|
Voor een prijs van € 93,35 krijgt u een bouwpakketje van een functiegenerator met een frequentiebereik voor sinus tot 10 MHz en tot 2,5 MHz voor blok en driehoek. Wij kochten er eentje, bouwden het en voerden wat tests uit op het eindresultaat. |
Kennismaking met de AE20125 van Ascel Electronic
Het eindresultaat
In de onderstaande foto ziet u het eindresultaat van ons geknutsel. De vier voetjes die u ziet horen niet bij het bouwpakket maar zijn door ons als extra aangebracht. Het apparaatje is maar 11,0 cm bij 6,0 cm bij 10,5 cm groot en wordt gevoed uit een meegeleverde netstekkervoeding die 15 Vdc bij 1,65 A levert.
De generator is te bedienen via zes drukknopjes op het frontpaneel, de bediening wordt duidelijk begeleid door teksten op het display.
Op de voorzijde ziet u, vreemd genoeg, ook nog een USB-A connector, waarmee u het apparaatje met uw Windows-PC kunt verbinden. Waarom hier niet is gekozen voor de standaard USB-B poort, die op vrijwel alle meetapparatuur aanwezig is, is een raadsel. De fabrikant beweert dat er geen plaats was op het frontplaatje voor zo'n USB-B connector. Dat klopt, maar het liefst zien wij een dergelijke connector op de achterzijde van een apparaat en daar is plaats genoeg. Dank zij deze USB-interface kunt u de meter via de meegeleverde software bedienen.
 |
| De kant-en-klare functiegenerator AE20125. (© 2021 Jos Verstraten) |
De AE20125 maakt gebruik van een AD9833 chip
Opmerkelijk is dat deze functiegenerator gebruik maakt van de door Analog Devices ontwikkelde chip AD9833 voor het genereren van de uitgangssignalen. U kunt het amplitudeverloop van een sinus samenstellen uit een groot aantal samples die ieder de momentane grootte van de amplitude voorstellen in het verloop van één periode. Het zal duidelijk zijn dat de nauwkeurigheid van het gegenereerde signaal afhankelijk is van het aantal samples en van de nauwkeurigheid van deze samples. Deze samples zijn opgeslagen in een datatabel, de zogenaamde 'lookup-table', in het geheugen van een microcontroller. De meeste goedkope functiegeneratoren maken hun uitgangssignalen door middel van een DAC die de bijvoorbeeld 1.024 samples uit deze tabel met een resolutie van acht bit inleest en daar een trapvormige benadering van het analoog uitgangssignaal van maakt. Die trapjes worden iets afgevlakt door gebruik te maken van een laagdoorlaat filter. Dat levert een sinus op met een nogal grote harmonische vervorming.
Bij de AD9833 bestaat de 'lookup-table' uit niet minder dan 28 bit. Bij het omzetten van de gegevens uit deze tabel naar het gewenste uitgangssignaal wordt afgerond naar 12 bit. Nadien worden deze gegevens aangeboden aan een digitaal naar analoog omzetter om er analoge signalen van te maken. De AD9833 werkt met een interne DAC met een resolutie van 10 bit, waardoor de analoge uitgangssignalen veel nauwkeuriger worden opgebouwd en de harmonische vervorming veel lager wordt.
De belangrijkste specificaties van de AE20125
- Levert sinussen van 0,1 Hz tot 10 MHz.
- Levert rechthoek en driehoek signalen van 0,1 Hz tot 2,5 MHz.
- De maximale onbelaste top-tot-top spanning bedraagt 5,0 V.
- De offset is instelbaar tussen -5 V en +5 V.
- De uitgangsspanning en de offset zijn instelbaar tussen 0 V en de maximale waarde door middel van draaipotentiometers.
- De uitgangsimpedantie bedraagt 50 Ω, het apparaat is hierdoor kortsluitvast.
- Het apparaat communiceert via een monochroom verlicht LCD-display met 2 x 16 karakters.
- De via een externe voeding aan te bieden voedingsspanning ligt tussen 14 Vdc en 18 Vdc (géén wisselspanning), aan te sluiten via een standaard voedingsconnector op de achterzijde van de behuizing.
- De programmering gebeurt door middel van zes drukknopjes via een menu met zeven opties die ieder een duidelijk afgebakende functie van het apparaat instellen.
- Het uitgangssignaal kan in frequentie (FSK) en in fase (PSK) worden gemoduleerd. Het apparaat heeft een externe modulatie-ingang.
- Instelling van een sweep is mogelijk met een sweeptijd van 0,1 seconde tot 10 seconden, waarbij begin- en uitgangsfrequenties afzonderlijk in te stellen zijn. Sweepmode is LOOP of SWING, bij swing gaat de sweep heen en weer. Bij de start van een sweep verschijnt een korte puls op de SYNC-uitgang op de achterzijde van het apparaat.
- De AE20125 kan als generator worden opgenomen in een phase locked loop (PLL).
- U kunt vijf preset's saven en laden die ieder bestaan uit een frequentie en een golfvorm.
- U kunt via de SETTINGS menu-optie vrijwel alle start-variabelen definiëren.
- U kunt via dezelfde optie een CAL OFFSET uitvoeren, waarmee u de frequentie nauwkeurigheid van het apparaat kunt opvoeren door de frequentie te vergelijken met deze van een referentiemeter en een foutcompensatie waarde in te voeren in de software.
ASCEL Electronic werkt op dit moment niet met dealers in Nederland, dus u moet dit bouwpakket rechtstreeks in Duitsland bestellen. Dat kan via:
Aanklikbare link ➡ Bestellen bij de leverancier
Aanklikbare link ➡ Bestellen bij de leverancier
De levering van het bouwpakket
Het bouwpakket wordt geleverd in een forse kartonnen doos van 35 cm bij 25 cm bij 5 cm. Alle onderdelen zijn netjes verpakt in diverse antistatische zakjes. Naast de onderdelen, de behuizing en de netstekker voeding bevat het pakket een zeer uitgebreide Engelstalige handleiding van 50 pagina's en een CD-ROM met de software en de handleiding als PDF.
