Комплект для сборки многофункционального генератора сигналов на современной элементной базе - самое то, для начинающего радиолюбителя.

Люблю для себя «открывать» что-то новое в разных областях, в том числе в электронике, а тут надо было купить подарок на день рождения, для сына одного уважаемого человека. Вот и решил совместить приятное с полезным. Что из этого вышло — можно узнать под катом.

Честно говоря, написание этого обзора заняло у меня больше всего времени — почти 4 дня. И не потому что я обозреваю что-то архисложное, или мне не ведомое, просто, это весьма специфический аппарат, а аудитория тут хотя и любознательная, но знания в электротехнике выше среднего есть не у каждого, а дидактических способностей я за собой не очень наблюдаю. Так что, если где что-то будет неясно, пишите в комментариях, постараюсь оперативно дополнить обзор.
Для начала, сразу же отвечу на вопрос — «А откуда деревянная коробочка, ведь на сайте она не продаётся?» Как уже писал, данный прибор я купил в подарок, и я решил значительно «наворотить» его. Опишу все наворотки в начале, дабы закрыть тему.
Корпус:
Выфрезерован из цельного куска бука, выдержанного в естественных условиях порядка 80 лет.



Переделки:
Переделан источник питания — установлен двухполярный DC/DC преобразователь Tracopower, литиевый аккумулятор со схемой Wireless зарядки.
Как просили в обзоре по переделке ЖК индикатора, наклеил на индикатор не оранжевую, а зеленную плёнку, что получилось, можно увидеть на фото вверху. Лично мне не понравилось, в подарочном варианте поставил с оранжевой плёнкой.
Небольшое предисловие, на тему принципа работы генераторов напряжения разной формы.
Как известно, электрический ток переменного напряжения имеет изменяющуюся по времени форму, наиболее распространённая форма, эта та, что есть в наших розетках, и имеет форму синусоиды. Но в других электрических цепях, используется другие формы тока, прямоугольные, треугольные, пилообразные и многие другие. Соответственно, генераторов сигналов разных форм множество, но исходя из практических требовании, сформировался следующий «типовой» пакет: Синусоида, прямоугольник, треугольник и пила (ну и генератор шума — но не так часто). В свою очередь, генераторы сигналов тоже делятся на много разных типов, по принципу генерации сигналов, рассмотреть все в пределах данного обзора невозможно, да и не нужно, хотя я в практике встречал (Подписчики журнала «Вопросы Специального Машиностроения» наверняка поймут) и совсем экзотические варианты — скажем микронная пыль алюминия растворена в жидком гелии, гелии течёт между двумя электродами, через который течёт ток, в результате чего, получаем равномерный белый шум до многих десятков гигагерц. Но это уже лирика. В последнее время, в связи с распространением цифровых технологии, популярность получил метод генерации сигналов путём прямого цифрового синтеза (DDS). Детально о принципе работы генератора можно прочитать тут: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D1%84%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80 А очень и очень упрощённо работу такого генератора можно описать следующим образом: Представьте себе музыкальный плеер, в котором записанны синусоида, прямоугольник и другие сигналы нужной формы. Воспроизведение этих сигналов идёт циклически, а мы кнопками можем регулировать скорость воспроизведения, тем самим, меняя частоту выходного сигнала. Преимущества этого принципа в том, что при минимальных затратах, возможно получить сигналы практически любой формы, и с довольно высокой стабильностью основных параметров. Недостатки — так как используется преобразование цифровых сигналов в аналоговые, и в недорогих устройствах, типа обозреваемого, используется всего лишь 8 бит преобразование, форма выходного сигнала получается не совсем «точной», да и диапазон частот тоже заметно ограничен. Однако, для любительского применения, данный прибор подходит вполне.
ПРИМЕЧАНИЕ: Да, я в курсе что есть генераторы с лучшими функциями за цену ниже чем данный прибор. Но как уже писал, этот прибор покупался в подарок ребёнку, и мне понравился тем, что имеет много кнопок, и все настройки просты и наглядны — не надо, ничего переключать там долгим нажатием, тройным кликом, и так далее.
А для чего сможет использовать рядовой пользователь этот генератор?
Самое простое и очевидное — как источник сигналов звуковой частоты, для отыскивания источника дребезга в домашней и авто акустике. Часто бывает что что-то, где то, в какой то момент, в какой то песне похрипывает или дребезжит, но локализовать источник сложно, так как музыка, она меняется, и надо ловить момент, чтоб поймать дребезг. А тут всё просто, подключили, крутим ручку регулировки частоты, и слушаем, когда что задребезжит. Кстати, тут можно выставить прямоугольную форму выходного сигнала — дребезг будет еще более заметен.
Также, данный генератор можно использовать для проверки и калибровки сервомоторов — у него есть соответствующая «гребёнка», хотя она и не распаяна.
Если есть осциллограф, то можно подключить генератор, и наблюдать весьма красивые фигуры Лиссажу. Вообщем, применении довольно много.
Ну и наконец, сам обзор :)
Технические параметры генератора, по ссылке с сайта производителя: www.jyetech.com/Products/085/e085.php
(По вышеуказанной ссылке также можно скачать принципиальную схему, примеры клиентских форм сигнала, софт для компьютера и многое другое. Рекомендую посетить и всё посмотреть)
Диапазон частот: 0 — 200KHz (Синусоида) 0-10KHz (Все другие формы)
Разрешение по частоте: 1 Hz
Разрешение по периоду: 1 ms
Максимальная ошибка по частоте: 0.1490Hz для F > 40Hz, 0.000596Hz для F <= 40Hz
Максимальная ошибка по частоте (ГКЧ): 0.1490Hz
Диапазон амплитуды выходного сигнала: 0 — 10V (от пика до пика)
Разрешение по амплитуде: 0.1V
Смещение по амплитуде: -5V — +5V
Разрешение смещения: 40mV
Память: 256 bytes
Частота семплирования: 2.5Msps
Уровни перекидывания триггера: High — 3.5V (минимум), Low — 1.5V (максимум)
Задержка срабатывания триггера: < 5us (в установившемся режиме)
Выходной уровень синхросигнала: 5V TTL
Выходной импеданс: 50 ohm
Напряжение питания: DC 15V (максимум 16V DC)
Потребление тока: < 150mA (без нагрузки)
Размеры: 155 X 55 X 30 мм
Вес: 100 грамм
Комплект для сборки поставляется в обычном целлофановом пакетике:

И содержит «в себе» печатную плату с напаянными SMD элементами, передние и задние панели, кнопки и детали поверхностного монтажа, ЖК Экран, инструкцию по сборке и использованию, крепёж и выходной кабель с коаксиальным разъёмом типа BNC.


Сборка не занимает много времени, всё примечания для сборки в инструкции указаны понятно и просто:



Рассмотрим коротко схему устройства (скачать можно тут):
www.jyetech.com/Products/085/Schematic_085F.pdf
В устройстве используется микроконтроллеры фирмы Atmega, А конкретно — Atmega 48 (На нём собранно «ядро» генератора частот) и Atmega 168 (Обслуживает экран и клавиатуру). Также установлен преобразователь МС34063, который генерирует негативное выходное напряжение, необходимое для правильной работы операционных усилителей. Еще стоят микросхема энергонезависимой памяти, операционные усилители и другие компоненты (USB<>Serial мост и так далее). Хотя надо отметить тот факт, что реальная схема отличается от вышеприведённой — многие компоненты, которые посчитали «лишними» — в основном, в цепях питания и фильтрации, просто на просто не установлены.
Так как прибор компактный, сразу возникает закономерное желание, сделать его носимым, с аккумуляторным питанием. Тут нас встречает небольшая засада — просто подключить аккумулятор не получится, тут нужно повышенное напряжение питания, из которого преобразователь на МС34063 делает -15 вольт для питания ОУ, а на 7805 сделан понижающий источник питания для микроконтроллеров. Поэтому, я поступил так — демонтировал МС34063, поставил двухполярную повышайку от Tracopower, также поставил литиевые аккумуляторы с платой защиты, и приёмник Qi зарядки.
Ну наконец то, включаем!
При включении, на экране пишется модель генератора, сайт производителя, и версии прошивок чипов. Вся эта дискотека занимает порядка 4 секунд, что довольно раздражает, я бы предпочёл возможность всё это отключить. После «рекламы», генератор запускается и переходит в основной режим:

