Úvod

Pred časom, v RŽ 3/98, bol uverejnený popis našej univerzálnej jednotky DDS s AD 9850. Ako príklad použitia bol uvedený jednoduchý program pre riadenie jednotky pomocou osobného počítača. S odstupom času sme pripravili, dúfam zaujímavú, aplikáciu tejto jednotky - wobbler a signálny generátor riadený osobným počítačom.
Oproti pôvodnému projektu bol doplnený detektor, A/D prevodník so zosilňovačom, jednotka DDS dostala výstupný zosilňovač a na riadenie bol vytvorený program pracujúci pod Microsoft Windows.

Popis zapojenia

Zariadenie pozostáva z jednotky digitálnej syntézy na báze AD9850 alebo AD9851, širokopásmového zosilňovača, diódového paralelného detektora, jednosmerného zosilňovača s operačným zosilňovačom typu TL081 (alebo podobným) a analógovo-digitálneho prevodníka so sériovým výstupom dát, TLC549CP.
Zariadenie sa pripája na paralelný port osobného počítača. Napájanie celého zariadenia možno získať v osobnom počítači. Riadenie, vrátane zobrazovania, zabezpečuje riadiaci program, ktorý bol pre tento účel vytvorený. Bloková schéma zariadenia je obrázku 1.

Obr. 1: Bloková schéma wobblera

Jednotka DDS bola použitá, oproti uverejnenému zapojeniu, len s nepatrnými úpravami: filtračné kondenzátory 1n na vstupoch oddeľovača 4081 boli, kvôli dosiahnutiu maximálnej rýchlosti, odstránené, vstup ENABLE bol pripojený na +5V a ako taktovací oscilátor bol použitý oscilátor 80 MHz (oscilátor s vyššou frekvenciou sa nepodarilo zohnať, kto zoženie AD9851, tomu bude stačiť aj oscilátor s podstatne nižšou frekvenciou, lebo obvod má vnútorný násobič 6x). Použitému oscilátoru bol prispôsobený aj výstupný filter jednotky. Maximálna frekvencia, ktorú jednotka typu AD985x môže poskytnúť v štandardnom režime, je najviac 1/2 frekvencie taktovacieho oscilátora.
Jednotka DDS dáva na výstupe sínusové napätie s veľkosťou asi 100 mV. To môže pre mnohé aplikácie postačovať, ale aby sa zariadenie stalo univerzálnejším, bol výstup DDS doplnený o širokopásmový zosilňovať so ziskom 20 dB a dva útlmové články -20 a -40 dB (obr. 2). Komu by to nestačilo, doplní si ďalšie podľa potreby. Útlm -40 dB sa dosahuje zaradením dvoch článkov s útlmom -20 dB sa sebou.
Širokopásmový zosilňovač (obr. 2) by mal, ak by sa to dalo, pokrývať celé frekvenčné pásmo generované DDS, teda mal by (napríklad) s 10-násobným zosilnením pokryť rozsah od 0 do 40 MHz. Veľmi uspokojivé výsledky poskytol jednotranzistorový zosilňovač s BFR96. Odporový delič na vstupe aj výstupe slúži na nastavenie hodnoty zosilnenia a dosť výrazne zlepšuje stabilitu zosilňovača. Tranzistor pracuje s kolektorovým prúdom asi 30 až 35 mA. Rezistor 100 Ohm v kolektore sa dosť hreje, treba dať väčší, aspoň na zaťaženie 0,25W. Nesmie však mať veľkú parazitnú indukčnosť. Pracovný bod tranzistora (kolektorový prúd) sa nastavuje pomocou odporu medzi kolektorom a bázou.