De kwaliteit van de print
De meegeleverde print is weliswaar heel klein en druk bezet (dat belooft wat voor het soldeerwerk!) maar van een uitstekende kwaliteit. Er wordt zelfs gebruik gemaakt van een multi-layer constructie. In de onderstaande foto ziet u de soldeerkant van deze print. Wat opvalt is dat een SMD-chip reeds is aangebracht. Ook op de andere zijde van de print is zo'n onderdeeltje gesoldeerd. U wordt dus het moeizame werk van het solderen van SMD-componenten bespaard. Alle te solderen onderdelen zijn axiaal of radiaal.
Microprocessor en USB-interface
Dat het apparaat wordt bestuurd met een microprocessor van het type ATMEGA168 zal geen verbazing wekken. Dat deze processor ook verantwoordelijk is voor alle teksten op het standaard display van het type HD44780 (1602) is al even logisch. Dat biedt iedere goedkope functiegenerator. Ook de communicatie via USB met de buitenwereld is standaard, dat gebeurt met een FT230XS chip.
De negatieve voeding
Het eerste dat afwijkt van de bekende standaard schakelingen is de manier waarop de negatieve voedingsspanning wordt gegenereerd uit de positieve voedingsspanning. Bij de meeste apparaten wordt daar een goedkoop Chinees chipje voor gebruikt. Bij de AE20125 is gekozen voor de onderstaand weergegeven oplossing, die nogal onduidelijk in de handleiding staat en die wij dus even netjes hebben nagetekend.
De clock van de processor wordt gebruikt om transistor T2 in sper en in geleiding te sturen. In het ene geval geleidt T1, in het andere geval T4. Deze twee schakelaars zorgen voor het snel op- en ontladen van de condensator C3. De spanning over dit onderdeel wordt door de diode D6 op de massa geclampt. De daardoor ontstane negatieve blokgolf wordt dan via de diode D5 en de condensator C28 gelijkgericht tot een negatieve voedingsspanning die ongeveer even groot is als de positieve voedingsspanning.
Uit beide spanningen van ±15 V wordt door de bekende spanningsregelaars ±5 V afgeleid (hier niet getekend).
De generator schakeling
Zoals reeds geschreven in de inleiding wordt geen gebruik gemaakt van datatabellen in de registers van de microcontroller, maar wordt een gespecialiseerde chip van Analog Devices gebruikt, de AD9833. Wij hebben het betreffende schema nagetekend in de onderstaande figuur. Uiteraard wordt deze chip gecontroleerd door de microcontroller via een 3-wire SPI interface. De +5 V voedingsspanning voor de chip wordt ontkoppeld met een LC-filtertje.
De clock-ingang van de generator wordt gestuurd uit een zeer nauwkeurige en stabiele kristaloscillator die een signaal met een frequentie van 25 MHz aan de chip levert.
De uitgangspen VOUT van de chip gaat rechtstreeks naar een omschakelaar K1a van een relais. Als u kiest voor het genereren van sinussen of driehoeken stuurt de microcontroller de twee relaisschakelaars naar de onderste stand. De uitgang van de AD9833 wordt dan afgesloten met een drievoudig LC-filter dat de trapvormige benadering omvormt tot gladder verlopende uitgangssignalen. Of, met andere woorden, de hogere harmonischen worden uit het uitgangssignaal van de AD-chip gefilterd. Als u kiest voor rechthoekvormige signalen stuurt de microcontroller de relaiscontacten naar de bovenste stand. Het laagdoorlaat filter wordt dan uitgeschakeld, want bij het genereren van rechthoekvormige signalen komt het er op aan zoveel mogelijk hogere harmonischen in het proces te betrekken. Met de instelpotentiometer P4 en de weerstand R14 wordt een spanningsdeler gevormd die de top-tot-top waarde van de rechthoeken aanpast aan deze van de twee andere signalen.
De uitgangsversterker
Een blokgolf met een basisfrequentie van 2,5 MHz heeft harmonischen tot minstens 50 MHz, die duidelijk bijdragen aan de vorm van het signaal. Die moeten allemaal evenveel worden versterkt als het basissignaal van 2,5 MHz. Iedere verzwakking van de hoge harmonischen is merkbaar aan het langer worden van de stijg- en daaltijden van de blokgolf. Aan de uitgangsversterker van een functiegenerator worden dus heel hoge eisen gesteld. Bij de AE20125 heeft de ontwerper gekozen voor een current feedback op-amp van het type LM6181. Deze heeft een bandbreedte van 100 MHz, een slew rate van niet minder dan 2.000 V/μs en een uitgangsstroom van 100 mA. Een uitstekende basis voor het samenstellen van een breedbandige eindversterker voor zo'n apparaat. Het schema van deze trap is hertekend in de onderstaande figuur. In wezen is dat een niet-inverterende versterker waarvan de versterking wordt bepaald door de terugkoppeling R2/R3 van de uitgang naar de inverterende ingang.
Het uitgangssignaal FILTEROUT van de generator gaat onmiddellijk naar de amplitude-regelaar P1. Dat is een potentiometer van 10 kΩ en die hoge waarde doet het ergste vermoeden voor de weergave van blokspanningen als deze potentiometer iets wordt terug gedraaid. Er is immers bij een potentiometer geen mogelijkheid om de parasitaire capaciteiten te compenseren. Bij het terug draaien van de loper zal er altijd een ongecompenseerde spanningsdeler ontstaan die de weergave van de hogere harmonischen aantast. Wij zullen het zien bij de test ....
