|
Dit functiegenerator kitje rond een XR2206 wordt voor ongeveer € 7,00 aangeboden. U krijgt een bouwpakketje van een in de handpalm te houden apparaatje in een plexiglazen behuizing met drie potentiometers en twee jumpers voor het instellen van de frequentie en de golfvorm. Het frequentiebereik gaat van 1 Hz tot 1 MHz. |
De Geekcreit XR2206 functiegenerator bouwkit
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:
Wat u krijgt voor uw geld
Het afgemonteerde bouwsetje ziet er best wel grappig uit. In een plexiglazen kastje van 55 mm bij 72 mm bij 32 mm is de volledige elektronica ondergebracht op een klein printje. Linksboven zit een 5,5 mm connector voor het aansluiten van de voedingsspanning, rechtsboven een printkroonsteentje met drie aansluitingen voor de sinus/driehoek-uitgang, de rechthoek-uitgang en de massa.
In het frontplaatje, dat door middel van lasergravering van de noodzakelijke teksten is voorzien, zijn twee gleuven gefreesd. In de ene zit een jumper, waarmee u de frequentie in vier bereiken kunt instellen tussen 1 Hz en 1 MHz. In de tweede zit een jumper waarmee u de signaalvorm kunt instellen op sinus of driehoek. De rechthoek staat altijd ter beschikking op de tweede uitgang.
 |
| Dit wordt het eindresultaat van uw geknutsel. (© Banggood) |
De fabrikant Geekcreit geeft de volgende specificaties op:
- Voedingsspanning: 9 Vdc tot 12 Vdc
- Signaalvormen: sinus, driehoek, rechthoek
- Uitgangsimpedantie: 600 Ω
- Frequentiebereik: 1 Hz tot 1 MHz
- Symmetrie signalen: beter dan 5 % (1 kHz)
- Sinusspanning: 3 V effectief maximaal bij 9 Vdc voeding
- Vervorming sinus: minder dan 1 % bij 1 kHz
- Vlakheid sinus: 0,05 dB tussen 1 Hz en 100 kHz
- Top-tot-top waarde rechthoek: 3 V vast bij 9 Vdc voeding
- Stijgtijd rechthoek: kleiner dan 50 ns (1 kHz)
- Daaltijd rechthoek: minder dan 30 ns (1 kHz)
- Driehoekspanning: 3 V effectief maximaal bij 9 Vdc voeding
- Lineariteit driehoek: beter dan 1 % tot 100 kHz
De bediening
Voor nog geen zes euro kunt u natuurlijk niet verwachten dat u draaischakelaars krijgt voor selectie van de frequentie en het uitgangssignaal. Geekcreit heeft dit opgelost door voor beide instellingen gebruik te maken van spotgoedkope jumpers. Met de ene jumper stelt u het uitgangssignaal in op sinus of driehoek, met de andere jumper kiest u het bereik van de frequentie:
- 1 Hz tot 10 Hz.
- 10 Hz tot 100 Hz.
- 100 Hz tot 3 kHz.
- 3 kHz tot 65 kHz.
- 65 kHz tot 1 MHz.
Met een potentiometertje kunt u de grootte van de uitgangsspanning voor sinus en driehoek instellen, met twee andere de frequentie van alle uitgangssignalen.
 |
| De bedieningsorganen op het printje. (© 2017 Jos Verstraten) |
Geekcreit bouwt dit pakketje op rond een XR2206CP. Dit IC werd geleverd door Exar, een bedrijf dat inmiddels is overgenomen door MaxLinear en bekend was door de productie van speciale lineaire IC's. De XR2206CP wordt niet meer geproduceerd. Blijkbaar zijn er nog grote voorraden beschikbaar, want dit bouwpakketje is niet de enige functiegenerator met een XR2206CP dat wordt aangeboden. In onderstaande figuur is het door Exar voorgeschreven standaard schema rond de XR2206CP voorgesteld. Het IC bevat een spanningsgestuurde oscillator VCO, waarvan de frequentie wordt bepaald door een condensator tussen de pennen 5 en 6 en twee weerstanden naar massa op de pennen 7 en 8. Deze VCO stuurt een open-collector transistor, waarvan de collector op pen 11 ter beschikking staat. Als u deze pen met een weerstand verbindt met de voeding kunt u hier de rechthoekvormige uitgang aftakken met een vaste amplitude die ongeveer gelijk is aan de waarde van de voedingsspanning.
