart. Men jitter är sagt vara det största problemet med digital ljudreproduktion, och vi pratar om pikosekunder. Svaj och pitch är saker örat tycks vara väldigt känslig för.

Dessa är alternativen som jag kommit fram till och hur jag förstår dem:

VCO
0,1% distorsion och stabilitet på 100ppm eller bättre är typiskt. Problemet som jag ser är spänningsregleringen. Den VCO jag kollade hade ca 50mV för 50Hz och ca 100mV för 100Hz. Detta är säkert inga problem med en radiosändare som arbetar i kHz. Men även en flervarvig precisionspotentiometer tycks kunna bli problematisk för mig. 1mV upp eller ner betyder 49-51Hz.

VCO med kristall
I stort samma problem "vanlig" VCO.

Wienbrygga
Jag vet inte hur en wienbrygga står sig mot en VCO. Men av någon anledning så har jag inte fastnat för detta. Kanske det har att göra med okunskap. Exempel: Jag hittade en ganska attraktive brygga som använde lysdioder och tycks vara väldigt stabil, som jag ser det. Men så läste jag att lysdioder är mindre stabila än glödlampor. Jag minns inte detaljerna. Men det var tillräckligt för att jag skulle bli osäker.

D/A-konverterare
Jag är något sånär insatt i digital audio. Jag har i princip allt material som behövs för att bygga en DAC för audio. (Det är en del andra oväntade problem och tidsbrist som har gjort att jag inte byggt någon än.) Jag kan säkert hitta mer info om jag lägger ner mer tid. Men just nu har jag inte tillräckligt för att kunna säga att jag har en bra överblick. Jag är säker på att där finns hur mycket info och hjälp som helst hos de som säljer hårdvaran för programmering. Men jag vet inget om hårdvara. Så jag är öppen för förslag och idéer. Min programmering är dock haltande, så Basic eller Java är mina begränsningar. Jag kan givetvis ta upp Icecaps erbjudande. Men detta är en kunskap jag har nytta av och skulle föredra att begränsa det till att fråga om hjälp med programmeringen när jag behöver det. (Den audio-DAC jag tänkt bygga är för USB och även om ingen programmering behövs så tycks det öppna en del roliga möjligheter.)

Någon typ av IC-krets
Jag har ingen överblick alls. Tycks finnas hur mycket som helst, inklusive vad jag tror är obskyra kretsar. Exempelvis ELM446 50Hz Generator. Så jag kan bara gå tillbaks till de som nämnts av grym, 4040 och 4017, xr2206 och 8038 eller 4047.

Så mitt dilemma är att jag har för många alternativ och möjligheter men saknar kunskapen att kunna bedöma vad som är lämpligast i mitt fall. De flesta IC-kretsar har fyrkantskurva. Men som jag förstår det från inläggen här så är det inget problem.

Jag vet inte om detta är till hjälp. Men bilden är hur förstärkardelen är tänkt, sannolikt klass D-förstärkare. Viket betyder LP-filter på utgångarna. Eventuellt kommer jag att ha en opamp som buffer före förstärkaren. Men detaljer som det avgörs av andra saker.

Bild

Ändrade irriterande stavfel.
Senast redigerad av Peppar 15 november 2007, 02:58:02, redigerad totalt 1 gång.
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

Kristaller är det absolut mest stabila du kan hitta, en sådan kan ha Q-värde på 100000 vilket gör att den bryr sig inte speciellt mycket om brus och störningar utifrån i kopplingen. PLL-styrd VCO (mot en referenskristall) är minst 10-faldigt gånger sämre än en kristall då det är en reglerloop med viss bandbredd inblandad och man får mer fasbrus. En Wieneroscillator i dessa sammanhnag har nästan ingen Q-värde alls i sin återkopplingsnät och därmed känslig för störningar utifrån i helt annan magnitud än kristall-lösningar.