Een tweede punt dat ons zorgen baart is de aanwezigheid van de condensator C19. Weliswaar heeft deze een hoge waarde (1 μF) en is vrij hoogohmig afgesloten met de weerstand R4 van 100 kΩ. Maar tóch zal de impedantie van deze condensator bij lage frequenties een niet te verwaarlozen spanningsdeler gaan vormen met deze weerstand. Wij zijn dus ook heel benieuwd hoe de AE20125 zich gedraagt bij het genereren van zeer lage frequenties.
De schakeling die is aangesloten op de onderste aansluiting van de weerstand R4 zorgt voor het instellen van de offset op de uitgangsspanning. Een voorziening die iedere functiegenerator bezit en waarvan wij nog nooit het praktisch nut hebben ingezien.
Het bestukken van de print
Bij deze stap van de nabouw zijn de onderstaande opmerkingen misschien handig voor de nabouwer:
Het monteren van het display op de print
Als u deze stap uitvoert is het nauwelijks nog mogelijk een stap terug te zetten. Controleer dus zeer zorgvuldig alle soldeerpunten op de print voordat u het display gaat aanbrengen. Hoe een en ander in elkaar past ziet u in de onderstaande foto. De ontwerper van dit apparaat heeft dus een uiterst compact geheel weten te bedenken! U moet de display-print met vier boutjes en vier afstandsbusjes op de basis-print bevestigen en nadien de zestien contacten van de printconnector op de print van het display solderen. Het is dus een hele klus om alles weer te demonteren als uw bouwsel niet zou werken en u de basis-print moet controleren. Vandaar onze aanbeveling om toch vooral heel nauwkeurig uw werkzaamheden op deze print te controleren.
Het inbouwen van de elektronica in de behuizing
Dat gaat met enige moeite. U moet eerst de moer van de BNC-connector verwijderen, het frontplaatje los op de print monteren en nadien de moer weer in een bepaalde stand op de BNC-connector vastdraaien. Op de pagina's 21 en 22 van de handleiding staat beschreven waarop u moet letten. Het kostte óns in ieder geval nogal wat moeite om én de frontplaat én de print in de daarvoor bestemde gleufjes van het kastje te krijgen. Gelukt? Vervolgens monteert u de voedingsschakelaar, de voedingsconnector en de twee cinch-connectoren op de achterzijde van het kastje. Soldeer aan deze connectoren tien centimeter lange draadjes, verbind de schakelaar met de voedingsconnector en monteer de achterplaat in het kastje. Tot slot soldeert u de zes draadjes van de connectoren op de print.
In de onderstaande foto ziet u ons exemplaar net voordat wij het kastje gingen dichtschroeven.
Het inschakelen van het apparaat
Na het aansluiten van de meegeleverde netstekker voeding op de voedingsconnector en het bedienen van de schakelaar op de achterzijde van het apparaat start de functiegenerator op met het leveren van een sinus met een frequentie van 10 kHz. Deze opstartconditie kunt u overigens aanpassen via het 'Settings'-menu. Het meest rechtse digit van de frequentie-indicatie knippert. Met de ← en → cursortoetsen kunt u één digit selecteren en met de ↑ en ↓ toetsen de waarde ervan aanpassen. De resolutie van de frequentie-instelling bedraagt 0,1 Hz. Het laatst aangepaste digit blijft altijd knipperen.
Het hoofd-menu (MAIN MENU)
Door het even drukken op de knop 'MENU-Back' komt u terecht in het hoofdmenu van het apparaat. Dit menu heeft zeven opties die u doorloopt met de op en neer toetsjes:
1: WAVEFORM
2: MODULATION
3: SWEEP
4: PLL REFERENCE
5: LOAD
6: SAVE
7: SETTINGS
Het selecteren van de signaalvorm
Dat doet u onmiddellijk na het inschakelen van het apparaat door het drukken op de knop 'FUNCTION/Enter'. In het onderstaande scherm kiest u dan met de ← en → cursortoetsen de golfvorm en bevestigt met 'FUNCTION/Enter'.
Instellen van amplitude en offset
Dat doet u met de twee kleine potentiometertjes op de frontplaat. Zoals vrijwel steeds bij dergelijke goedkope functiegeneratoren voldoet de amplitude-instelling in de praktijk nauwelijks. De generator levert, onbelast, een maximale effectieve sinuswaarde van ongeveer 1,7 V. Als u een spanning van enige tientallen mV nodig hebt voor het aansturen van bijvoorbeeld een voorversterker, dan lukt dat nauwelijks met die ene potentiometer. Een stappenverzwakker die instelbaar is op een verzwakking van bijvoorbeeld -10 dB, -20 dB en -30 dB wordt zeer gemist!
Bij maximale amplitude loopt de uitgangsspanning vast tegen een positieve of een negatieve waarde als u teveel offset instelt.
Instellen van een sweep
Dat gaat zeer gemakkelijk via de derde optie van het hoofdmenu. Deze optie heeft weer vijf sub-menu's:
1: START FREQ
2: STOP FREQ
3: SWEEP FREQ
4: SWEEP MODE
5: START SWEEP
Na het invoeren van de gegevens drukt u telkens op 'FUNCTION/Enter' voor het bevestigen van de optie en nadien gaat u met een druk op de ↓ toets naar het volgende sub-menu. Opgemerkt moet worden dat u de tijdsduur van een sweep (SWEEP FREQ) maar kunt instellen tot een maximale waarde van tien seconden (0,1 Hz). In de praktijk is dat niet lang genoeg om bijvoorbeeld de reactie van een toonregeling goed te kunnen beoordelen.
LOAD en SAVE
U kunt maximaal vijf instellingen van frequentie en golfvorm (PRESET) in het geheugen bewaren met de optie 'SAVE' uit het hoofd-menu. Met de optie 'LOAD' kunt u deze weer in het apparaat inlezen.