Obr. 2: Širokopásmový zosilňovač a útlmový článok

Jednotka DDS, zosilňovač aj útlmové články majú výstupnú impedanciu okolo 50 Ohm. Pripojenie na meraný okruh alebo filter musí obsahovať vhodný transformačný člen. Zatiaľ čo pri klasických LC filtroch obvykle stačí väzba cez odbočku cievky alebo prostredníctvom kapacitného deliča, v prípade keramických filtrov, ktoré majú zvyčajne predpísanú impedanciu generátora a záťaže vo forme paralelnej kombinácie rezistora a kondenzátora, je situácia o niečo zložitejšia. V takom prípade je potrebné nastaviť potrebnú hodnotu impedancie pomocou odporového transhormačného člena (so značným útlmom).
Detektor na výstupe meraného zariadenia, napr. filtra, zaťaženého na výstupe stanovenou, či predpokladanou impedanciou, je kapitolou samou o sebe. Najjednoduchším riešením je paralelný diódový detektor (detail na obr. č. 1). Ak sa použije vysokofrekvenčná germániová dióda, môže byť výsledok pomerne uspokojivý. Nevýhodou je nelinearita v oblasti nízkych napätí. Zdá sa, že vyhovujúcim kompromisom jednoduchosti a výsledných vlastností je použitie prechodu kolektor - báza kvalitného (hoci archaického) germániového tranzistora (napr. AF106, AF139, AF239) alebo, v krajnom prípade Shottkyho diódy. Shottkyho dióda má však podstatne nižšiu citlivosť pri nízkom napätí. Problémom detektora, okrem nelinearity, je aj časová konštanta (daná prevažne hodnotou filtračného a zaťažovacieho rezistora a kondenzátora), ktorá ovplyvňuje vernosť tvaru zobrazenia krivky priepustnosti. Aby sa zachovala prijateľná vernosť vykreslenia kriviek priepustnosti, a súčasne mal detektor dostatočnú filtračnú kapacitu, treba voliť rýchlosť rozmietania veľmi nízku. Aby sa skrátila časová konštanta detektora, bol vstupný odpor zosilňovača dodatočne znížený pridaním rezistora 1 MOhm na vstup. Analógovo - digitálny prevodník TLC549C má najcitlivejší rozsah asi 0 - 1 V. Vzhľadom na základnú výstupnú úroveň jednotky DDS (bez zosilňovača asi 100 mV) a vložený útlm meraného filtra možno očakávať na výstupe maximálne vysokofrekvenčné napätie desiatky milivoltov. Aby sa využili vlastnosti A/D prevodníka, treba signál z detektora zosilniť. Presnejšie merania vyžadujú, samozrejme, zosilňovač s presne definovaným zosilnením. Ak stačia len kvalitatívne výsledky, možno použiť zosilňovač s plynulo nastaviteľným zosilnením. Na zosilňovač nie sú kladené žiadne mimoriadne požiadavky, vyhovie hoci 741, alebo niektorá jeho FET alternatíva. V našej konštrukcii (obr. 3) sme použili TL081 ako neinvertujúci zosilňovať s plynulo nastaviteľným ziskom. Na základnú kalibráciu A/D prevodníka bola zvolená hodnota rozsahu 0 - 1,28 V, ktorá dáva rozlíšenie prevodu 5 mV (256 x 5 mV = 1 280 mV). Vzhľadom na mierne nároky na presnosť prevodu bolo referenčné napätie odvodené od napájacieho napätia odporovým deličom. Kto bude chcieť dosiahnuť lepšie vlastnosti, bude musieť použiť lepší zdroj referenčného napätia. Vzhľadom na určenie zariadenia sa to však zdá zbytočné. Obvod nulovania zosilňovača sa ukázal potrebný. Za úvahu stojí jeho vyvedenie na ovládací panel vedľa regulátora zosilnenia.

Obr. 3: A/D prevodník s predzosilňovačom

Konštrukcia

Jednotka DDS bola ponechaná bez zmeny (okrem odstránenia 3 keramických kondenzátorov, ako je uvedené vyššie).
Širokopásmový zosilňovač (doska plošného spoja je na obr. 4, rozloženie súčiastok na obr. 5) bol upevnený priamo na tlačidlový prepínač na čelnom paneli. Základné nastavenie spočíva v tom, že sa vhodnou veľkosťou rezistora medzi kolektorom a bázou nastaví kolektorový prúd na 30 mA a rezistorom na vstupe sa nastaví potrebná hodnota zosilnenia. Obidva rezistory sú v schéme označené hviezdičkou. Zosilňovač nie je tienený.

Obr. 4: Doska plošného spoja širokopásmového zosilňovača (1,5 x 2,75 cm).

Obr. 5: Rozmiestnenie súčiastok na doske plošného spoja širokopásmového zosilňovača.

Obr. 6: Doska plošných spojov A/D prevodníka so zosilňovačom (2,3 x 3,9).

Obr. 7: Rozmiestnenie súčiastok na doske plošných spojov A/D prevodníka so zosilňovačom.

Obr. 8: Celkový pohľad na prototyp wobblera.

Popis vývodov konektora paralelného portu

Poznámka:

Vodiče Data Bit 3 až 5 boli odpojené od konektora a použité na privedenie napájacích napätí +5, +12 a -12 V.

Ovládací program

Program, ktorý slúži na ovládanie jednotky DDS a zobrazovanie údajov zmeraných A/D prevodníkom bol napísaný pre platformu 32 bitových Microsoft Windows. Bol odskúšaný na Windows 98 a Windows 2000. Na počítač nie sú kladené žiadne špeciálne nároky, okrem požiadavky, aby mal procesor taktovaný aspoň na 200 MHz a, pochopiteľne, voľný paralelný port.. Čím rýchlejší počítač, tým rýchlejšie program beží. Program by mal fungovať aj na pomalom počítači, avšak odozva bude pomerne dlhá. Na počítači s procesorom AMD taktovaným na frekvencii 400 MHz sa podarilo pod Windows 98 dosiahnuť maximálnu frekvenciu rozmietania asi 10 Hz. Pod Windows 2000 na tom istom počítači bola maximálna rýchlosť rozmietania asi 3 Hz.
Program má štyri okná - wobbler, generátor s voltmetrom, nastavenie a informácia.

