Bredbandig Utgångsförstärkare till Funktionsgenerator

[4kTRB]

Till min funktionsgenerator baserad på ICL8038 har jag ända sedan
den blev klar saknat ett bra utgångssteg och framförallt möjligheten
att justera offset på utsignalen.

Jag har en koppling jag ska testa som finns beskriven i databladet till CA3140 och
som är likadan som den jag testat i LT-spice med en LT1360. LT1360 är en
OP med betydligt bättre prestanda när det gäller bandbredd och dc-offset med mera
men med CA3140 finns möjligheten att frekvenskompensera och därmed få bättre bandbredd
vid en högre förstärkning.

Så jag har tänkt mig den här kopplingen för utgången till de valbara kurvformerna
triangel, fyrkant och sinus. Jag tänker mig också ett likadant utgångsteg med
en schmittrigger som försteg att mata in fyrkantvågen på (som ligger symmetriskt
runt nollan) och på så sätt få en fyrkantvåg med endast positiva värden på kurvformen
lätt tillgänglig.

Med 1.5ggr förstärkning är bandbredden för den här kopplingen ca: 14MHz enligt simuleringen.

[4kTRB]

Nu har jag testat en uppkoppling på kopplingsdäck som jag tycker fungerar bra
och som inte är allt för avancerad att bygga. Uppåt 150kHz så ger den bra
kurvformer för sinus och triangelvåg. Fykant rundar den av en aning runt 100kHz.
Det är inga extrema hf-komponenter direkt men då bygget är enkelt så är jag
nöjd med resultatet. Det är svårare att få till bra hf-egenskaper med negativ åter-
koppling, Feed-forward är en teknik som ger bättre prestanda men det får vänta
till något annat projekt med en häftigare generator som mål.

Jag ska lägga till en LM311 för att få fyrkantvåg utav triangelvågen och den ska bli
TTL-nivå på. Det har jag också testat och det blir kanonfina flanker upp till maxfrekvensen
som ligger på runt 400kHz. Kanske också att jag lägger till någon funktion för att kunna justera
pulskvoten i den kopplingen.

[4kTRB]

Den här kopplingen visade sig fungera bra.
Stigtiden på flankerna hamnar runt 100ns vilket
stämmer bra med databladet. Jag har några LM161
som har stigtid runt 20ns men de har jag tänkt använda
till andra byggen.

Med R19 kan jag trimma låg nivå till 0V.

[4kTRB]

Caddade ett 100x80
För TTL-kompatibla utgången valde jag att ha separata spänningsregulatorer.
7805/7905 ska inte behövas men på labbdäcket gav de betydligt mindre rippel på utgångarna.
7905 ger ca: 25mV rippel vid max belastning medans 7805 endast ger 10mV rippel.
Inget utav detta syns emellertid på den förstärkta signalen.
Jag testade att ersätta CA3140 med TL071 men resultatet blev sämre. Nu finns det fler
OP med samma pinkonfiguration med bättre prestanda så det kan vara värt att test senare.
Även BD139 och BD140 kan jag ersätta och testa snabbare varianter.

De 3.3uF tantal jag har från ett surpluskort visade sig vara riktiga högkvalitéts. Jag testade med
motsvarande 10uF jag har i lådan men det gav betydligt mer rippel. De 3.3uF satt på ett kort
med LM161 komparatorer och väldigt många fanns där.

[4kTRB]

Kortet etsat och monterat.
Monterade inte C11 då jag ritat fel, annars är det lätt åtgärdat.

Ett problem med CA3140 är att den brusar en hel del så jag testade med
TL071 vid små insignaler i mV området och bruset hamnar på runt 1mV t-t. Nu är originalsignalen
inte helt bra då det ligger en mycket liten överlagrad HF uppepå och den bättrar
knappast på brussignalen. Annars så fungerar det hela bra. TL071 ger lägre bandbredd
är väl det enda negativa.

Det var lite kul att se att bruset ut från OP:n är högre än bruset på utgången.
Återkopplingen är tydligen nyttig vad gäller det här.

Ska även testa TTL-signalen.

[4kTRB]

Monterade C11 på ett riktigt sätt och mätte stigtiden ut från LM311.

Cirka 450ns vilket blev betydligt mer än det jag mätte tidigare. 0V till 5V.

Även om jag inte mätte lika noga när jag hade kopplingen på labbdäcket
så blir skillnaden anmärkningsvärt hög.

Jag undrar om 78L05/79L05 påverkar resultatet? På labbdäcket använde jag
7805/7905. Detta får jag ta och undersöka. Kanske finns någon som kan
säga direkt att det kan vara orsaken? LM311 ska ha en stigtid runt 100ns.

[bachler]

följer tråden med intresse

[4kTRB]

Testade att driva från 7805/7905 och stigtiden blir
inte bättre. Testade även fyrkantvåg in i stället för
triangel som nu men det blir inte heller det bättre.

Jag får nöja mig med resultatet i det här bygget.

Positv återkoppling ska kunna ge snabbare respons men det testade jag inte och
det ska dessutom gälla när det är långsam insignal. Enligt nationals datablad ska slewrate öka
när balance/strobe och balace -pinnarna på LM311 kopplas till +, från 7V/us till 18V/us.

Ett sätt vore att ansluta en LS TTL-buffert. Eventuellt jag monterar en sån om det blir viktigt.

Bytte trafo i generatorn och kunde montera 7808/7908 i kombination med
byte av återkopplingsresistorn vilket ger en max utsignal runt 8V t-t.

Ökade även kondensatorn över återkopplingsresistorn till 10pF vilket gör
att signalamplituden börjar dala efter 200kHz. En fördel är att sinusignalen
är riktigt snygg ända upp till maxfrekvensen runt 450kHz. Triangel och fyrkant
får lida en del för det här och de blir skapliga uppemot 100kHz.

På det hela taget så har jag nu en mer användbar generator med offsetjustering, TTL-utgång
och bättre drivförmåga. Dessutom har jag samlat på mig kunskaper för nästa generatorbygge.

[grym]

hur högt upp i frekvens ska du?

har nog ritningar för utgångsteget för min gamle funktionsgenerator, den var nog helt diskret

[4kTRB]

Ska inte upp högre i frekvens med det här bygget.
Jag kollade i en application note från National och de har ett diskret utgångsteg beskrivet där
som fixar 15MHz. Det kommer vara ett alternativ för ett framtida bygge. Hur högt i frekvens
klarar ditt utgångsteg?

[grym]

2 Mhz

[4kTRB]

Ok.
Om jag bara byter till en snabbare OP så kommer det bli en del bättre här.

[4kTRB]

Utgångstransistorerna blev lite väl varma så jag ökade emitterresistorerna till 5 ohm.

Det sänkte tomgångsströmmen från 128mA till 15mA. Då dioderna inte är termiskt
kopplade till transistorerna trodde jag strömmen skulle driva i väg mer men den stannade
på 128mA.

Lite mindre utsignalnivå nu men inga kylare behövs. Eventuellt kan jag minska återkopplingen
för att kompensera nivån.

[4kTRB]

Tror mig kommit fram till hur jag ska få snabbare stigtider
för LM311 då jag testade en återkopplad komparator i ett annat
bygge som ger stigtider helt enligt databladet. Och det rör sig om en
väldigt enkel modifiering där det bara är att kapa en kopparbana på kortet
och löda dit ett motstånd.