Het SETTING-menu
Via dit menu kunt u de frequentie en de signaalvorm definiëren waarmee het apparaat opstart. Met de laatste optie 'CAL OFFSET' kunt u de fout op de frequentie-indicatie minimaliseren door een offset in te voeren die van de weergegeven frequentie wordt afgetrokken of die er bij wordt opgeteld. Deze optie heeft echter alleen zin als u een heel dure referentiemeter hebt waarmee u de frequentie zeer nauwkeurig kunt meten.
De nauwkeurigheid van de frequentie
Volgens de specificaties is de frequentie-indicatie van de generator nauwkeurig tot op 0,005 %. Wij hebben (nog) geen frequentiemeter die nauwkeurig genoeg is om dergelijke specificaties te controleren, maar vergeleken met de aflezing op onze ET3255 kunnen wij geen afwijkingen ontdekken die groter zijn dan ±1 digit.
De sinusvormige uitgangsspanning
In het onderstaand oscillogram ziet u hoe de op 10 MHz ingestelde sinusvormige uitgangsspanning er op de scope uitziet bij instelling op maximale amplitude en afgesloten met een 50 Ω terminator. De twee rode horizontale cursor-lijnen E en S geven de positie aan van de toppen van de sinus bij een frequentie van 1 kHz. Er is dus sprake van een behoorlijk groot amplitudeverlies bij de allerhoogste frequenties. Bij 500 kHz wordt een signaaldaling van slechts 0,2 dB gemeten. De -1 dB frequentie ligt bij 1,590 MHz.
Uiteraard zijn wij nieuwsgierig naar de invloed van de condensator C19 op het amplitudeverloop bij de allerlaagste frequenties. Welnu, dat valt erg mee! Het -1 dB punt ligt bij ongeveer 2,6 Hz.
De vervorming op de sinus
Een tweede zeer belangrijk gegeven bij de sinusoidale uitgangsspanning van een functiegenerator is de totale harmonische vervorming. Zoals reeds geschreven is die bij de meeste goedkope functiegeneratoren die met slechts acht bit werken nogal hoog. Waarden van 1 % zijn geen uitzondering. Wij hebben deze grootheid gemeten bij 1 kHz en 10 kHz en wel bij de maximale uitgangsamplitude en met een 50 Ω terminator als belasting. Bij 1 kHz kunnen wij onze vervormingsmeter 331A van HP afregelen op een minimale waarde van 0,2 %. Bij 10 kHz lukt het ons zelfs om te finetunen tot het apparaat slechts 0,15 % vervorming aangeeft. De aard van deze vervorming blijkt uit het onderstaand oscillogram.
De rechthoekvormige uitgangsspanning
Het bouwpakket wordt geleverd in een forse kartonnen doos van 35 cm bij 25 cm bij 5 cm. Alle onderdelen zijn netjes verpakt in diverse antistatische zakjes. Naast de onderdelen, de behuizing en de netstekker voeding bevat het pakket een zeer uitgebreide Engelstalige handleiding van 50 pagina's en een CD-ROM met de software en de handleiding als PDF.
 |
| De levering van dit bouwpakket. (© 2021 Jos Verstraten) |
De kwaliteit van de print
De meegeleverde print is weliswaar heel klein en druk bezet (dat belooft wat voor het soldeerwerk!) maar van een uitstekende kwaliteit. Er wordt zelfs gebruik gemaakt van een multi-layer constructie. In de onderstaande foto ziet u de soldeerkant van deze print. Wat opvalt is dat een SMD-chip reeds is aangebracht. Ook op de andere zijde van de print is zo'n onderdeeltje gesoldeerd. U wordt dus het moeizame werk van het solderen van SMD-componenten bespaard. Alle te solderen onderdelen zijn axiaal of radiaal.
 |
| De soldeerzijde van de print. (© 2021 Jos Verstraten) |
De elektronica in de AE20125
Microprocessor en USB-interface
Dat het apparaat wordt bestuurd met een microprocessor van het type ATMEGA168 zal geen verbazing wekken. Dat deze processor ook verantwoordelijk is voor alle teksten op het standaard display van het type HD44780 (1602) is al even logisch. Dat biedt iedere goedkope functiegenerator. Ook de communicatie via USB met de buitenwereld is standaard, dat gebeurt met een FT230XS chip.
De negatieve voeding
Het eerste dat afwijkt van de bekende standaard schakelingen is de manier waarop de negatieve voedingsspanning wordt gegenereerd uit de positieve voedingsspanning. Bij de meeste apparaten wordt daar een goedkoop Chinees chipje voor gebruikt. Bij de AE20125 is gekozen voor de onderstaand weergegeven oplossing, die nogal onduidelijk in de handleiding staat en die wij dus even netjes hebben nagetekend.
De clock van de processor wordt gebruikt om transistor T2 in sper en in geleiding te sturen. In het ene geval geleidt T1, in het andere geval T4. Deze twee schakelaars zorgen voor het snel op- en ontladen van de condensator C3. De spanning over dit onderdeel wordt door de diode D6 op de massa geclampt. De daardoor ontstane negatieve blokgolf wordt dan via de diode D5 en de condensator C28 gelijkgericht tot een negatieve voedingsspanning die ongeveer even groot is als de positieve voedingsspanning.
Uit beide spanningen van ±15 V wordt door de bekende spanningsregelaars ±5 V afgeleid (hier niet getekend).
 |
| Het genereren van de negatieve voedingsspanning. (© ASCEL Electronic, nagetekend door Jos Verstraten) |
De generator schakeling
Zoals reeds geschreven in de inleiding wordt geen gebruik gemaakt van datatabellen in de registers van de microcontroller, maar wordt een gespecialiseerde chip van Analog Devices gebruikt, de AD9833. Wij hebben het betreffende schema nagetekend in de onderstaande figuur. Uiteraard wordt deze chip gecontroleerd door de microcontroller via een 3-wire SPI interface. De +5 V voedingsspanning voor de chip wordt ontkoppeld met een LC-filtertje.