Door middel van een multiplier en een shaper worden de driehoek- en sinusvormige signalen gegenereerd. De gelijkspanning op pen 3 bepaalt de uitgangsamplitude voor sinus en driehoek. Met een instelpotentiometer tussen de pennen 15 en 16 kunt u de symmetrie van de signalen afregelen. Tussen de pennen 13 en 14 staat een instelpotentiometer waarmee u het sinussignaal op minimale vervorming kunt afregelen. Staat er niets tussen deze pennen, dan levert de XR2206 een driehoek.
 |
| Het door de fabrikant voorgeschreven schema rond de XR2206CP. (© Exar) |
Geekcreit past het standaard schema iets aan, zie onderstaande figuur. De aanpassingen hebben alles te maken met de wens een zo goedkoop mogelijk product te kunnen leveren. Wat onmiddellijk opvalt is dat de twee instelpotentiometers voor het afregelen van de sinusvervorming en het instellen van de symmetrie ontbreken. De instelpotentiometer van 500 Ω voor het afregelen van de sinus is vervangen door een vaste weerstand van 330 Ω. Nogal gewaagde ingrepen als u bedenkt dat Geekcreit de maximale vervorming op de sinus specificeert op minder dan 1 % en de asymmetrie op minder dan 5 %.
 |
| Het door Geekcreit aangepast schema bespaart twee instelpotentiometertjes, die het bouwpakketje iets duurder hadden gemaakt. (© 2017 Jos Verstraten) |
De nabouw van het apparaat
De handleiding
De handleiding bestaat uit één velletje A4 met tekeningen van de bestukte print en van het schema. De bestukking doet u aan de hand van een tabel, waarin ieder onderdeel met kleurencode of beschrifting staat vermeld.
De print
De kwaliteit van de onderdelen is uitstekend. Alle weerstanden hebben een tolerantie van 1 %, zelfs aan een IC-voetje is gedacht. Ook de print is van uitstekende kwaliteit: dubbelzijdig doorgecontacteerd, met componentenopdruk en soldeermasker. Beide zijden zijn voorzien van een groundplane met een minimale afstand tussen dit plane en de printsporen. Dat vereist dat u gaat solderen met een zeer fijne punt, anders soldeert u gegarandeerd kortsluitingen tussen de soldeereilandjes en het plane. U moet wél de draadeinden zo dicht mogelijk bij de print afknippen, anders past het printje niet meer in de behuizing (zie later).
De behuizing
Over de manier waarop u de print in de behuizing moet bevestigen valt wel het een en ander op te merken. De behuizing is samengesteld uit zes stukjes plexiglas, die als een puzzel in elkaar passen. Deze stukjes zijn aan weerszijden voorzien van een beschermende papierlaag, die heel erg moeilijk is te verwijderen. Eerst moet u het printje met de meegeleverde M3x5 boutjes op de bodemplaat vastschroeven. Bij het solderen hadden wij de draadeinden niet kort genoeg afgeknipt, met als resultaat dat de boutjes vervangen moesten worden door exemplaren van 10 mm en er isolerende sluitringetjes tussen bodemplaat en print moesten worden aangebracht om het kromtrekken van de bodemplaat te verhinderen. Nadien zet u de vier zijkanten in de gleuven van de bodemplaat, klikt de bovenplaat in de vier zijplaatjes en schroeft alles in elkaar met de vier meegeleverde M3x15 boutjes. Althans, zo heeft Geekcreit het bedacht, maar zo werkt het niet. De bedoeling is dat u de M3x15 boutjes zelftappend in de kleine gaatjes van de bodemplaat schroeft. Dat is ons niet gelukt. Er is maar één oplossing: de gaatjes in de bodemplaat uitboren tot 3 mm en met M3x20 boutjes met moertjes werken. Dan doet zich het volgende probleem voor. De zijplaatjes zijn 11 mm hoog en dat is twee millimeter te weinig. Als u één soldeereilandje van iets te veel soldeertin voorziet of één draadje niet kort genoeg afknipt, past de print met geen mogelijkheid in de 11 mm ruimte tussen bodem- en bovenplaat en gaat een en ander bol staan als u de vier boutjes gaat aanschroeven.
 |
| Uit deze zes plaatjes plexiglas moet u de behuizing samenstellen. (© Banggood) |
Dit zijn van die zaken die wij niet begrijpen. Worden dergelijke pakketjes dan niet getest door de fabrikant? Het verhelpen van deze tekortkomingen door de zijplaatjes iets hoger te maken, langere boutjes te leveren en acht in plaats van vier M3 moertjes te leveren had de prijs van dit pakketje misschien met een halve euro verhoogd.
Test van de Geekcreit XR2206 functiegenerator
Testcondities
Wij hebben het apparaatje gevoed uit een gestabiliseerde 12 V netstekkervoeding. De oscilloscoopbeelden zijn gemaakt met behulp van een DSO5102P digitale scope van Hantek. Beide uitgangen werden afgesloten met weerstanden van 10 kΩ.
De prestaties bij 1 kHz
Wij hebben eerst de driehoek-, sinus en rechthoek-uitgangen bij 1 kHz op de scope gezet. Met volledig opengedraaide amplitude potentiometer lopen zowel de sinus als de driehoek vast tegen de voedingsspanning. Deze potentiometer moet flink worden teruggedraaid alvorens het apparaatje volledig onvervormde sinussen en driehoeken levert. De top-tot-top waarde van de onvervormde spanningen was:
- Rechthoek: 10 V.
- Driehoek: 6,56 V (2,3 V effectief).
- Sinus: 5,56 V (2,00 V effectief).
