2015年5月14日木曜日

矩形波だけのファンクションジェネレーター 結合実験と設計固め

予定していた回路を結合して実験してみた

回路図

回路図では電源部は省略しているが、5Vと3.3Vのリニアレギュレーターを使っている

ブレッドボード図

可変安定化電源で9V

ファームウェアをコーディング中(AVRライターから5V給電)

機能仕様

GNDレベルをMOS-FETで切り替えることにしたので
機能仕様も(http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/blog-post_24.html)から多少変更

1.ロータリーエンコーダー

プッシュで機能を切り替える。「矩形波」→「インパルス関数」→「ステップ関数」→「GNDレベルの切り替え」

1.1. 「矩形波」の場合、回して周波数を切り替える。周波数は1、2、5ステップで20Hz~500kHz
「2.可変抵抗」でデューティー比を可変する。デューティー比は1~99%

1.2. 「インパルス関数」の場合、回すとクリックごとに波形を生成する。

1.3. 「ステップ関数」の場合、回すとH/Lを切り替える

1.4. 「GNDレベルの切り替え」の場合、回すとGND(GNDはL)とVGND(GNDはH/Lの中点)

2. 可変抵抗

「矩形波」の時だけデューティー比設定用に使用

<中略>

4. 出力ジャック

ステレオミニジャックとし、Lはバッファありの出力波形、Rはバッファなしの出力波形、GNDはGNDまたはVGNDを出力する

<後略>


矩形波の出力波形

1kHz

赤色がAVRからの出力、黄色がOPAMPのボルテージフォロワーでバッファリングした出力

10kHz

立ち上がり波形がなまり始めている

100kHz

そろそろ矩形波と呼べるか怪しいし、立ち上がり、立下りでスパイク状の波形が(^q^;

500kHz

かなりなまってしまって矩形波とは呼べない

位相も90度ぐらい遅れてる感じだ

スパイク状の波形がかなりはっきりしてきた


電源の状態

可変安定化電源で実験してみた
電源電圧: 8.24V (可変安定化電源に使っている電池がそろそろへたってきて9Vまで出ない(^q^;
電源電流: 42mA
+5V: 5.08V
+3.3V: 3.31V
+2.5V: 2.55V
可変安定化電源の出力は怪しいがリニアレギュレーターを通したあとの電圧はまあまあしっかりしている
→9V電池ならもっとヘタるのが早いのでこの回路はこれぐらいはがんばってもらわないといけないと思う(^q^;

電圧変動もオシロで確認してみたが

可変安定化電源の波形(AC結合)

+5V(AC結合)

+3.3V(AC結合)

+2.5V(VGND)の波形(AC結合)

5V、3.3Vは単純にノイズが増えてるだけな感じだが、+2.5Vはスパイクノイズがかなり出ている

原因不明(@@;

5Vのリニアレギュレーターの後段に3.3Vのリニアレギュレーターを入れているので
3.3Vの方がノイズが増えそうな気もするが、これもよくわからない(@@;


組み方の方針

100kHz以上になるとかなり波形があやしいが、それでもタブレットやPCのファンクションジェネレーターよりは良い結果だ
(というかそもそもサイン波でも出力できない周波数だ)

出力インピーダンスは稼げないし30MHz付近のノイズも取れないが
OPAMPのボルテージフォロワーを通さなければ波形はなまらない

なので回路図&機能仕様のようにOPAMPをバイパスしても出力できるようにしようと思う

出力部の基板を分けられればこっちは後から差し替えできるかもしれないので
ケースのスペースも考えながらこの構成で基板も設計したいと思います。

そろそろ切り上げないとモチベーションがあがらないですし(^q^;