|
De HPG1mk2 is een zeer kleine functiegenerator van Velleman Instruments, die u gemakkelijk in uw zak kunt stoppen en die voor prijzen vanaf honderd euro wordt aangeboden. Met zijn (sweep)frequentiebereik van 1 Hz tot 1 MHz en zijn drie spanningsvormen kunt u dit apparaatje voor vrijwel alle metingen in het hobby-lab gebruiken. |
Kennismaking met de HPG1MK2
Uitgebreide achtergrondinformatie over het begrip 'functiegenerator'
Op dit blog is een uitgebreid artikel verschenen met algemene informatie over alles dat met functiegeneratoren te maken heeft. In dit artikel bespreken wij:
- De specificaties van dergelijke apparaten.
- Het verschil tussen analoge en digitale functiegeneratoren.
- De principiële werking van analoge functiegeneratoren.
- De principiële werking van digitale functiegeneratoren.
- De functiegenerator in het hobby-laboratorium.
Klik op de onderstaande link:
Hobby-lab: functiegeneratoren
Het uiterlijk
De functiegenerator wordt geleverd in een stevig doosje met twee adapters:
- BNC naar 2 x 4 mm banaan.
- BNC naar cinch-bus.
Met deze laatste adapter kunt u de functiegenerator dus rechtstreeks op de audio-ingang van uw versterker aansluiten, een handig extraatje.
Het apparaatje heeft als afmetingen 11,4 cm x 6,8 cm x 2,2 cm en ziet er, met zijn mooi geborsteld metalen frontplaatje, keurig afgewerkt uit. De vier bedieningsknopjes zijn in deze frontplaat uitgefreesd zodat verende plaatjes ontstaan die u kunt indrukken en automatisch terugveren. Aan de achterzijde zit het batterijcompartiment en treft u een uitklapbare metalen beugel aan, waarmee u het apparaat onder een handige afleeshoek op de tafel kunt zetten.
De HPG1mk2 wordt gemaakt in Taiwan.
De handleiding
De meegeleverde handleiding verdient die naam niet. Het velletje papier geeft een opsomming van de specificaties en een tekening waaruit blijkt hoe u de vier 1,5 V AAA-batterijtjes in het batterijcompartiment moet monteren. Wilt u meer informatie over het bedienen van het apparaat, dan moet u dat experimenteel uitzoeken of naar https://manuals.velleman.eu/article.php?id=714 gaan. Daar kunt u de manual niet als PDF-bestand downloaden, zoals gebruikelijk, maar krijgt u alleen een HTML-pagina in beeld. De optie 'Export to PDF' werkt niet, na de derde pagina houdt deze tool het voor gezien. De optie 'Export to MS Word' werkt gelukkig wel, zodat u de handleiding indien gewenst tóch op papier krijgt.
 |
| De leveringsomvang van de HPG1mk2 van Velleman Instruments. (© 2018 Jos Verstraten) |
As u het mooie frontplaatje wilt behoeden voor krassen kunt u in een keer de beschermhoes HPSP1 meebestellen. Deze kost ongeveer €11,00, biedt volledige bescherming en heeft ruimte voor een meetsnoer.
 |
| De beschermhoes HPSP1. (© 2018 Jos Verstraten) |
Openschroeven van de behuizing levert een inkijkje op een wonderschone print, maar waar helaas weinig herkenbare chip's op te bekennen zijn. Veel meer kunnen wij u over de elektronica dus niet vertellen.
 |
| De print van de HPG1mk2 met links de flatcable naar het display. (© 2018 Jos Verstraten) |
Velleman Instruments geeft onderstaande specificaties:
- Signaalsynthese: DDS (Direct Digital Synthesis)
- DAC-resolutie: 10 bits
- Frequentiebereik: 1 Hz ~ 1 MHz
- Frequentienauwkeurigheid: ±0,01 %
- Frequentie-instelling in stappen van: 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz
- Golfvormen: sinusgolf, blokgolf, driehoekgolf
- Uitgangsspanning: 8 Vtop-tot-top of 2,82 Veffectief max.
- Uitgangsspanning-indicatie: in Veffectief, Vtot-tot-top en dB bij sinus
- Nauwkeurigheid van de indicatie: ±3 %
- Sinusvervorming: 0,1 % max. (1 kHz ~ 0 dB ~ 600 Ω)
- Stijg/daaltijd blokgolf: 0,2 µs typisch
- Uitgangsimpedantie: 50 Ω
- Voedingsspanning: 6 Vdc (4 x 1,5 V AAA-batterij)
- Voedingsstroom: 70 mA max.