Skall man ha det riktigt stabilt med minsta möjliga fasgitter så är det kristalloscillator jobbande i serieresonans som gäller (inte Pierce-koppling som är den vanliga lösningen i mikrokontroller sammanhang - den är något mer känslig för omgivningsbrus, dock fortfarande tusentals ggr bättre än vilken RC/RL/RCL-baserad 'enkel' IC-oscillator typ xr2206, 4040 som helst, just för att det är svårt att få Q-värde över 200 - 500 med diskreta induktanser.

När man fått fram en stabil frekvens (ofta på alldeles för hög frekvens) så gäller det 'bara' att dela ned frekvensen till 50/60 Hz och forma till sinusform på något sätt (tex. adressera ett eprom med räknare som matar en D/A och därefter lågpassfiltrera - då behöver du inte ha så skarpa filter som om det skulle vara 50 Hz fyrkantvåg. - tänk på att trafo distar en viss del, och även så motorn, så man behöver inte jaga ihjäl sig på den perfekta kurvformen här.

---

En observation är att en stabil ocillator tar lång tid på sig (väldigt många perioder) att nå full sving efter strömpåslag just för att den har högt Q-värde och därmed låg fasgitter, medans snabbstartare har i regel mycket lägre Q-värde.

En 32768Hz -kristall (rätt lastad) till en klockkrets kan behöva sekunder på sig från strömpåslag innan oscillatorn har nått full amplitud...

---

när det gäller potar i sådana här kopplingar så kan man minska känsligheten om om poten sitter i serie med ett fast motstånd så att poten kanske bara representerar säg 10% (och lägre) av hela motståndsvärdet - och till det så använder man mångvarviga potar. - med en sådan lösning så måste man ligga ganska rätt i frekvens (värde) redan från början) - man får helt enkelt byta den fasta motståndet (med poten ställd i mitten) tills man kommer så nära som möjligt önskade frekvens, och därefter kan du använda potentiometern för finjusteringen.

Kristaller - speciellt när dom jobbar i seriemode går i prinsip inte att flytta alls eller några få Hz på MHz-kristaller - dom är _mycket_ stabila på gott och ont...

När det gäller kristaller så måste man veta om frekvensstämplingen gäller för seriemode eller parallellmode, eller vid typkapacitansen om de är avsedda för pierce-oscillatorer (modell inventerare med konding till jord på ingång och utgång samt kristallen monterad mellan ingång och utgång - används i nästan alla microcontrollers etc.). en som avsedd för pararelldrift men arbetar i seriemode kommer att ligga 50 -200 kHz fel mot stämplingen och denna 'fel' går inte att 'rucka' hur mycket man än försöker - en trimkonding här påverkar lika lite som en mygga påverkar bilens hastighet när den smaskar in på vidrutan i 110 kmh...
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26662
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Inlägg av Icecap »

Man kan ju även ta en mikroprocessor som styrs av ett kristall och som har en D/A-omvandlare i sig, den kan sedan slå upp i en tabell som innehåller sinus-kurvan som den sedan "spelar upp" med kristallens precision i tid. Ska det vara skitnoga tar man en DS4000 som oscillator till arbetsfrekvensen, då ligger den inom 1ppm ÖVER FULLT TEMPERATUROMRÅDE.

En annan fördel med mikroprocessorlösningen är att man kan göra soft-start, byta frekvens och har fast utgångsnivå.

Edit: Rätt namn och rätt data.
Senast redigerad av Icecap 15 november 2007, 20:39:46, redigerad totalt 1 gång.
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

hmm 0.1% - det var inte någon högre precision direkt, det fins inte allt för dyra kristalloscilllatorer i området 1e-8 - 1e-9 - dvs uppväxlat mha VCO och PLL så går dom 1-10 Hz fel vid 1 GHz - givetvis också över hela temperaturområdet - och nedväxlat till en sekund skulle driften vara ungefär 1 sekund per 3.2 - 32 år...

Kristaller i mätinstrument ligger i den här klassen och högre än så med hjälp av kristallugn.

Det går att få bra precision om man är beredd att betala lite (hmm. ganska mycket) mera.

