Klirrarmer Sinusgenerator

Erstellt: DL6GL, 17.02.2018, letzte Änderung 23.01.2021

Gemeinschaftsentwicklung DG1KPN & DL6GL

Nach der Duftmarke im NF-Bereich mit unserem True RMS-Millivoltmeter wollten wir dann doch noch wissen, ob es möglich ist, einen durchstimmbaren Sinusgenerator mit einem Klirrfaktor (THD) von deutlich unter 0,1% mit überschaubarem Aufwand zu bauen. Es ist gelungen, auch wenn nicht alle anfangs hochfliegenden Vorstellungen erfüllt wurden.

Unsere Daten:

• Frequenzbereich 15Hz bis > 100kHz
• Klirrfaktoren (THD, gemessen mit Arta [5])
  20Hz: 0,06%
  100Hz: 0,014%
  200Hz bis 6kHz: < 0,01%
  Minimal 0,004% bei 2kHz
• Amplitudenkonstanz:
  14Hz bis 60kHz ± 1% (± ~ 0,1dB)

An und für sich genügte der DDS-Funktionsgenerator seinem Zweck als präziser NF-Generator mit einfacher Bedienung und einem über den Abstimmbereich bis 50kHz auf 1% (ca. 0,1dB) amplitudenkonstanten Signal mit noch akzeptablem THD von weniger als 0,2% bei 1kHz.

Versuche mit einem Wien-Robinson-Oszillator wie hier, allerdings über den NF-Bereich durchstimmbar und mit einer Glühbirne als Gegenkopplung regelndem PTC-Widerstand, blieben unbefriedigend. Die Regelung und damit ein hinnehmbares THD waren über den Abstimmbereich nicht hinzubekommen. Zudem bewirkte jede Frequenzänderung ein Aufschaukeln der Signalamplitude. Wie es mit mehr Aufwand besser ginge, zeigt Linear Technology in [4].

Norbert, DG1KPN, hatte vor langer Zeit eine Schaltung aus Elektor [1] nachgebaut, die vielversprechende Daten aufwies. Es handelt sich um einen Phasenschieberoszillator mit einer JFET-Regelung. Ein noch geringeres THD bei vergleichbarem Design ist angeblich mit LDR-Optokopplern (Vactrols) zu erreichen, z.B. [2]. Diese Schaltungen basieren auf dem Artikel "Phase-shifting oscillator" von Roger Rosens in Wireless World Feb. 1982 [3], in dem ein nicht mehr erhältlicher Thermistor zur Regelung verwendet wird. Die Schaltung nach [2] wurde mit einem halbwegs schnellen Vactrol NSL-32SR3 probehalber nachgebaut. Obwohl in [2] für die selbst zusammen strickende LED-LDR-Kombination "Photo resistor (any type)" angegeben wird, war in unserem Testaufbau die Amplitudenregelung und damit ein passables THD und ein glatter Frequenzgang auch mit geänderter LED-Ansteuerung und niederohmigerem Gegenkopplungszweig an IC2A in [2] nicht zu erreichen. Der im angesteuerten Zustand sehr niederohmige NSL-32SR3 war trotz "any type" zumindest hier nicht brauchbar. Auch Versuche mit einer selbst  gebauten LED-LDR-Kombination blieben unbefriedigend: THD bei 1kHz zwar deutlich unter 0,01% zu bekommen, die Amplitudenkonstanz überzeugte aber nicht.

So haben wir uns für die JFET-Variante nach [1] entschieden, allerdings mit ein paar kleinen Erweiterungen.

Referenzen

[1] W. Meislinger, RC generator, Elektor July/August 1983, pp. 7-65/66
     http://home.kpn.nl/a.van.waarde/id20.htm
[2] http://www.redcircuits.com/Page82.htm
[3] http://www.keith-snook.info/wireless-world-magazine/wireless-world-articles.html
[4] http://www.linear.com/solutions/1623
[5] Arta-Software: http://www.artalabs.hr/download.htm
[6] Visual Analyser: http://www.sillanumsoft.org/download.htm
[7] http://www.ebay.de/itm/AD637-RMS-Module