De clock-ingang van de generator wordt gestuurd uit een zeer nauwkeurige en stabiele kristaloscillator die een signaal met een frequentie van 25 MHz aan de chip levert.
De uitgangspen VOUT van de chip gaat rechtstreeks naar een omschakelaar K1a van een relais. Als u kiest voor het genereren van sinussen of driehoeken stuurt de microcontroller de twee relaisschakelaars naar de onderste stand. De uitgang van de AD9833 wordt dan afgesloten met een drievoudig LC-filter dat de trapvormige benadering omvormt tot gladder verlopende uitgangssignalen. Of, met andere woorden, de hogere harmonischen worden uit het uitgangssignaal van de AD-chip gefilterd. Als u kiest voor rechthoekvormige signalen stuurt de microcontroller de relaiscontacten naar de bovenste stand. Het laagdoorlaat filter wordt dan uitgeschakeld, want bij het genereren van rechthoekvormige signalen komt het er op aan zoveel mogelijk hogere harmonischen in het proces te betrekken. Met de instelpotentiometer P4 en de weerstand R14 wordt een spanningsdeler gevormd die de top-tot-top waarde van de rechthoeken aanpast aan deze van de twee andere signalen.
 |
| Het genereren van de analoge uitgangssignalen. (© ASCEL Electronic, nagetekend door Jos Verstraten) |
De uitgangsversterker
Een blokgolf met een basisfrequentie van 2,5 MHz heeft harmonischen tot minstens 50 MHz, die duidelijk bijdragen aan de vorm van het signaal. Die moeten allemaal evenveel worden versterkt als het basissignaal van 2,5 MHz. Iedere verzwakking van de hoge harmonischen is merkbaar aan het langer worden van de stijg- en daaltijden van de blokgolf. Aan de uitgangsversterker van een functiegenerator worden dus heel hoge eisen gesteld. Bij de AE20125 heeft de ontwerper gekozen voor een current feedback op-amp van het type LM6181. Deze heeft een bandbreedte van 100 MHz, een slew rate van niet minder dan 2.000 V/μs en een uitgangsstroom van 100 mA. Een uitstekende basis voor het samenstellen van een breedbandige eindversterker voor zo'n apparaat. Het schema van deze trap is hertekend in de onderstaande figuur. In wezen is dat een niet-inverterende versterker waarvan de versterking wordt bepaald door de terugkoppeling R2/R3 van de uitgang naar de inverterende ingang.
Het uitgangssignaal FILTEROUT van de generator gaat onmiddellijk naar de amplitude-regelaar P1. Dat is een potentiometer van 10 kΩ en die hoge waarde doet het ergste vermoeden voor de weergave van blokspanningen als deze potentiometer iets wordt terug gedraaid. Er is immers bij een potentiometer geen mogelijkheid om de parasitaire capaciteiten te compenseren. Bij het terug draaien van de loper zal er altijd een ongecompenseerde spanningsdeler ontstaan die de weergave van de hogere harmonischen aantast. Wij zullen het zien bij de test ....
Een tweede punt dat ons zorgen baart is de aanwezigheid van de condensator C19. Weliswaar heeft deze een hoge waarde (1 μF) en is vrij hoogohmig afgesloten met de weerstand R4 van 100 kΩ. Maar tóch zal de impedantie van deze condensator bij lage frequenties een niet te verwaarlozen spanningsdeler gaan vormen met deze weerstand. Wij zijn dus ook heel benieuwd hoe de AE20125 zich gedraagt bij het genereren van zeer lage frequenties.
De schakeling die is aangesloten op de onderste aansluiting van de weerstand R4 zorgt voor het instellen van de offset op de uitgangsspanning. Een voorziening die iedere functiegenerator bezit en waarvan wij nog nooit het praktisch nut hebben ingezien.
 |
| Het schema van de uitgangsversterker. (© ASCEL Electronic, nagetekend door Jos Verstraten) |
De bouw van de functiegenerator AE20125
Het bestukken van de print
Bij deze stap van de nabouw zijn de onderstaande opmerkingen misschien handig voor de nabouwer:
- De drie zelfinducties L1, L2 en L3 zien er uit als weerstandjes met als kleurencode bruin-zwart-zwart-zilver.
- R20 staat foutief in de handleiding als 2,4 kΩ, dat moet 910 Ω zijn.
- Het is verstandig om R15, R10, R20, C29 en C1 maar eerst te solderen nadat u de 16-polige printconnector voor het display hebt gemonteerd en gesoldeerd.
- Let bij het monteren van de 25.000 MHz generator op de juiste positie. Eén van de hoeken is niet afgerond en deze moet in de hoek waar op de print '1' staat.
- Let bij het monteren van het koelplaatje op IC4 dat dit geen contact maakt met een van de pennetjes van IC3.
- In de handleiding staat dat u een printkroonsteentje op de print moet solderen voor het aansluiten van de voeding. Wij adviseren u dat niet te doen als u het apparaat in de meegeleverde behuizing wilt inbouwen.
- Let er op dat u een aantal onderdelen op de soldeerzijde van de print moet monteren. Dat zijn de zes drukknopjes, de twee potentiometers, de 16-polige contactstrip, de BNC-connector en de USB-A connector.
 |
| De twee compleet gesoldeerde zijden van de print. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het monteren van het display op de print
Als u deze stap uitvoert is het nauwelijks nog mogelijk een stap terug te zetten. Controleer dus zeer zorgvuldig alle soldeerpunten op de print voordat u het display gaat aanbrengen. Hoe een en ander in elkaar past ziet u in de onderstaande foto. De ontwerper van dit apparaat heeft dus een uiterst compact geheel weten te bedenken! U moet de display-print met vier boutjes en vier afstandsbusjes op de basis-print bevestigen en nadien de zestien contacten van de printconnector op de print van het display solderen. Het is dus een hele klus om alles weer te demonteren als uw bouwsel niet zou werken en u de basis-print moet controleren. Vandaar onze aanbeveling om toch vooral heel nauwkeurig uw werkzaamheden op deze print te controleren.
 |
| De elektronica is klaar voor inbouw in de behuizing. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het inbouwen van de elektronica in de behuizing
Dat gaat met enige moeite. U moet eerst de moer van de BNC-connector verwijderen, het frontplaatje los op de print monteren en nadien de moer weer in een bepaalde stand op de BNC-connector vastdraaien. Op de pagina's 21 en 22 van de handleiding staat beschreven waarop u moet letten. Het kostte óns in ieder geval nogal wat moeite om én de frontplaat én de print in de daarvoor bestemde gleufjes van het kastje te krijgen. Gelukt? Vervolgens monteert u de voedingsschakelaar, de voedingsconnector en de twee cinch-connectoren op de achterzijde van het kastje. Soldeer aan deze connectoren tien centimeter lange draadjes, verbind de schakelaar met de voedingsconnector en monteer de achterplaat in het kastje. Tot slot soldeert u de zes draadjes van de connectoren op de print.
In de onderstaande foto ziet u ons exemplaar net voordat wij het kastje gingen dichtschroeven.
 |
| De allerlaatste stap van de bouw van de AE20125. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het werken met de AE20125 van Ascel Electronic
Het inschakelen van het apparaat
Na het aansluiten van de meegeleverde netstekker voeding op de voedingsconnector en het bedienen van de schakelaar op de achterzijde van het apparaat start de functiegenerator op met het leveren van een sinus met een frequentie van 10 kHz. Deze opstartconditie kunt u overigens aanpassen via het 'Settings'-menu. Het meest rechtse digit van de frequentie-indicatie knippert. Met de ← en → cursortoetsen kunt u één digit selecteren en met de ↑ en ↓ toetsen de waarde ervan aanpassen. De resolutie van de frequentie-instelling bedraagt 0,1 Hz. Het laatst aangepaste digit blijft altijd knipperen.
 |
| De gegevens in het display na het opstarten. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het hoofd-menu (MAIN MENU)
Door het even drukken op de knop 'MENU-Back' komt u terecht in het hoofdmenu van het apparaat. Dit menu heeft zeven opties die u doorloopt met de op en neer toetsjes:
1: WAVEFORM
2: MODULATION
3: SWEEP
4: PLL REFERENCE
5: LOAD
6: SAVE
7: SETTINGS
Het selecteren van de signaalvorm
Dat doet u onmiddellijk na het inschakelen van het apparaat door het drukken op de knop 'FUNCTION/Enter'. In het onderstaande scherm kiest u dan met de ← en → cursortoetsen de golfvorm en bevestigt met 'FUNCTION/Enter'.
 |
| Het selecteren van de golfvorm. (© 2021 Jos Verstraten) |
Instellen van amplitude en offset
Dat doet u met de twee kleine potentiometertjes op de frontplaat. Zoals vrijwel steeds bij dergelijke goedkope functiegeneratoren voldoet de amplitude-instelling in de praktijk nauwelijks. De generator levert, onbelast, een maximale effectieve sinuswaarde van ongeveer 1,7 V. Als u een spanning van enige tientallen mV nodig hebt voor het aansturen van bijvoorbeeld een voorversterker, dan lukt dat nauwelijks met die ene potentiometer. Een stappenverzwakker die instelbaar is op een verzwakking van bijvoorbeeld -10 dB, -20 dB en -30 dB wordt zeer gemist!
Bij maximale amplitude loopt de uitgangsspanning vast tegen een positieve of een negatieve waarde als u teveel offset instelt.
Instellen van een sweep
Dat gaat zeer gemakkelijk via de derde optie van het hoofdmenu. Deze optie heeft weer vijf sub-menu's:
1: START FREQ
2: STOP FREQ
3: SWEEP FREQ
4: SWEEP MODE
5: START SWEEP
Na het invoeren van de gegevens drukt u telkens op 'FUNCTION/Enter' voor het bevestigen van de optie en nadien gaat u met een druk op de ↓ toets naar het volgende sub-menu. Opgemerkt moet worden dat u de tijdsduur van een sweep (SWEEP FREQ) maar kunt instellen tot een maximale waarde van tien seconden (0,1 Hz). In de praktijk is dat niet lang genoeg om bijvoorbeeld de reactie van een toonregeling goed te kunnen beoordelen.
LOAD en SAVE
U kunt maximaal vijf instellingen van frequentie en golfvorm (PRESET) in het geheugen bewaren met de optie 'SAVE' uit het hoofd-menu. Met de optie 'LOAD' kunt u deze weer in het apparaat inlezen.
Het SETTING-menu
Via dit menu kunt u de frequentie en de signaalvorm definiëren waarmee het apparaat opstart. Met de laatste optie 'CAL OFFSET' kunt u de fout op de frequentie-indicatie minimaliseren door een offset in te voeren die van de weergegeven frequentie wordt afgetrokken of die er bij wordt opgeteld. Deze optie heeft echter alleen zin als u een heel dure referentiemeter hebt waarmee u de frequentie zeer nauwkeurig kunt meten.
De AE20125 op de testbank
De nauwkeurigheid van de frequentie
Volgens de specificaties is de frequentie-indicatie van de generator nauwkeurig tot op 0,005 %. Wij hebben (nog) geen frequentiemeter die nauwkeurig genoeg is om dergelijke specificaties te controleren, maar vergeleken met de aflezing op onze ET3255 kunnen wij geen afwijkingen ontdekken die groter zijn dan ±1 digit.
