Generatore due toni

 

Nelle misure di linearità di amplificatori e/o trasmettitori, viene usato un piccolo strumentino che genera due segnali audio sinusoidali. Il valore di queste due frequenze non è vincolante, importante è che siano entrambe nella banda chiara del filtro del trasmettitore, generalmente tale intervallo è compreso tra 300 Hz e 3000 Hz per emissioni in SSB. Inoltre è opportuno che tali frequenze si discostino tra loro il più possibile.

 

 

 

 

 

Dovendo effettuare misure di distorsione è bene che i segnali generati siano il più possibile puri, a basso contenuto armonico, così da non generare artefatti che possano portare a conclusioni errate nell’analisi dei risultati. Dunque è da valutare con accortezza quale tipologia di generazione di segnale sia più adatta allo scopo.

La tabella 1 è tratta da una Application Note della Texas Instruments¹, illustra le caratteristiche, in particolare la distorsione tipica, di diverse tipologie di oscillatori. Dai dati estratti dalla tabella, vengono prese in considerazione solo due possibili tipologie: l’oscillatore a sfasamento e quello a ponte di Wein.

 

 

Oscillatore a sfasamento

 È tra la tipologia più usata nella realizzazione di generatore a due toni. Economica e di sicuro funzionamento permette di realizzare un discreto generatore.  Una rapida ricerca in Rete mostra progetti interessanti molto simili, quali Hendricks Two Tone Generator² ,  Two Tone Generation TTG1³  della PrecisionRF. Sulla base di tali schemi sono stati realizzati un paio di prototipi. Lo schema elettrico complessivo è visibile in Figura 1. Si rimanda alla corposa mole di materiale reperibile in Rete per l’approfondimento teorico di funzionamento di tale tipologia di oscillatore. Lo schema è classico, per entrambi i toni c’è la possibilità di regolare, tramite potenziometri semifissi (R13, R28), il valore della frequenza generata, anche se ciò non è di particolare importanza. È possibile bilanciare le ampiezze dei due segnali tramite R16. Un circuito integrato, U1, costituisce l’amplificatore di BF e l’ampiezza complessiva dei segnali è controllata da R17. I due segnali possono essere generati singolarmente o congiuntamente, agli interruttori S1 e S2 è demandato questo compito. Una nota sull’integrato amplificatore di bassa frequenza, U1 LM386: sembra che la versione in contenitore plastico DIL (Dual In Line) non venga più prodotta ma sia reperibile solo la versione per montaggio superficiale. Perciò nel primo prototipo realizzato, visto che per tale integrato si era usato come footprint la versione DIL e non riuscendo a reperire sul mercato tale circuito, si è ricorso all’uso di un adattatore SMD-DIL montando la versione SMD.

La Tabella 2, qui sotto rappresentata, mostra le principali caratteristiche misurate sull’oscillatore a sfasamento. Da notare che la misura della distorsione armonica totale (THD) sia in percentuale che in dBc, è stata effettuata sia con distorsimetro Marconi Instrument TF-2331, sia con diversi strumenti software tramite PC. In particolare si è usato SpectraPlus–SC⁴ , software non gratuito ma perfettamente funzionante per 30 giorni. In alternativa si è usato anche Visual Analyzer⁵ , software completamente gratuito. Tutti gli strumenti usati, sia hardware che software, hanno fornito risultati omogenei e comunque confrontabili. Le caratteristiche principali del primo prototipo di generatore a sfasamento sono raccolte nella Tabella 2, la successiva Tabella 3 riporta le misure relative al secondo prototipo di generatore a sfasamento. I valori di distorsione THD, indicati nelle tabelle in celle con colore nero sono stati misurati con il TF-2331, quelle riportati nelle celle con colore rosso stati misurati via software.

 

 

Oscillatore a ponte di Wein

La tipologia di oscillatore a ponte di Wein promette livelli di distorsione estremamente bassi. Alcune considerazioni importanti con riferimento alla Figura 8: i valori di R e C determinano la frequenza di oscillazione. È bene che questi 4 elementi abbiano bassa tolleranza (=> 2%). La condizione che il circuito oscilli è che il guadagno sia pari a 3, dunque R2 = 2 x R1. Tale condizione è critica, infatti per garantire l’innesco è necessario che la relazione sia R2 > 2 x R1 sia verificata, ma in questa condizione la distorsione è elevata. È dunque necessario introdurre un artificio che permetta di avere inizialmente un guadagno maggiore di 3, tale da garantire l’innesco. Ad oscillazione iniziata il guadagno deve essere ridotto al fine di avere bassa distorsione.

La tradizione vuole che la fortuna della Hewelett-Packard, poi Agilent ed oggi Keysight Technologies, iniziò proprio con la progettazione del primo oscillatore di bassa frequenza a ponte di Wein (HP-200A), dove l’elemento che garantiva l’innesco e la successiva stabilizzazione del segnale generato, fu una semplice lampadina. Infatti il filamento della lampada si comporta come un resistore a coefficiente di temperatura positivo. Inizialmente il valore resistivo del filamento è basso, poi con il passaggio della modesta corrente che lo attraversa aumenta rendendo stabile l’ampiezza della sinusoide e bassa la distorsione armonica. Per ulteriori approfondimenti teorici si rimanda nuovamente alla notevole mole di materiale reperibile in Rete. 

Il circuito proposto è visibile in Figura 9. Lo schema, anche in questo caso, è classico. Come elemento attivo è usato un operazionale JFET quadruplo. La seconda sezione, U1B, realizza una massa virtuale a metà della tensione di alimentazione così da usare la tensione della singola batteria come alimentazione duale, indispensabile per l’utilizzo dell’operazionale. Sfruttando così una sezione dell’operazionale, altrimenti inusata, si risparmia l’uso di due batterie necessarie per ottenere un’alimentazione duale. La prima e la quarta sezione, U1A e U1D, sono i due generatori sinusoidali, l’ultima sezione, U1C, è usata come amplificatore/separatore. I resistori R1 R2 R7 e R8 è bene che siano almeno al 2% di tolleranza, o meglio. Le coppie di condensatori C1 C2 e C4 C5 sono state selezionate per valori tra loro più simili con l’ausilio di un capacimetro. La stabilizzazione del guadagno è realizzata con JFET canale N, J310. La taratura dei due generatori è molto semplice: si regolano i trimmer multigiri da 500 ohm R5 e R11 per il minimo di distorsione, usando uno dei software indicati in precedenza.

I risultati in termini di distorsione sono visibili nella Tabella 4, qui sopra rappresentata, e sono più che lusinghieri. I livelli armonici sono sotto la frequenza fondamentale di oltre 70 dB. Può essere utile rammentare che i dB sono espressioni logaritmiche di rapporti e che 70 dB significa che il livello, in tensione, dell’armonica più alta è 10.000.000 di volte più piccolo della fondamentale. Ulteriore materiale per la realizzazione dei circuiti stampati sarà reso disponibile sul sito⁶ . Buona costruzione.

 

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1- AN-263 Sine Wave Generation Techniques, Texas Instruments, Application Report, SNOA665C–October 1999–Revised April 2013

2- http://www.qrpkits.com/files/ttg_assy_042013.pdf

3- http://preciserf.com/wp-content/uploads/2012/05/datasheet-TTG-1v2.pdf

4- http://external.informer.com/spectraplus.com/

5- http://www.sillanumsoft.org/Italiano/

6- http://www.i6dvx.it/it

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