В первой строке отображается частота выбранного сигнала и его форма
В второй строке отображается выходное напряжение и его офсет.
На экране также виден курсор в форме ">", который указывает на выбранный в данный момент параметр, который можно изменять кручением ручки энкодера.
Всего у генератора 4 режима работы:
1. Собственно генератор (фиксированная частота)
2. Режим ГКЧ (Генератор качающейся частоты)
3. Режим управления сервомотором
4. Режим сложного управления сервомотором
Рассмотрим режимы по отдельности:
В режиме генератора, можно выбрать частоту сигнала, форму его огибающей, амплитуду и офсет. Согласно инструкции, генератор может выдавать до 200кгц в режиме синуса, и до 10кгц — в режиму других форм. Для поверки и сравнения, будем использовать генератор GW Instek GFG-8020H: http://amazon.com/gp/product/B000I40H8I ($190) и осциллограф Hantek DSO-2090 USB:
http://amazon.com/gp/product/B0036FZRU4 ($150)
Зеленным цветом показаны осциллограммы от FG-095, желтым — от GFG-8020H
В начале, проверим частоты, заявленные «официально»:



Всё более-менее прилично.
Попробуем выти за пределы:

Уже на частоте 50кгц, с треугольником явно что-то не так, а на 200кгц -вообще беда:

Попробуем прямоугольник, ведь его генерировать — совсем DDS не нужен, я даже на PIC12F1840 без проблем делал 8мгц софтово.

Как видно, 200кгц — без особых проблем (учитывая класс устройства, ессно)
До 600кгц с прямоугольником всё в порядке, ну выше начинаются проблемы:

Другие формы на таких частотах даже смотреть и не стоит, амплитуда падает в разы, форма искажается, но что вы хотите — работоспособность на таких частотах никто не гарантировал.
Кстати про амплитуду, в мануале написано, что регулировка амплитуды работает только для высокоимпедансных нагрузок, в много раз больше 50 ом, а на 50ом, реальная амплитуда почти в 2 раза меньше от установленной.
В режиме генератора, через USB порт, можно загрузить свою форму сигнала. Для загрузки используется программа JyeLab (есть на оффсайте), а сигналы можно создавать в любой программе, которая умеет сохранять файлы в формате .CSV Примеры файлов и формат данных описаны на странице товара.
(Есть еще режим внешней синхронизации, но учитывая тормознутость девайса, его тестировать не буду, и так всё ясно, желающие узнать больше, могут прочитать соответствующий раздел в мануале)
Это был основной режим, посмотрим, что есть у нас еще.
2. Режим ГКЧ (генератор качающейся частоты). В этом режиме можно установить начальную и конечную частоту, шаг изменения частоты, и период «качания». Этот режим весьма полезен для проверки АЧХ усилителей и прочей техники — подключив и синхронизировав осциллограф, можно в реальном времени наблюдать АЧХ своего устройства.
3. Режим «простого» управления сервомотором. В этом режиме, можно подавать команды на сервомотор, ну и настраивать их параметры — амплитуду, частоту, заполнение и так далее. Учтите — хотя гребёнка для сервомотора предусмотрена, но она не распаяна, и не зря. Даже если её распаять, сервомотор работает плохо и греется, если его подключить к этой гребенке. Поэтому, подавайте на сервомотор отдельное питание, а сигнал берите с основного выхода.
4. Режим «навороченного» управления сервомотором. От простого отличается тем, что можно делать плавный «разгон» и «торможение» сервомотора, путём управления соответствующими параметрами. Этот режим наверняка пригодится создателям всяких роботов и так далее — чтоб движения их детища были плавными как у человека. Все замечания по поводу подключения для режима №3, также справедливы и для этого режима.
Итого, что имеем в сухом «остатке»?
Нормальная такая игрушка, для проверки УНЧ, акустических систем и так далее — подходит вполне. Также можно использовать при диагностике и создании импульсных блоков питания. Можно использовать и для тестирования сервомоторов, но для этих целей есть более приспособленные, специализированные устройства. Конечно, по параметрам это не профессиональный девайс, но и цена соответствующая, зато выглядит круто, и молодому-начинающему «паяле» очень понравится. Еслиб такой прибор был бы у меня в 12 лет, да вы что, я бы был мегакрутым перцем :)