De sinusvormige uitgangsspanning
In het onderstaand oscillogram ziet u hoe de op 10 MHz ingestelde sinusvormige uitgangsspanning er op de scope uitziet bij instelling op maximale amplitude en afgesloten met een 50 Ω terminator. De twee rode horizontale cursor-lijnen E en S geven de positie aan van de toppen van de sinus bij een frequentie van 1 kHz. Er is dus sprake van een behoorlijk groot amplitudeverlies bij de allerhoogste frequenties. Bij 500 kHz wordt een signaaldaling van slechts 0,2 dB gemeten. De -1 dB frequentie ligt bij 1,590 MHz.
Uiteraard zijn wij nieuwsgierig naar de invloed van de condensator C19 op het amplitudeverloop bij de allerlaagste frequenties. Welnu, dat valt erg mee! Het -1 dB punt ligt bij ongeveer 2,6 Hz.
 |
| De vorm van de sinus bij 10 MHz en maximale amplitude. (© 2021 Jos Verstraten) |
De vervorming op de sinus
Een tweede zeer belangrijk gegeven bij de sinusoidale uitgangsspanning van een functiegenerator is de totale harmonische vervorming. Zoals reeds geschreven is die bij de meeste goedkope functiegeneratoren die met slechts acht bit werken nogal hoog. Waarden van 1 % zijn geen uitzondering. Wij hebben deze grootheid gemeten bij 1 kHz en 10 kHz en wel bij de maximale uitgangsamplitude en met een 50 Ω terminator als belasting. Bij 1 kHz kunnen wij onze vervormingsmeter 331A van HP afregelen op een minimale waarde van 0,2 %. Bij 10 kHz lukt het ons zelfs om te finetunen tot het apparaat slechts 0,15 % vervorming aangeeft. De aard van deze vervorming blijkt uit het onderstaand oscillogram.
 |
| De totale harmonische vervorming bij 10 kHz en maximale amplitude. (© 2021 Jos Verstraten) |
De rechthoekvormige uitgangsspanning
Het heeft uiteraard geen zin een oscillogram te tonen van de blokgolf bij 1 kHz. Die ziet er onberispelijk uit. Interessanter is wat de generator doet bij de maximale frequentie van 2,5 MHz. Wij hebben de onderstaande metingen verricht met een 50 Ω terminator als afsluitweerstand.
De manier waarop de amplitude met een potentiometer van 10 kΩ wordt geregeld doet ons het ergste vermoeden wat betreft de steilheid van de puls bij hogere frequenties. Dat is maar al te waar! In de onderstaande oscillogrammen wordt de blokspanning van 2,5 MHz vergeleken met volledig open gedraaide amplitude-potentiometer (links) met deze als de potentiometer iets wordt teruggedraaid (rechts). De invloed op de stijg- en daaltijden is spectaculair maar volledige te verklaren door de hoge waarde van de potmeter. Op de foto ziet u heel duidelijk hoe weinig de amplitude van het signaal is verminderd en hoe groot de invloed daarvan is op de stijg- en daaltijden van de puls. Overigens hebt u bij de lagere frequenties waar u meestal mee werkt geen last van dit verschijnsel.
Een volgende interessante test is het onderzoeken van de gevolgen van de condensator C19 op de weergave van blokken met zeer lage frequenties. Bij de sinus valt die invloed erg mee, bij de blok is de aanwezigheid van deze condensator catastrofaal. In de twee onderstaande oscillogrammen ziet u de weergave van de blokpuls bij 10 Hz (links) en bij 1 Hz (rechts). Commentaar overbodig!
De USB-driver
Wij hebben het apparaat aangesloten op een Windows 7.0 Professional systeem (ja, die zijn hier en daar nog in gebruik!). Windows gaat automatisch op zoek naar de geschikte USB-driver en installeert deze. Lukt dat om de een of andere reden niet op uw systeem, dan biedt de meegeleverde CD-ROM uitkomst. Daar staan USB-drivers op voor vrijwel alle bedrijfssystemen.
Het programma 'AE20125 Function Generator'
U kunt dit programma op uw PC installeren, maar op de CD-ROM is ook een 'Portable Software'-versie aanwezig, die u met één klik op het betreffende .EXE-bestand kunt opstarten. Dat bestand is slechts 769 kB groot en biedt alle functionaliteit van de geïnstalleerde versie.
Het werkvenster van 'AE20125 Function Generator'
Het enige venster van deze software is voorgesteld in de onderstaande figuur. In dit ene venster staan alle opties die u ook via de zes drukknopjes en de zeven opties van het hoofd-menu kunt instellen. Het enige dat u moet doen is de AE20125 op een USB-poort van uw PC aansluiten, in het kadertje 'Port' de COM-poort kiezen en op de knop 'Open' naast dit kadertje klikken. Het rondje 'Connected to instrument' wordt aangevinkt en u kunt aan de slag.
Het instrument reageert onmiddellijk op de instellingen die u in het werkvenster selecteert.
Het instellen van bijvoorbeeld een sweep gaat tien keer gemakkelijker via de software dan via het moeizaam werken met de zes kleine knopjes die veel te dicht op elkaar staan. Vandaar dat het zo jammer is dat de ontwerper van deze generator er voor gekozen heeft om de USB-connector op de voorzijde op te nemen. Een standaard USB-B connector, op de achterzijde geschroefd en met vier draadjes verbonden met de print had een veel gebruikersvriendelijk apparaat tot gevolg gehad.