Wat opvalt is dat het onderste deel van de rechthoek niet op 0 V zit, maar op 1,16 V. Blijkbaar is de 1 kΩ weerstand die op de open-collector transistor is aangesloten te klein, waardoor de spanning over de verzadigde transistor op 1 V blijft hangen. Exar adviseert op de plaats een weerstand van 10 kΩ. De onderste punten van de driehoek blijven hangen op 1,40 V, die van de sinus op 2,88 V. Het zal dus, om de gelijkspanning uit het signaal te halen, noodzakelijk zijn de uitgangsspanning van deze functiegenerator via een scheidingscondensator aan een schakeling aan te bieden.
 |
| De driehoek, sinus en rechthoek bij 1 kHz. (© 2017 Jos Verstraten) |
Iedere laagfrequent functiegenerator, hoe goedkoop ook, moet tot 20 kHz bruikbare signalen afleveren. Vandaar dat wij de volgende test bij deze frequentie hebben uitgevoerd. Zoals uit onderstaande afbeelding blijkt, valt dat niet tegen. De drie gegenereerde signalen zijn zonder meer bruikbaar in het hobby-laboratorium. Wat wél opvalt is dat het niet gemakkelijk is om de frequentie precies op 20 kHz in te stellen met de twee potentiometers.
 |
| De driehoek, sinus en rechthoek bij 20 kHz. (© 2017 Jos Verstraten) |
Met beide frequentie potentiometers helemaal opengedraaid levert de geteste schakeling signalen met een frequentie van 1,23 MHz. Zoals uit onderstaand beeld blijkt, is de rechthoek uiteraard vrij vervormd en is er geen verschil te merken tussen sinus en driehoek uitgang. Vandaar dat wij maar één schermbeeld-foto hebben opgenomen.
 |
| De prestaties bij de allerhoogste frequentie van 1,23 MHz. (© 2017 Jos Verstraten) |
Er zit een ontwerpfout in de print. Standaard is dat een amplitude potentiometer meer signaal levert als u hem in uurwijzerzin opendraait. Dat doet deze niet, die werkt andersom. Hij regelt bovendien niet van 0 V af, zoals u zou verwachten, maar van ongeveer 0,18 Veffectief. Een uitgangsspanning van 180 mV is natuurlijk voor een heleboel toepassingen veel te groot, zodat u vaak met een externe spanningsdeler zult moeten werken om een bruikbare uitgangsspanning te krijgen.
De stijg- en daaltijden van de rechthoek
Vervolgens hebben wij de daal- en stijgtijden van de rechthoekpuls gemeten. Die waren ongeveer het dubbele van de gespecificeerde waarden:
- Stijgtijd: 118 ns.
- Daaltijd: 77 ns.
Dat de daaltijd veel kleiner is dan de stijgtijd valt te verklaren uit de open-collector werking van deze uitgang van de XR2206. Als de transistor in geleiding wordt gestuurd gaat de uitgang onmiddellijk naar de nul. Bij het naar sper sturen van de transistor moet de uitgangsspanning zich opbouwen via de weerstand van 1 kΩ en dat duurt even.
In ieder geval zijn dit waarden die klein genoeg zijn om zonder problemen snelle digitale IC's mee aan te sturen. Jammer is natuurlijk dat er geen amplitude-regeling aanwezig is en dat u weer met een extern weerstandsdelertje moet werken als u met deze functiegenerator bijvoorbeeld TTL-IC's wilt aansturen.
 |
| De stijg- en daaltijden van de rechthoekvormige uitgangsspanning bij 1 kHz. (© 2017 Jos Verstraten) |
Tot slot hebben wij de nauwkeurigheid van de vijf frequentiebanden onderzocht:
- 1 Hz tot 10 Hz: gemeten 0,7 Hz tot 23 Hz
- 10 Hz tot 100 Hz: gemeten 7 Hz tot 217 Hz
- 100 Hz tot 3kHz: gemeten 155 Hz tot 4,6 kHz
- 3 kHz tot 65 kHz: gemeten 3,2 kHz tot 92,5 kHz
- 65 kHz tot 1 MHz: gemeten 52,7 kHz tot 1,2 MHz
Conclusie van de test
Contra
Om een functiegenerator tegen een absolute bodemprijs aan te kunnen bieden heeft Geekcreit veel compromissen gesloten die het apparaatje opzadelen met nogal wat beperkingen. Met name de amplituderegeling met een in de verkeerde richting werkende potentiometer en een regeling tot slechts 180 mV maakt deze generator ongeschikt voor het werk in het hobby-lab. Wilt u iets met dit apparaatje aan kunnen vangen, dan moet u het uitbreiden met een goede externe amplituderegeling die in de goede richting regelt van 0 V tot maximum en het liefst wordt uitgebreid met een 1/10 en 1/100 stappenverzwakker, zodat u ook signalen van een paar millivolt kunt aftakken.
Pro
Een losse XR2206 wordt door bijvoorbeeld Reichelt Elektronik verkocht voor EUR 5,85. Ook op eBay betaalt u dergelijke prijzen voor dit IC. Dat is ongeveer hetzelfde bedrag dat u bij de Chinese leveranciers voor het complete bouwpakketje moet neertellen. De losse elektronische onderdelen zijn dus meer waard dan de prijs die u voor het pakketje moet betalen.
XR2206 Function Signal Generator DIY Kit