- Display: OLED
- Afmetingen: 114 mm x 68 mm x 2 2mm
- Gewicht: 154 g
Het werken met de HPG1mk2
De bedieningsknoppen
In onderstaande foto hebben wij de functie van de vier knoppen samengevat. Aan de onderzijde van het apparaat zit een klein gaatje waarachter een koperen contact schuilgaat en waarnaast een blokgolf symbooltje is getekend. In de handleiding wordt dit contact de 'kalibratie-uitgang' genoemd, zonder nadere toelichting. Bij het aan ons geleverde exemplaar verscheen op dit contact echter alleen een gelijkspanning van 3,32 V, het maakte niet uit op welke knopjes wij drukten. Dat klopt echter wel met de beschrifting '3V3' die op de print staat bij dit contact.
 |
| De functie van de bedieningsknoppen. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het setting-menu verschijnt in beeld als u de setting-knop langer dan één seconde indrukt. Met de twee rechter knoppen kunt u een van de vijf opties selecteren, waarna u met de linker knoppen door de mogelijkheden van deze opties kunt scrollen. Zoals uit onderstaand screenshot blijkt, kunt u ook Nederlands als taal instellen. Met de optie 'REVERS VIDEO' kunt u kiezen voor zwarte tekst op een witte achtergrond, wat minder duidelijk is dan de standaard optie. In 'FREQ.STAP' selecteert u 'LIN' of 'LOG'. In het laatste geval varieert de frequentie steeds sneller naarmate u de linker knoppen in het volgende scherm langer ingedrukt houdt. Dat is handig, want dit apparaat heeft uiteraard geen potentiometer, waarmee u in één snelle draai de frequentie bijvoorbeeld van 20 Hz naar 20 kHz verhoogt. Bij de HPG1mk2 doet u dat door de knop links boven ingedrukt te houden tot in het display de frequentie op 20 kHz staat. Kies u in de optie 'FRQ.STAP' voor 'LIN', dan duurt het een eeuwigheid voor het apparaat dat hele bereik heeft doorlopen.
De optie 'DEMO' is volstrekt nutteloos in het dagelijkse gebruik. Het apparaat doorloopt dan een programma waar alle mogelijkheden die het bezit even aan de orde komen.
Door het langer dan één seconde drukken op een van de twee rechter toetsen worden de instellingen opgeslagen.
 |
| Het setting-menu bij taalkeuze Nederlands. (© 2018 Jos Verstraten) |
U komt dan automatisch terecht in het instellingen-scherm, waarin u de golfvorm, de frequentie, de stap en de grootte van de uitgangsspanning kunt instellen. De werking is identiek aan die van het setting-menu. Met de twee rechter knoppen kiest u een van de vier opties, met de linker knoppen scrolt u door het bereik van de geselecteerde optie.
Het instellen van de uitgangsfrequentie met twee drukknoppen is een optie die de meeste DDS-generatoren hebben maar waarover wij toch niet enthousiast zijn. Als u de STAP op 100 Hz zet en werkt in de LOG-mode, duurt het toch nog 18 seconden alvorens u de frequentie van 100 Hz hebt verhoogd tot 1 MHz.
Wat vrij uniek is voor dergelijke apparaten is dat de HPG1mk2 de sinusspanning zowel in Veffectief als in dB in het display zet. Een spanning van 0,775 Veffectief komt overeen met 0,0 dB, zoals de internationale afspraak is. Op deze manier kunt u snel de weergave van bijvoorbeeld een versterker opmeten in een dB/frequentie-grafiek. De grootte van de uitgangsspanning wordt niet alleen numeriek weergegeven, maar ook op de onderste horizontale thermometer-schaal.
 |
| In het instellingen-menu definieert u de uitgangsspanning. (© 2018 Jos Verstraten) |
U komt in het sweep-menu door de menu-knop langer dan één seconde in te drukken. Met MIN.FREQ. en MAX.FREQ. stelt u uiteraard de grenzen van de sweep in. De STAP geeft aan met hoeveel Hz de HPG1mk2 de frequentie laat stijgen bij iedere stap in de sweep. U kunt deze waarde decadisch instellen van 1 Hz tot 10 kHz. Met SWEEP MODE bepaalt u hoe de sweep wordt uitgevoerd:
- Lin
De sweep gaat lineair van de laagste naar de hoogste frequentie en start dan opnieuw bij de laagste. - Bi-Lin
Idem, maar bij het bereiken van de hoogste waarde gaat de sweep met dezelfde snelheid weer naar de laagste waarde. - Log
De sweep gaat logaritmisch van de laagste naar de hoogste frequentie en start dan opnieuw bij de laagste. - Bi-Log
Idem, maar bij het bereiken van de hoogste waarde gaat de sweep met dezelfde snelheid weer naar de laagste waarde.
 |
| In het sweep-menu definieert u de parameters van een sweep. (© 2018 Jos Verstraten) |
U komt dan automatisch in het sweep-scherm, waar u de verdere eigenschappen van de sweep kunt definiëren. Met GOLFVORM kiest u uiteraard tussen sinus, driehoek en blok. Tot slot kunt u hier de grootte van de uitgangsspanning instellen.
 |
| In het sweep-scherm definieert u de uitgangsvorm en grootte van het sweepsignaal. (© 2018 Jos Verstraten) |
As u lineair sweept verschijnt een extra optie, namelijk MARKER. U kunt hier één frequentie instellen die door de sweepgenerator met een veel grotere amplitude op de uitgang wordt gezet. In het onderstaand oscillogram ziet u die marker duidelijk in de volledige sweep. Of alle gesweepte schakelingen blij worden van zo'n plotselinge grote ingangspuls is echter maar de vraag.
 |
| De marker-frequentie valt duidelijk op in het gesweepte uitgangssignaal. (© 2018 Jos Verstraten) |
Als u vanuit de sweep-modus terug wilt naar de 'gewone' modus met vaste uitgangsfrequentie lukt dat alleen door in het sweep-menu de SNELHEID op UIT te zetten.
De HPG1mk2 getest
Een DC-offset op de uitgang
Omdat u de frequentie kunt instellen tot 1 Hz is het duidelijk dat de uitgang van de generator DC-gekoppeld is. Een scheidingscondensator zou immers niets overlaten van dergelijke lage frequenties. Het gevolg is wél dat er een kleine gelijkspanningsoffset op de uitgangsspanning aanwezig is. In ons exemplaar bedroeg deze offset 150 mV. Deze offset blijkt vrijwel onafhankelijk van de amplitude van de uitgangsspanning.
De sinusspanning
Zoals uit onderstaand oscillogram blijkt is de vorm van de sinus zelfs bij 1 MHz en maximale amplitude op het oog zo goed als onvervormd. Dat verdient een compliment, want er zijn maar weinig functiegeneratoren in deze prijsklasse die dit presteren. Ook op de nauwkeurigheid van de frequentie valt niets aan te merken. Onze scope gaf een frequentie van 1,0012 MHz aan.
De uitgangsspanning blijft vrij constant over het volledige frequentiebereik. Als test hebben wij de uitgangsspanning bij 10 Hz ingesteld op 0 dB en nadien de frequentie verhoogd tot 1 MHz. De uitgangsspanning daalde met slechts -2,5 dB. Ook dat is uitstekend te noemen!
 |
| De sinus bij 1 MHz en maximale uitgangsspanning van 6,96 Vtop-tot-top. (© 2018 Jos Verstraten) |
Alle functiegeneratoren waarbij de uitgangsspanningen digitaal worden gegenereerd via een DAC hebben last van kwantiseringsruis. Dat betekent dat u de overgangen kunt zien tussen de stapjes waaruit de uitgangsspanning is samengesteld. Bij de meeste goedkope functiegeneratoren wordt gekwantiseerd met acht bits en zijn die stapjes goed te zien. De HPG1mk2 werkt met tien bits resolutie en vandaar dat de uitgangsspanning vrijwel vrij is van dergelijke overgangsverschijnselen. De kwantiseringsruis is vaak erg storend als u de generator op een lage spanning instelt. Uiteraard hebben wij dit bij deze Velleman generator ook getest en de resultaten zijn indrukwekkend. In onderstaand oscillogram ziet u de uitgangsspanning bij 1 kHz en een effectieve waarde van 100 mV. Perfect!
Het valt overigens op dat het niet meevalt een spanning van exact 100 mV in te stellen met de twee drukknopjes. De generator reageert met een bepaalde traagheid, waardoor de spanning altijd of iets te hoog of iets te laag wordt.
 |
| De sinus bij 1 kHz en uitgangsspanning van 100 mVeffectief. (© 2018 Jos Verstraten) |
Wij hebben de nauwkeurigheid van de spanningsweergave in het display vergeleken met de indicatie op onze laboratorium referentiemeter, een VC650BT van Voltcraft met een nauwkeurigheid voor wisselspanning van ±0,5 %. De resultaten zijn in onderstaande tabel samengevat. Alweer een uitstekende prestatie.
 |
| De nauwkeurigheid van de spanningsindicatie bij 1 kHz. (© 2018 Jos Verstraten) |
Een driehoekvormige spanning heeft maar weinig praktische toepassingen in het lab en vandaar dat wij deze optie van de HPG1mk2 maar in het kort onderzoeken. Het ligt voor de hand een plaatje te tonen van de vorm van de spanning bij de maximale frequentie van 1 MHz. Het resultaat ziet u onderstaand. U ziet dat er van de driehoekvorm weinig overblijft. Een gevolg van de beperkte bandbreedte van de uitgangstrappen van de HPG1mk2, waardoor de hogere harmonischen die verantwoordelijk zijn voor de specifieke driehoekvorm erg worden verzwakt. Met de twee horizontale cursorlijnen is de positie van de toppen van de driehoek bij 1 kHz weergegeven.
 |
| De driehoekvormige spanning bij 1 MHz en maximale amplitude. (© 2018 Jos Verstraten) |
In de technische specificaties wordt een stijgtijd vermeld van niet minder dan 0,2 µs voor de blokgolf. Dat is een schokkend hoge waarde voor een apparaat dat tot 1 MHz moet werken, want de periode van een blokgolf van 1 MHz is 1 µs lang. Het zal dus duidelijk zijn dat de kwaliteit van de 1 MHz blokgolf niet bijzonder hoog kan zijn. Dat blijkt in de praktijk ook te kloppen, zie onderstaand oscillogram waar de 1 MHz uitgang van de HPG1mk2 (geel) wordt vergeleken met deze van een laboratorium functiegenerator (blauw). Wij vergelijken beide om de eventuele opmerking van de fabrikant te weerleggen dat de slechte stijg- en daaltijden op het beeld te maken hebben met de beperkte bandbreedte van de gebruikte scoop. Niet, dus!
 |
| De 1 MHz blokgolf (geel) vergeleken met deze van een goede functiegenerator (blauw). (© 2018 Jos Verstraten) |
 |
| Een blokgolf van 100 kHz met maximale amplitude is acceptabel. (© 2018 Jos Verstraten) |
Een signaalgenerator moet een zo laag mogelijke uitgangsimpedantie hebben. Hoe lager, hoe minder het geleverde signaal beïnvloed wordt door de aangesloten schakeling. Volgens de specificaties heeft de HPG1mk2 een uitgangsimpedantie van 50 Ω, dé standaard waarde voor dergelijke apparatuur. Ook deze grootheid hebben wij even getest met een sinus van 1 kHz en 0 dB op de uitgang. Misschien is het in dit kader wel interessant even uit te leggen hoe u de uitgangsimpedantie van een schakeling gemakkelijk meet. Zoals uit het linker schema van onderstaande figuur blijkt, meet u eerst de uitgangsspanning met open uitgang. Nadien belast u de uitgang met een potentiometer Rbelasting van 100 Ω. U verdraait de loper van deze potentiometer tot de voltmeter exact de helft van de onbelaste spanning aangeeft. Tot slot meet u de weerstand van de potentiometer. De gemeten waarde komt overeen met de uitgangsimpedantie van de generator. Bij onze HPG1mk2 was de uitgangsimpedantie gelijk aan 50,61 Ω.
 |
| Het meten van de uitgangsimpedantie van de generator. (© 2018 Jos Verstraten) |
Conclusie
De HPG1mk2 is zeker geen goedkoop apparaat. Voor de helft van de prijs hebt u een Chinees tafelmodel met veel meer mogelijkheden. Maar wat deze functiegenerator vrij uniek maakt zijn de vormgeving, de batterijvoeding en de kleine afmetingen.
De HPG1mk2 overtuigt bovendien als u er sinussen mee genereert, een praktijk die u in de lab-praktijk het vaakst toepast. Met name de uitgebreide en gemakkelijk instelbare sweep-functie en de weergave van het signaalniveau in dB zijn handige opties die u in de praktijk goed van pas komen. Wij zijn echter nogal teleurgesteld door de matige kwaliteit van de gegenereerde blokgolven. Dat had voor deze prijs toch iets beter gemogen!
Velleman HPG1mk2 functiegenerator
