202686. lajstromszámú szabadalom • Alacsonyfrekvenciás generátor
1 HU 202686 B 2 A találmány tárgya alacsonyfrekvenciás generátor szabályozófokozattal és oszcillátorral, amelynek láncbakapcsolt két integrálófokozata és egy fázisfordító fokozata van, mely utóbbi kimenete az elsó integráló fokozat bemenetére van visszacsatolva, egyben az amplitúdó és frekvenciamenetet meghatározó szabályozófokozat bemenetére kapcsolódik és a generátor kimenetét alkotja, míg a szabályozófokozat kimenete az egyik integrálófokozat bemenetére van visszavezetve és referenciabemenete szabályozófeszültséget előállító referenciafokozatra kapcsolódik. A találmány szerinti alacsonyfrekvenciás generátor elsősorban stúdiótechnikai berendezésekben használható beépített, önellenőrzésre szolgáló hangfrekvenciás generátorként, azonban egyszerűsége és olcsó megvalósíthatósága következtében kommersz elektronikai berendezésekbe is beépíthető. A stúdiótechnikai berendezésekbe, elsősorban a keverőpultokba saját, belső generátort építenek be, amelynek jelét kapcsolóval vagy mérőzsinórral, dugaszolással valamennyi jelbemenetre rá lehet kapcsolni. Ily módon külön műszer nélkül, az ugyancsak beépített kivezérlésmérők segítségével ellenőrizhető a berendezés működése, amplitúdó és frekvenciamenete, továbbá a kimenő vonalakra foglaltsági jelzés adható. Az ilyen hangfrekvenciás generátorokkal szemben a legfontosabb követelmény, hogy kis helyen elférjen és aránylag olcsó, nem speciális alkatrészekből legyen elkészíthető. Ugyanakkor törekedni kell a jó műszaki paraméterek megvalósítására is, úgy mint a megfelelő kimenőjelszint stabilitás, lineáris frekvenciamenet széles frekvenciatartományban, általában 31,5-16.000 Hz tartományban, kis harmonikus torzítási tényező, rövid beállási, más szóval lengési idő. Ezek egymásnak ellentmondó követelmények, ami legjobban az utóbbi két esetben tapasztalható. Az ismert stúdiótechnikai felhasználásra alkalmazható alacsony frekvenciás generátorok hangolása leggyakrabban nyomógombokkal vagy tárcsás kapcsolóval, fix frekvenciákra történik. A frekvenciapontosággal szemben támasztott követelmény nem túlságosan szigorú, általában +-5%-os tűrés már elegendő. Gyakran kívánatos lenne azonban a folyamatos hangolhatóság is, mégpedig lehetőleg sávváltás nélkül, egy lépésben a teljes hangfrekvenciás tartományban. Mindezeket az ellentmondó követelményeket kevés és olcsó alkatrésszel, kis méretben megvalósítani nem könnyű, így rendszerint csak kompromisszum árán, egyik vagy másik paraméter rovására sikerül. A stúdiótechnikában ilyen célra eddig is főleg RC generátorokat használtak, elsősorban az ismert Wien-Robinson-hidas oszcillátort. Ennek az alacsonyfrekvenciás generátornak a leírása megtalálható U. Tietze-Ch. Schenk: „Analóg és digitális áramkörök” című könyve 3. kiadásának 429 oldalán, a 15.22 ábrán és a hozzákapcsolódó ismertetésben. Az áramkör valóban egyszerű, kevés és olcsó alkatrészt tartalmaz, bár a szükséges szimmetrikus kimenet miatt a kapcsolási elrendezést további fázisfordító erősítővel kell kiegészíteni. Az ismertetett áramkörnek azonban hiányossága, hogy nagyon érzékeny a hangolóelemek, azaz a két kondenzátor és a két ellenállás pontosságára, tűrésére. Emiatt a generátor folyamatos hangolása, például a két ellenállás együttfutó változtatásával, kettős ponteciométerrel nem valósítható meg. Kapcsolókkal történő frekvenciaváltásnál sem elegendő csak az ellenállásokat vagy csak a kondenzátorokat váltani, mert a teljes sáv átfogásához mind a kettőt egyidejűleg kell változtatni. További hibája az ismert generátornak a stúdiótechnikában már túlságosan nagy, egy százalék fölötti harmonikus tonzitási tényező és a hosszú beállási idő. A Wien-Robinson híd másik ágában lévő szabályozó tranzisztoron ugyanis mindenképpen nagy hangfrekvenciás feszültség van jelen, ami a tranzisztor nemlineáris karakteriszikáján torzítást okoz. Ezt csökkenteni igen nehéz, ugyanis a szabályozókömek kell kiegyenlíteni a hangolóelemek szórásából adódó különbségeket, ezért a szabályozókört nagy árfogásúra kell méretezni. További torzítást okoz, különösen alacsonyfrekvencián, a szabályozófeszültség hullámossága, amelyet a kimenőjelből csúcs- vagy átlagérték egyenirányítással nyerünk. Ezen ugyanis mindig jelen van a kimenőjelből származó hullámosság, amely szintén vezérli a szabályozótranzisztort, ez pedig további torzítást okoz. