Meten: PCGU01, USB functiegenerator

(gepubliceerd op 14-04-2022)

Deze 1 MHz functiegenerator is qua vormgeving een bijzonder apparaatje. Hij wás helaas veel te duur om aandacht aan te besteden, maar wordt nu blijkbaar goedkoop gedumpt en is dus een test waard.

Kennismaking met de PCGU01 van Velleman


Een 1 MHz functiegenerator zonder knoppen
De PCGU01 van Velleman is een volledig via Windows software te bedienen functiegenerator die ondergebracht is in een behuizing met een bijzondere vormgeving. De generator zit namelijk in een plat aluminium buisje met een lengte van 85 mm en een dikte van 15 mm. Aan één zijde ontspruit een dun kabeltje met een lengte van 30 cm dat eindigt in twee miniatuur meetpennetjes met alligator clips. Aan de andere kant zit een mini-USB connector waarop u het meegeleverde 45 cm kabeltje dat eindigt in een USB-A connector moet aansluiten. Dat is alles! De rest is een kwestie van de Windows software die u moet downloaden.

PCGU01-USB-functiegenerator-01 (© Velleman)
Het uiterlijk van de PCGU01 USB functiegenerator. (© Velleman)

Prijs en leverbaarheid
De PCGU01 is niet nieuw en viel ons al eerder op, niet alleen vanwege de charmante vormgeving maar ook vanwege de specificaties, die een harmonische vervorming van slechts 0,02 % op de sinus beloven. Een ongekend lage waarde voor een digitale functiegenerator! Wij vonden echter de officiële prijs van meer dan € 70,00 buitensporig voor een dergelijke functiegenerator. Vandaar dat wij er geen aandacht aan besteedden. Nu wordt de PCGU01 blijkbaar gedumpt en wordt voor prijzen vanaf € 19,95 tot € 27,35 door diverse postorderbedrijven aangeboden. Dan wordt dit apparaatje best wel aantrekkelijk en vandaar deze test. Hoe lang de PCGU01 nog leverbaar is weten wij niet, de kans is niet denkbeeldig dat er binnen niet al te lange tijd geen aanbiedingen meer te vinden zijn.

De levering van het apparaat
De PCGU01 word geleverd in een stevig kartonnen doosje van 14 cm bij 7,5 cm bij 4,0 cm. Dat doosje bevat:
       - De functiegenerator is een beschermhoesje
       - Het USB aansluitkabeltje
       - Een garantiebewijs van Velleman
       - Een papiertje met de specificaties en de link naar de software

PCGU01-USB-functiegenerator-02 (© 2022 Jos Verstraten)

De verpakking van de PCGU01. (© 2022 Jos Verstraten)


De specificaties van de PCGU01
De door Velleman gegarandeerde specificaties van de PCGU01 zijn:
       - Frequentiebereik sinus en zaagtand: 1 Hz ~ 1 MHz
       - Frequentiebereik blokgolf: 1 Hz ~ 100 kHz
       - Resolutie frequentie instelling: vijf digits
       - Uitgangssignalen: sinus, blok en driehoek
       - DAC-resolutie: 10 bit
       - DAC-klokfrequentie: 12 MHz
       - Uitgangsspanning top-tot-top: 200 mV ~ 10 V
       - Offsetbereik: -2,5 V ~ +2,5 V
       - Resolutie spanning instellingen: drie digits
       - Uitgangsimpedantie: 50 Ω
       - Vervorming op sinus: minder dan 0,02 % (1 kHz, 0 dB, 600 Ω)
       - Stijgtijd blok: kleiner dan 200 ns
       - Software: Windows XP ~ Windows 10
       - Sweepfunctie lin/log: ja
       - Programmeerbare uitgang: ja

De handleiding van de PCGU01
Een handleiding is niet beschikbaar, maar wij hebben de help-pagina's van de software omgezet naar een PDF-bestand dat u van ons account bij Google Drive kunt downloaden:
Aanklikbare link ➡ PCGU01_manual.pdf


De elektronica in de PCGU01

Het is merkwaardig hoe weinig elektronica er tegenwoordig nodig is voor het samenstellen van zo'n functiegenerator. Bekijk maar de onderstaande foto, waar het kleine printje is voorgesteld dat alle elektronica in de PCGU01 bevat. Het is duidelijk dat het rechter deel van de print de noodzakelijke schakelingen bevat om uit de +5 V van de USB-kabel de noodzakelijke symmetrische voedingsspanningen af te leiden. Vandaar de twee grote elco's op dit deel van de print.
Hart van de schakeling in een PIC16F1454-I/ST microcontroller. Naast een aantal chips waarvan de code moeilijk is te ontcijferen herkennen wij duidelijk een LM6171, een TL084C en een SN1729. De LM6171 is een zeer snelle unity-gain voltage-feedback versterker met een slew-rate van niet minder dan 3.600 V/μs en een bandbreedte van 100 MHz. Dat is ongetwijfeld de uitgangstrap van de schakeling. De TL084C is de welbekende quad op-amp. Over de SN1729 kunnen wij geen informatie vinden.

PCGU01-USB-functiegenerator-03 (© 2022 Jos Verstraten)
Het printje in de PCGU01. (© 2022 Jos Verstraten)

De software voor de PCGU01


Installeren
De software kunt u van de Velleman-site downloaden:
Aanklikbare link ➡ pcgu01_setup.zip
Het ZIP-bestand bevat één EXE-bestand, daarop dubbelklikken start de installatie die volledig probleemloos verloopt. Het prettige is dat alle noodzakelijke DLL- en DAT-files lokaal in de installatiemap blijven en niet ergens anders op uw harde schijf worden gezet. U kunt de complete map dus naar een USB-stick kopiëren en de software waar dan ook op een laptop aanroepen zonder iets te moeten installeren op dat apparaat. U kunt ook zonder aangesloten generator met de instellingen van de software spelen.

Het hoofdvenster van de PCGU01 software
In het onderstaande venster kunt u de PCGU01 programmeren. De opties zijn zo duidelijk dat nadere toelichting nauwelijks noodzakelijk is. U kunt de frequentie, de amplitude en de offset zowel met de schuifpotentiometers als numeriek instellen. In het laatste geval moet u de instelling afsluiten met een druk op ENTER.
De frequentie kunt u instellen met een resolutie van vijf cijfers, de twee spanningen met een resolutie van drie cijfers. Het is handig dat de grootte van de uitgangsspanning niet alleen als top-top-top waarde (Vpp) wordt weergegeven, maar ook als de meer gebruikelijke effectieve waarde (VRMS). 

PCGU01-USB-functiegenerator-04 (© 2022 Jos Verstraten)

Het hoofdvenster van de PCGU01 software. (© 2022 Jos Verstraten)


De sweep-functies van de PCGU01
Na een klik op de knop 'Sweep' verschijnt het onderstaande venster in de plaats van het hoofdvenster. Ook hier zijn alle opties duidelijk. U kunt een sweep instellen over het volledige frequentiebereik van het apparaatje. De maximale tijd van een sweep bedraagt 100.000 seconden. U kunt zowel lineair als logaritmisch sweepen.

PCGU01-USB-functiegenerator-05. (© 2022 Jos Verstraten)

Het venster van de sweep-functie. (© 2022 Jos Verstraten)


De optie 'Fine Tune'
Na het aanklikken van deze keuze uit het 'Options'-menu van het hoofdvenster verschijnt onderstaand venstertje naast het hoofdvenster. Hiermee kunt u de drie instelbare grootheden amplitude sinus/driehoek, amplitude rechthoek en offset met ±5 % variëren. Het nut van deze optie ontgaat ons enigszins. Het rare is dat aanpassingen in dit venstertje wél invloed hebben op het uitgangssignaal, maar geen invloed hebben op de gegevens in het hoofdvenster. Is dit bedoeld als een soort van kalibratie?

PCGU01-USB-functiegenerator-06 (© 2022 Jos Verstraten)
Het subvenster 'Fine Tune'. (© 2022 Jos Verstraten)

De optie 'Wave Sequence'
Met deze selectie uit het 'Options'-menu kunt u het uitgangssignaal van de PCG01 stapsgewijs programmeren. In iedere stap kunt u instellen:
       - De golfvorm
       - De frequentie
       - De offset
       - De amplitude
       - De tijdsduur
Na een klik op de knop 'Run' gaat de functiegenerator alle stappen een na een op de uitgang zetten. Dat kan eenmalig of repeterend, afhankelijk of u 'Repeat' wel of niet hebt aangevinkt. De geprogrammeerde sequentie kunt u saven en nadien weer openen, zodat deze altijd ter beschikking staat.

PCGU01-USB-functiegenerator-07 (© 2022 Jos Verstraten)

Het subvenster 'Wave Sequence'. (© 2022 Jos Verstraten)


Helaas hebben de programmeurs van de PCGU01 software hier een steekje laten vallen. Het omschakelen van de ene stap naar de volgende gebeurt niet bij de eerstvolgende nuldoorgang van het signaal maar precies als de ingestelde tijd is afgelopen. Het gevolg is dat er rare spanningssprongen in het uitgangssignaal kunnen optreden.

PCGU01-USB-functiegenerator-08 (© 2022 Jos Verstraten)
Spanningssprongen die kunnen ontstaan bij 'Wave Sequence'.
(© 2022 Jos Verstraten)

De PCGU01 van Velleman getest


Het aansluitsnoertje
Het is een raadsel waarom Velleman heeft gekozen voor een dergelijke volledig onpraktisch en onbruikbaar aansluitkabeltje. De alligator clips zijn te klein, niet handig met één hand te openen en springen bovendien om de haverklap zelfs van een dun draadje van een weerstand af. Bovendien zijn de twee draadjes zo dun dat het logisch is te veronderstellen dat die in de praktijk snel zullen afbreken. Vandaar hebben wij als eerste klus deze aansluitdraadjes verstevigd door er krimpkousjes over aan te brengen en de clips te vervangen door stevige krokodilklemmen. Het punt waar het ene kabeltje zich splitst in de twee dunne draadjes hebben wij gefixeerd met een druppeltje tien seconden lijm.

PCGU01-USB-functiegenerator-09 (© 2022 Jos Verstraten)
Het verstevigen van het aansluitsnoertje. (© 2022 Jos Verstraten) 

De constantheid van de sinusoidale uitgangsspanning
Belangrijk is om te controleren of de amplitude van het signaal constant blijft als u de frequentie van de generator varieert. In het onderstaand oscillogram ziet u de sinus bij 3,0 Veff uitgangsspanning. Wij stellen de frequentie eerst in op 1 kHz en zetten de twee horizontale cursors op de toppen van het signaal. Nadien verhogen wij de frequentie tot 1 MHz. Zoals u ziet blijven de toppen van het signaal vrijwel de cursors raken. De grootte van de uitgangsspanning blijft dus zo goed als constant en is volledig onafhankelijk van de frequentie, onze dB-meter gaf een verzwakking aan van -0,2 dB bij 1 MHz en bij 2 Hz.

PCGU01-USB-functiegenerator-10 (© 2022 Jos Verstraten)
De amplitude van de sinus is frequentie-onafhankelijk.
(© 2022 Jos Verstraten)

De minimale sinusoidale spanning
Volgens de spec's kunt u minimaal een spanning van 200 mVtop-tot-top uit het apparaat halen. Omgerekend naar effectieve waarde is dat ongeveer 70 mV. Dat is veel te veel voor het aansturen van bijvoorbeeld een microfoonversterker, dus bij zo'n toepassing moet u tóch nog met een extra externe spanningsdeler werken. Bij de meeste goedkope digitale functiegeneratoren zit er een heleboel digitaal schakelresidu onder de vorm van ruis op de allerlaagst instelbare sinusspanning. Zoals uit het onderstaande oscillogram blijkt valt dit bij de PCGU01 nogal mee. Uit de dikte van de trace kunt u afleiden dat er wel wat ruis op dit signaal aanwezig is.

PCGU01-USB-functiegenerator-11 (© 2022 Jos Verstraten)
De kleinste sinusspanning die uit de PCGU01 komt.
(© 2022 Jos Verstraten)

De grenzen van de offset
Zoals bij vrijwel alle functiegeneratoren kunt u het volledige offsetbereik van ±2,5 V niet toepassen bij een grote uitgangsspanning. De toppen van de sinus lopen namelijk vast op ongeveer +4,5 V en -4,2 V.

Share

De vervorming op de sinus

Volgens de specificaties zou de vervorming op de sinus slechts 0,02 % bedragen. Dat is nauwelijks te geloven voor een tien bitter met ongetwijfeld niet erg uitgebreide filtering. Wij hebben nogal wat tijd besteed aan het onderzoeken van de minimale vervorming en hebben diverse frequenties en uitgangsspanningen ingesteld. Die 0,02 % treffen wij niet aan. De minimale waarde die wij kunnen meten bedraagt 0,11 % bij een frequentie van 100 Hz en een uitgangsspanning van 2,5 Veff. Alle overige metingen geven een resultaat tussen 0,15 % en 0,2 %.
Zoals uit het onderstaande oscillogram blijkt zit er voornamelijk tweede harmonische vervorming op het signaal en een heleboel ruis. Als die ruis niet wordt meegemeten zal het vervormingspercentage waarschijnlijk een stuk dalen, maar ook die ruis hoort er niet te zijn en moet dus worden meegemeten. Ook bij de nuldoorgang van de sinus treffen wij een klein piekje aan. Dat is een typische vervorming van DAC's die ontstaat als alle bits gezamenlijk van waarde veranderen en die zelfs een speciale naam heeft: double lobe glitch-impulse.
 
PCGU01-USB-functiegenerator-12 (© 2022 Jos Verstraten)
De minimale vervorming die wij hebben gemeten.
(© 2022 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid van de instellingen
De nauwkeurigheid van de ingestelde frequenties is uitstekend. Wij kunnen met onze apparatuur (resolutie 5½ digit) geen meetbare afwijkingen vaststellen. De nauwkeurigheid van de ingestelde effectieve waarde van de sinusspanning hebben wij samengevat in de onderstaande tabel. Als referentiemeter wordt een 5½ decaden type ET3255 multimeter van EastTester gebruikt. De frequentie is ingesteld op 1 kHz, de uitgang wordt niet belast. Er zit dus een duidelijke systematische afwijking in de effectieve waarde van de geleverde spanning.

PCGU01-USB-functiegenerator-13 (© 2022 Jos Verstraten)
De nauwkeurigheid van de sinus uitgangsspanning.
(© 2022 Jos Verstraten)
 

Het uiterlijk van de zaagtand spanning
In de onderstaande figuur wordt de vorm van de zaagtand spanning vergeleken bij 1 kHz en bij 1 MHz. Vanwege de beperkte bandbreedte van de uitgangsversterker worden de hogere harmonischen in het signaal verzwakt, waardoor de zaagtand bij 1 MHz op een sinus gaat lijken. Dat is een eigenschap waar vrijwel alle functiegeneratoren last van hebben.

PCGU01-USB-functiegenerator-14 (© 2022 Jos Verstraten)
De zaagtand bij 1 kHz en 1 MHz. (© 2022 Jos Verstraten)

Het uiterlijk van de rechthoek spanning
Op dezelfde manier hebben wij de vorm van de rechthoek vergeleken bij 1 kHz en bij 100 kHz. De resultaten ziet u in de onderstaande figuur. Vanwege de lagere maximale frequentie van 100 kHz in plaats van 1 MHz valt de invloed van de beperkte bandbreedte van de eindtrap bij dit signaal mee.

PCGU01-USB-functiegenerator-15 (© 2022 Jos Verstraten)
De rechthoek bij 1 kHz en 100 kHz. (© 2022 Jos Verstraten)

De stijgtijd van de rechthoekvormige spanning
De stijgtijd is de tijd die de voorflank van een puls nodig heeft om van 10 % tot 90 % van de amplitude te stijgen. Met de vier cursors waarover iedere oscilloscoop beschikt is deze tijd dus eenvoudig te meten. Duurdere oscilloscopen hebben een functie waarmee de vier cursors automatisch op de juiste posities worden geplaatst. Ons apparaat, een XDS2102A van OWON, meet een onbelaste stijgtijd van 196 ns, dus netjes volgens de spec´s. 

PCGU01-USB-functiegenerator-16 (© 2022 Jos Verstraten)
De met de scope gemeten stijgtijd. (© 2022 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid van de amplitude van de puls
Dat hebben wij gemeten met onze oscilloscoop, die de amplitude van het gemeten signaal netjes in beeld zet. De resultaten, gemeten bij 1 kHz, zijn samengevat in de onderstaande tabel.

PCGU01-USB-functiegenerator-17 (© 2022 Jos Verstraten)
De nauwkeurigheid van de amplitude van de puls.
(© 2022 Jos Verstraten)

De uitgangsimpedantie
De uitgangsimpedantie wordt gespecificeerd als 50 Ω. Dat hebben wij gecontroleerd door de generator in te stellen op een sinus van 1 kHz en de uitgangsspanning onbelast te meten en nadien belast met een weerstand van 100 Ω / 0,1 %. Door die belasting gaat er een stroom vloeien die zowel over de inwendige weerstand als over de uitwendige weerstand een spanningsval genereert. Door beide spanningsvallen te vergelijken kunt u op een eenvoudige manier de échte inwendige weerstand van de generator berekenen.
Uitgangsspanning onbelast: 3,102 V.
Uitgangsspanning met 100 Ω belasting: 2,155 V.
Spanningsval over de inwendige weerstand X is dus 0,947 V.
100 Ω verhoudt zich tot 2,155 V zoals X Ω zich verhoudt tot 0,947 V.
Hieruit volgt de waarde van X:
X = [100 Ω ● 0,947 V] / 2,155 V
X = 43,94 Ω

Onze opinie over de Velleman PCGU01 functiegenerator


Als deze functiegenerator momenteel tegen de oorspronkelijke prijs van meer dan € 70,00 zou worden verkocht, dan zouden wij dit apparaatje die prijs niet waard vinden. Voor zo'n bedrag zijn er Chinese functiegeneratoren te vinden die veel meer opties te bieden hebben. Nu u echter (tijdelijk?) zo'n apparaatje voor rond vijfentwintig euro kunt kopen verandert onze mening radicaal. De PCGU01 is dat lage bedrag zeer zeker waard. De enige specificatie die niet klopt is de abnormaal laag gespecificeerde harmonische vervorming van 0,02 %. Maar zelfs de door ons gemeten waarde van maximaal 0,2 % is keurig voor zo'n goedkoop apparaatje.
Ons enige punt van kritiek is het vrij onhandige aansluitsnoertje. Maar dat gebrek hebt u, als handige doe-het-zelver, in een kwartiertje verholpen.



(AliExpress sponsor advertentie)
Koop uw soldeerbout bij AliExpress