|
Een zeer eenvoudige laagfrequent generator die vijf uitgangssignalen met één vaste frequentie van ongeveer 400 Hz levert. De beschikbare uitgangssignalen zijn sinus, vierkant, puls, zaagtand en driehoek, die allemaal dezelfde amplitude van 6 V hebben. |
Het principe van de schakeling
Een leerzame en nuttige schakeling
De schakeling is niet alleen een nuttig instrumentje voor uw experimenten met audio-apparatuur, maar bewijst hoe u met relatief eenvoudige schakelingen de ene spanningsvorm uit de andere kunt afleiden. De basis is namelijk een zaagtandgenerator en via wat eenvoudige principes worden de vier overige signaalvormen uit deze zaagtand afgeleid. Bovendien is het schema uitgevoerd met 'ouderwetse' componenten, die u nog wel ergens in de rommelbak hebt liggen. Zo eindigen uw transistoren hun bestaan nog op een nuttige manier.
Het blokschema
In onderstaande figuur is het blokschema van de schakeling getekend. Basis van de generator is een zaagtand waarvan de frequentie op 400 Hz is ingesteld. Uit deze zaagtand worden alle andere spanningsvormen afgeleid.
 |
| Het blokschema van de schakeling. (© 2017 Jos Verstraten) |
Om de driehoek te vormen, moet u de zaagtand inverteren. In een diodemenger mengt u dit signaal met de originele zaagtand. Aan de uitgang van de menger ontstaat een driehoek met amplitude gelijk aan de helft van de zaagtandamplitude.
De sinus
Omdat het bij deze schakeling niet de bedoeling is de frequentie regelbaar te maken, kunt u de driehoek zeer eenvoudig in een sinus omgezetten. Met een laagdoorlaat filter verwijdert u alle hogere harmonischen uit de driehoek, zodat u de grondsinus overhoudt.
Puls
Een smalle positieve impuls ontstaat door de zaagtand te differentiëren.
Vierkant
De vierkantspanning wordt gevormd door een transistor gedurende de tweede helft van de zaagtandperiode in verzadiging te sturen.
Het schema van de schakeling
Te klein om te lezen?
In de onderstaande figuur is het volledig schema van deze generator voorgesteld. Als u een en ander te klein weergegeven vindt op uw scherm kunt u op de tekening klikken. U ziet nu het schema in een hogere resolutie op uw scherm. Door te klikken op de pijltjestoets 'terug naar de vorige pagina' van uw browser komt u weer in dit verhaal terecht.
 |
| Het volledig schema van de laagfrequent generator. (© 2017 Jos Verstraten) |
De zaagtandgenerator
Deze schakeling is opgebouwd rond de transistoren T1 en T2. T1 is een constante stroombron. De basis is door de spanningsdeler R1-R2 ingesteld op een vaste spanning. Door de transistor gaat een stroom vloeien. Deze stroom zal zich zo instellen dat over de emitterweerstand R3 een spanning ontstaat, gelijk aan de basisspanning minus 0,7 V. Omdat de basisspanning constant blijft, zal ook het emitterpotentiaal constant zijn en bijgevolg eveneens de stroom door de transistor. Condensator C1 wordt opgeladen door deze constante stroom, gevolg is dat de condensatorspanning lineair (= zaagtandvormig) zal toenemen. Na een bepaalde tijd wordt de condensatorspanning groter dan de ontsteekspanning van de uni-junction transistor T2. Deze geleidt, waardoor de condensator zeer snel wordt ontladen.
U kunt besluiten dat op punt [A] een zaagtandspanning ontstaat. De frequentie wordt bepaald door de instelling van transistor T1. Om de lineariteit van de gevormde zaagtand niet aan te tasten, wordt de condensator afgesloten met een emittervolger T3.
Een deel van de zaagtand, afgenomen van de emitter van T3, stuurt de invertertrap T4. Bedoeling is dat twee even grote zaagtanden ontstaan, maar met tegengestelde hellingen. De signalen op de emitter en de collector zullen aan die eis voldoen als de emitter- en collectorweerstanden aan elkaar gelijk zijn (R8 + R9 = R10 + R11). Dit kunt u precies instellen met de instelpotentiometer R10. Als de spanning op punt [B] nul is, vloeit geen stroom door transistor T4. De emitterspanning is nul, de collector staat op voedingspotentiaal. Stijgt de spanning op de basis, dan neemt de stroom door de transistor evenredig toe. Er ontstaat een gelijke spanningsval over de weerstanden, zodat het emitterpotentiaal stijgt en dat op de collector afneemt. Gevolg is dat op de emitter een stijgende en op de collector een even grote dalende zaagtand ontstaat. Punt [C] is de eerste uitgang van de generator. Hier staat een stijgende zaagtand van 6 V ter beschikking.
De driehoekgenerator
Om uit beide zaagtanden een driehoek te maken, moeten de zaagtanden hetzelfde gemiddelde gelijkspanningspotentiaal voeren. Dat kunt u het gemakkelijkst doen door ze beide op massapotentiaal te clampen. Dit gebeurt door de netwerken C2-D2 en C3-D1. De dioden beletten dat de spanningen op de punten [N] en [O] negatief worden. De driehoek ontstaat over de weerstand R12. Op onderstaand oscillogram kunt u mooi zien hoe de schakeling werkt. Bij het begin van de zaagtandperiode is de spanning op punt [N] groter dan die op punt [O]. Diode D4 geleidt en diode D3 spert. De spanning op punt [N] verschijnt over de weerstand R12. Dit blijft zo, tot de spanningen op punten [N] en [O] aan elkaar gelijk worden. Omdat beide zaagtanden even groot zijn, gebeurt dit op de helft van de periode. Tijdens de tweede periodehelft is de spanning op [O] groter dan de spanning op [N]. Gevolg is dat D3 geleidt en D4 spert. De spanning over weerstand R12 volgt nu de spanning van punt [O]. Als u de spanningen op [N] en [O] op elkaar projecteert, wordt het duidelijk dat over de weerstand een driehoek ontstaat, waarvan de amplitude gelijk is aan de helft van de zaagtandamplitude.
 |
| Het omzetten van de zaagtand in een driehoek. (© 2017 Jos Verstraten) |
De sinusgenerator
In functiegeneratoren, waar de frequentie over een breed gebied regelbaar is, zijn gecompliceerde diode-weerstand netwerken nodig om de driehoekspanning om te vormen in een sinus. Omdat de frequentie van deze generator constant is, kunt u het probleem tamelijk eenvoudig oplossen. Uit de theoretische elektriciteitsleer weet u dat ieder wisselspanningssignaal opgebouwd is uit harmonischen met frequenties die een veelvoud zijn van de basisfrequentie. De amplitude van deze signalen neemt zeer snel af. De driehoekspanning van de generator is, zo leert de wiskunde u, samengesteld uit:
- Een sinus van 400 Hz met amplitude V.
- Een sinus van 1.200 Hz met amplitude V/9.
- Een sinus van 2.000 Hz met amplitude V/25.
- Een sinus van 2.800 Hz met amplitude V/49.
 |
| De doorlaatcurves van een, twee en drie RC-laagdoorlaat filters. (© 2017 Jos Verstraten) |
De pulsgenerator
Voor het opwekken van de pulsspanning wordt van het principe uitgegaan dat de differentiaal van een lineair stijgende functie een constante is. De schakeling is opgebouwd rond de transistoren T7 en T8 en wordt verduidelijkt aan de hand van onderstaande oscillogrammen. De zaagtandspanning (= lineair stijgende functie) op de emitter van T3 wordt gedifferentieerd door het netwerk C8-R21. Tijdens de zaagtand blijft de spanning over R21 (punt [I]) constant. De snelle spanningssprong bij het begin van de volgende periode wordt echter door de condensator doorgekoppeld. Gevolg is dat op de basis van T8 negatief gerichte impulsen ontstaan. Transistor T7 is normaal in verzadiging gestuurd via de weerstand R23. De negatieve impulsen van de emitter van T8 sturen T7 even in sper. Het gevolg is het ontstaan van een smalle positieve puls op de collector. De spanningsdeler R24-R25 zorgt ervoor dat op punt [J] de amplitude van de puls tot de gewenste 6 V is gereduceerd.
 |
| Het omzetten van de zaagtand in een smalle positieve puls. (© 2017 Jos Verstraten) |
De vierkantgolf wordt eveneens rechtstreeks van de zaagtand afgeleid. Zoals u weet geleidt een siliciumtransistor met geaarde emitter, als zijn basisspanning groter wordt dan 0,7 V. Als de amplitude van de zaagtand gereduceerd wordt tot 1,4 V en aangeboden aan de basis van een transistor, zal op de collector een vierkantspanning ontstaan. Een en ander ziet u op onderstaande oscillogrammen. De spanningsdeler R26-R27 zwakt de zaagtand tot de gewenste waarde af. Op de foto is duidelijk merkbaar hoe de basisspanning [K] van transistor T9 gedurende de eerste helft van de periode kleiner blijft dan 0,7 V. De transistor spert en de collectorspanning is hoog. Gedurende de tweede periodehelft wordt de basis gestuurd, de basisspanning stabiliseert zich op de 0,7 V geleidingsspanning van de basis-emitter junctie. De transistor geleidt en de collectorspanning [L] wordt nul. Uiteraard duurt het even alvorens de transistor helemaal verzadigd is. Vandaar de slechte achterflank van signaal [L]. Een tweede trap met transistor T10 vangt dit euvel op. Bovendien bezorgt een bescheiden meekoppeling via weerstand R32 het uitgangssignaal de gewenste snelle flanken. De spanningsdeler R30-R31 in de collector zorgt weer voor de gestandaardiseerde 6 V uitgangsamplitude. Met potentiometer R27 kunt u de symmetrie van de blokgolf instellen.
 |
| Het omzetten van een zaagtand in een vierkantspanning. (© 2017 Jos Verstraten) |
Op onderstaande foto zijn de vijf uitgangsspanningen van de laagfrequent generator broederlijk verenigd. Met de ontwikkeling van deze schakeling is aangetoond, dat het transformeren van een zaagtand in de meest uiteenlopende spanningsvormen niet ingewikkeld hoeft te zijn. Voorwaarde is wel, dat de frequentie constant blijft.
 |
| De vijf uitgangsspanningen van deze testgenerator broederlijk verenigd. (© 2017 Jos Verstraten) |
De bouw van de schakeling
In onderstaande figuren zijn het printontwerpje en de componentenopstelling van deze schakeling getekend. Meer dan dit valt er over de nabouw van deze zeer eenvoudige generator niet te melden!
 |
| Het printontwerpje van de testgenerator. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2017 Jos Verstraten) |
Verder experimenteren
Complexe spanningsvormen maken
Door toevoeging van de schakeling van onderstaande figuur kunt u theoretisch een oneindig aantal spanningsvormen genereren. De schakeling is een eenvoudige weerstandsmenger. De vijf uitgangen van de generator sturen potentiometers. De lopers van deze onderdelen zijn via weerstanden verbonden met de basis van een emittervolger. Op de emitter verschijnt de algebraïsche som van de gemengde signalen. Door het aandeel van de verschillende uitgangen met de potentiometers telkens anders in te stellen, ontstaan de meest vreemdsoortige spanningen. In onderstaande oscillogram zijn een zestal met deze schakeling gegenereerde spanningen voorgesteld.
 |
| Met deze mengeenheid achter de generator geschakeld kunt u de vreemdste spanningen genereren. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| Zes voorbeelden van mogelijke uitgangsspanningen van deze schakeling. (© 2017 Jos Verstraten) |
Bij het experimenteren met elektronische muziekschakelingen kan deze mengschakeling praktische diensten bewijzen. Iedere spanningsvorm heeft immers een specifieke klankkleur, die wordt veroorzaakt door de sterk uiteenlopende harmonische inhoud van de golfvormen. De driehoek bevat alleen oneven harmonischen met kleine amplituden. De vierkant bevat eveneens alleen oneven harmonischen, maar wel met grotere amplituden. De zaagtand is opgebouwd uit even en oneven harmonischen. De amplitude van deze signalen neemt ongeveer exponentieel af. De pulsvormige spanning bevat zeer veel en zeer sterke harmonischen. Deze generator kunt u dus met succes gebruiken bij het experimenteren met klankfilters voor het elektronisch nabootsen van muziekinstrumenten.
Digitaal soldeer station, 70 W