Vergeleken met de vele Chinese bouwpakketjes van functiegeneratoren die via de bekende web-kanalen worden aangeboden is de AE20125 uiteraard vrij prijzig. Maar...wij hebben in de loop der jaren minstens vier van deze bouwpakketjes gebouwd en getest en waren er alles behalve tevreden over. Dat kunnen wij niet beweren over de AE20125. U krijgt een mooie functiegenerator in handen die binnen het frequentiebereik waar de hobbyist meestal in werkt mooie en goed bruikbare signalen aflevert.
Maar wat zou het toch mooi zijn geweest als de ontwerper nog een plaatsje op het frontje had gevonden voor een schuifschakelaartje waarmee een verzwakker van 20 dB kon worden ingeschakeld. Dat zou het instellen van de amplitude op in de praktijk vaak voorkomende kleine waarden een stuk gemakkelijker maken. Dus, ontwerper, bij versie 4.0 dan toch maar een USB-B poort op de achterzijde en de vrijkomende plaats op het frontje voor die verzwakker gebruiken?
De manier waarop de amplitude met een potentiometer van 10 kΩ wordt geregeld doet ons het ergste vermoeden wat betreft de steilheid van de puls bij hogere frequenties. Dat is maar al te waar! In de onderstaande oscillogrammen wordt de blokspanning van 2,5 MHz vergeleken met volledig open gedraaide amplitude-potentiometer (links) met deze als de potentiometer iets wordt teruggedraaid (rechts). De invloed op de stijg- en daaltijden is spectaculair maar volledige te verklaren door de hoge waarde van de potmeter. Op de foto ziet u heel duidelijk hoe weinig de amplitude van het signaal is verminderd en hoe groot de invloed daarvan is op de stijg- en daaltijden van de puls. Overigens hebt u bij de lagere frequenties waar u meestal mee werkt geen last van dit verschijnsel.
 |
| De invloed van de amplitude-instelling op de stijg- en daaltijden van de blok. (© 2021 Jos Verstraten) |
Een volgende interessante test is het onderzoeken van de gevolgen van de condensator C19 op de weergave van blokken met zeer lage frequenties. Bij de sinus valt die invloed erg mee, bij de blok is de aanwezigheid van deze condensator catastrofaal. In de twee onderstaande oscillogrammen ziet u de weergave van de blokpuls bij 10 Hz (links) en bij 1 Hz (rechts). Commentaar overbodig!
 |
| De blokpulsen bij 10 Hz en bij 1 Hz. (© 2021 Jos Verstraten) |
De software 'AE20125 Function Generator'
De USB-driver
Wij hebben het apparaat aangesloten op een Windows 7.0 Professional systeem (ja, die zijn hier en daar nog in gebruik!). Windows gaat automatisch op zoek naar de geschikte USB-driver en installeert deze. Lukt dat om de een of andere reden niet op uw systeem, dan biedt de meegeleverde CD-ROM uitkomst. Daar staan USB-drivers op voor vrijwel alle bedrijfssystemen.
Het programma 'AE20125 Function Generator'
U kunt dit programma op uw PC installeren, maar op de CD-ROM is ook een 'Portable Software'-versie aanwezig, die u met één klik op het betreffende .EXE-bestand kunt opstarten. Dat bestand is slechts 769 kB groot en biedt alle functionaliteit van de geïnstalleerde versie.
Het werkvenster van 'AE20125 Function Generator'
Het enige venster van deze software is voorgesteld in de onderstaande figuur. In dit ene venster staan alle opties die u ook via de zes drukknopjes en de zeven opties van het hoofd-menu kunt instellen. Het enige dat u moet doen is de AE20125 op een USB-poort van uw PC aansluiten, in het kadertje 'Port' de COM-poort kiezen en op de knop 'Open' naast dit kadertje klikken. Het rondje 'Connected to instrument' wordt aangevinkt en u kunt aan de slag.
Het instrument reageert onmiddellijk op de instellingen die u in het werkvenster selecteert.
 |
| Het venster van de 'AE20125 Function Generator'. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het instellen van bijvoorbeeld een sweep gaat tien keer gemakkelijker via de software dan via het moeizaam werken met de zes kleine knopjes die veel te dicht op elkaar staan. Vandaar dat het zo jammer is dat de ontwerper van deze generator er voor gekozen heeft om de USB-connector op de voorzijde op te nemen. Een standaard USB-B connector, op de achterzijde geschroefd en met vier draadjes verbonden met de print had een veel gebruikersvriendelijk apparaat tot gevolg gehad.
Een paar zeurderige opmerkingen over dit venster. De eenheid van duizend herz is nog steeds 'kHz' en niet 'KHz'. Als iemand een venster met Engelse teksten ontwerpt gaan wij er van uit dat ook de Angelsaksische notatie van decimale punt en scheidingsteken wordt gevolgd. Dus '00,000,009.1' en niet '00.000.009,1'.
Onze opinie over de AE20125 van ASCEL Electronic
Vergeleken met de vele Chinese bouwpakketjes van functiegeneratoren die via de bekende web-kanalen worden aangeboden is de AE20125 uiteraard vrij prijzig. Maar...wij hebben in de loop der jaren minstens vier van deze bouwpakketjes gebouwd en getest en waren er alles behalve tevreden over. Dat kunnen wij niet beweren over de AE20125. U krijgt een mooie functiegenerator in handen die binnen het frequentiebereik waar de hobbyist meestal in werkt mooie en goed bruikbare signalen aflevert.
Maar wat zou het toch mooi zijn geweest als de ontwerper nog een plaatsje op het frontje had gevonden voor een schuifschakelaartje waarmee een verzwakker van 20 dB kon worden ingeschakeld. Dat zou het instellen van de amplitude op in de praktijk vaak voorkomende kleine waarden een stuk gemakkelijker maken. Dus, ontwerper, bij versie 4.0 dan toch maar een USB-B poort op de achterzijde en de vrijkomende plaats op het frontje voor die verzwakker gebruiken?
GeekTech FG-050 DSS Function Generator