Wobbler

Je základnou funkciou. Okno je veľmi prehľadné a má intuitívne ovládanie a nastavovanie (obr. 9a).

Obr. 9a: Okno wobblera - lineárne zobrazenie.

Obr. 9b: Okno wobblera - logaritmické zobrazenie.

Generátor

Toto okno (obr. 10) ponúka základnú funkciu jednotky DDS - generovanie signálu sínusového tvaru s presnou frekvenciou. Nad okienkom pre zadanie frekvencie sú tlačidlá pre prelaďovanie nahor po 1 Hz, 1kHz a 1MHz. Pod okienkom sú tlačidlá pre prelaďovanie rovnakým spôsobom nadol. Tlačidlá "+A" a "-A" umožňujú prelaďovanie o hodnotu, ktorá je zadaná v okienku na to určenom. V dolnej časti okna sa nachádza osem tlačidiel na ovládanie ladenia generátora pomocou klávesnice - nahor sa prelaďuje pomocou kláves Q, W, E, R, nadol pomocou kláves A, S, D, F, pričom ich funkcia je rovnaká, ako už spomenutých tlačidiel nad a pod okienkom aktuálnej frekvencie. Aby toto ovládanie bolo aktívne, treba kliknúť na tlačidlo "Click on this..." nad tlačidlami.
Okienko voltmetra má jednak číselné zobrazenie, jednak "analógové" zobrazenie. Môže to byť výhodné napr. pri ladení okruhov na maximum a pod.

Obr. 10: Generátor

Okno nastavenia (obr. 11) umožňuje zadať adresu paralelného portu, na ktorý je wobbler pripojený, a zvoliť hodnotu taktovacieho generátora a to, či má byť použitý násobiaci faktor pre AD9851. Hodnota adresy paralelného portu sa zadáva, ako býva zvykom, v hexadecimálnom vyjadrení. Nastavené hodnoty netreba nikam zapisovať, program si ich automaticky ukladá do systémového registra.

Obr. 11: Nastavenie programu.

Informácia

Toto okno obsahuje základnú informáciu o autorských právach k programu a tlačidlo na vyvolanie pomoci. Pomoc obsahuje text tohto článku, avšak v anglickom jazyku.

Zoznam použitých súčiastok

Integrované obvody: AD9850 (AD9851), 4081, 2 ks LM78L05, TL081, TCL549CP.
Tranzistory: BFR96, AF139 (AF239).
Diódy: Zenerova dióda 5V1.
Rezistory: 5 x 10, 22, 3 x 27, 47, 5 x 51, 100, 150, 2 x 220, 6 x 1k, 1k5, 3k9, 6k8, 4 x 10k, 22k, 33k, 2 x 100k, 2 x 1M.
Rezistorové trimre: 1k, 10k.
Potenciometre: 22k lin.
Keramické kondenzátory: 1n, 4 x 33n, 4 x 100n + 3 malé kondenzátory podľa výstupného filtra.
Elektrolytické kondenzátory (najlepšie kvapkové tantalové): 6 x 10M/15V.
Ostatný materiál: samonosná cievka výstupného filtra, 4 x tlmivka 100z 0,1 mm na tyčinke z NF feritu (v núdzi odpor 33 Ohm), plochý mnohožilový kábel s minimálne 10 žilami a dĺžkou do 2 m, 3 prepínače isostatového typu 2x2, 5-kolíkový konektor (zásuvka aj zástrčka), taktovací monolytický oscilátor (podľa možností a typu DDS), plechová škatuľka, 25-kolíkový konektor, gombík na potenciometer.

Súčiastky, ktoré boli použité na konštrukciu, možno získať na objednávku napr.:
AD9850 a AD9851 (aj iné komponenty) - RLX COMPONENTS s.r.o., Jančova 7, 811 02 Bratislava, tel. 62529121, 62529122, 62529123, fax: 62802576, e-mail, URL: http://www.rlx.sk,

TLC549 a TL081 (aj iné komponenty) - GM Electronic, Budovateľská 27, 821 08 Bratislava, tel. 55 96 00 02, fax 55 96 01 20, e-mail , URL: http://www.gme.cz.

Verím, že ich dodávajú aj iní dodávatelia, budeme im vďační, ak sa ozvú, kontakt na nich zverejníme na našej Internetovej stránke.