---

kristaller med hög precision är fortfarande viktigt i kommuikationssystem dels för att grejorna i olika platser skall vara överens om tiden (och då pratar vi inte om giltiga tidsförnster alla akademiska kvartar utan kan vara tidsfönster i både milli och us - dels i system med uppblandning och nedblandning (superheterodynmottagare) där inmatad 1 kHz skall komma ut som 1 kHz fortfarande och inte frekvensskiftad några Hz upp eller ned.

ni som kommer ihåg BF-burkar på telefonlinjer ( för fler samtal på samma fysiska kopparpar) och råkade ut att modem kanske inte kunde köra med ens halvfart om man hade oturen att hamna på ett BF-par - just bl.a för frekvensskift i delar och hela av Hz men också gruplöptidsdistorsion i dom inbyggda filtren i dessa burkar.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26662
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Inlägg av Icecap »

Och det var jag som var liiiite snabb på att lita på mitt minne...

DS4000 ligger ±1ppm inom -40°C till +85°C.
Användarvisningsbild
grym
EF Sponsor
Inlägg: 17631
Blev medlem: 16 november 2003, 12:22:57
Ort: i det mörka småland

Inlägg av grym »

frågan är nog med hur bra man behöver till en skivspelare :lol:

en sak man inte vet där är hur bra varvtal man hadde vid inspelning

hadde nog provat med en xr2206 direkt och haft en kristall med delare för frekvens jämförelse
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

problemet är väl att man kommer att få en sub-Hz svävton mellan sin superstabila nätaggregat och brummet från alla elledningar som läcker in, även då elnätet är väldigt stabil på lång sikt, så kan den krypa fram och tillbaka lite i frekvens på kort tidrymd. - ja om man skall fortsätta navelskåderiet vill säga ;-)

Läste om något filmteam på 50-60 -talet, innan alla elnät var ihopkopplade där man råkar få ljudinspelaren/bandspelaren ansluten till ena elnätet och filmkameran till det andra (i samma hus...) - de som som skulle klippa ihop och mixa ljudet till filmen efteråt hade ett rent helvete...
Peppar
Inlägg: 278
Blev medlem: 9 oktober 2006, 18:06:11
Ort: Malmö

Inlägg av Peppar »

Tack för svaren.

Starttid är irrelevant. Tar ca 15 min för skivspelaren att stabiliseras! Den tycks gå fortare i början, vilket borde vara det motsatta. Det är obetydligt fortare, men ändå.

Skivspelaren är en 50 år gammal Garrard. Jag ska uppgradera lagret. Ska också lämna in frihjulet. Tänker göra allt fixande samtidigt när jag väl kommer till skott.

Jag har ingen aning om hur stabilt det kan bli. Technics bästa direktdrivna skivspelare hade svaj på 0,015%. Bättre än så tror jag blir svårt. Jag har inget mål för hur stabilt det ska bli. Det är heller inget jag kan eller tänker mäta. Mitt dilemma här är snarast att det finns så många lösningar och jag kan inte bestämma mig.

Jag kommer förmodligen att först testa chips, som xxargs föreslår. Själva oscillatorn är billig. Transformatorer och annat kan återanvändas.

Jag tror inte att oscillatorn är begränsningen här. Nätdelen, förstärkaren och rent mekaniska problem (inklusive nålens friktion mot skivan!) är minst lika viktiga.

Till sist, frågor om DAC, kristall och programmering. Programmering har nämnts. Men jag är fortfarande osäker. (Detta är avlägset om jag ens någonsin kommer att gå på det. Men att veta möjligheter och begränsningar är alltid bra.)

Är det praktiskt (med betoning på praktiskt) möjligt att använda en DAC och kristall och programmera den för, säg, 48, 49, 50, 51 och 52 Hz?

Vi säger vi har en kristall på 3,58MHz, vilket delat med 71600 är 50Hz. Kan man dela frekvensen med 70196 och 68846 för ca 51 och 52 Hz? Det är bits och bytes som bråkar med mig. Steglös justering är inte viktigt (om ens önskvärt) och exakt frekvens är irrelevant.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26662
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Inlägg av Icecap »

Om din delning bara ger rätt antal Hz och din idé var att låta en mikroprocessor bilda sinusen är det fel!

Frö att bilda en sinusliknande kurva måste det till ett antal punkter på kurvan, kanske 100 delar och då måste interrupten eller klockan komma med 50Hz * 100 = 5000Hz. Vill man ha högre upplösning på kurvan behövs det högre frekvens.

Därför bör mikroprocessorn köra med "högst möjliga" frekvens, det gör att det blir mindre steg som den kan reglera frekvensen i.

I teorin kan du komma på 1ppm i noggrannhet vilket torde vara 0,0001% och i dem storlek är det andra faktorer som spelar in som du själv skriver.

Mikroprocessorn är då "bara" en uppspelare av en ställbar men precis frekvens och OM du vill kan man göra så att den kan ställas med ett betjäningspanel men det beror ju på behov. Processorn kan i övrigt programmeras till att "rampa upp" spänningen den ger ut om det behövs.
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

Med en teoretisk antialisingfilter så räcker det med två sampel per period, men helt klart enklare filtrera praktiskt med fler sampel som beskriver en kurva, men så högt som hundra sampel per period behövs sällan utan det kanske räcker med 8 eller 16 steg på en period och sedan ett ganska skarp lågpassfilter efter med brytfrekvens strax över den högsta önskade tonen.

sådant här kan göras med räknare vars utgångar kopplades till passande motståndsvärden för en sinusform och summeras i en OP-amp, det enda man behöver göra vara att klocka 8 eller 16 ggr fortare än den frekvens man ville ha ut, som dessutom inte behöver vara symetrisk 50% duty-cykel

jag har gjort DTMF-generatorer på den tekniken och klarat telegodkännande med detta (iofs bara 5% distorsionskrav, men ändå..)

kan man bara dela ned det på vettigt sätt med räknare och rätt vald kristall till räknare innan man matar ovanstående så kan man göra det fullständigt CPU-fritt, låtvara att man kanske måste ändra frekvens genom att flytta byglar på något sätt. - ganska primitivt men programbuggfritt :-)


Angående distorsionen så kommer ändå utgångstrafon vara den stora kurvformsknycklaren, så om sinusen som matar förstärkaren inte är perfekt så har det bara liten betydelse i sammanhanget.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26662
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Inlägg av Icecap »

Jo, det är ju rätt. Min tanke med många kurvbiter är just att filtret blir enklare och mindre kritisk att bygga in och vilken lösning man än väljer kan man likaväl låta den göra så mycket av grundjobbet som möjligt så även om det räcker med 16 nivåer per helvåg kan man likaväl låta den göra 100 eller annat lämpligt antal om det inte försvårar eller fördyrar.

Jag ser dock ingen programmeringsteknisk problem som gör det viktigt att skrota mikroprocessorn och inte heller ett stabilitetsproblem.
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

om man gör det via mcu eller med klisterlogik har nog att göra med vilken bakgrund man har - klart att det är enkelt med MCU om man redan har en fungerande utvecklingsmiljö med programerare och allt väl utprovat samt är familjär med de olika CPU-arkitekturerna.

Men skall man starta från början så är det minst två dagars meck förutom att få hem grejorna innan den första lysdioden ens börja blinka på MCU:n

en som är van att bygga med klisterlogik är redan klar med bygget inklusive utprovning på den tiden, på samma sätt som den som redan kan sin MCU-plattform.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26662
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Starup (Haderslev), Danmark

Inlägg av Icecap »

Helt rätt. Att en mikroprocessor-lösning ofta ger färre kretsar för en given lösning är ju en sak i det hela, det finns även TTM (Time To Market) och "Jag brukar göra såhär och då vet jag att det fungerar".

De 2 senaste punkter hänger ihop väldig bra och ofta tar man till den lösning som man VET fungerar för att slippa fjumsa runt i en vecka enkom för att få en idiotisk LED att blinka! (efter en vecka säger man så!)

För mig är det logisk med en mikroprocessor till detta men det är jag det.
Skriv svar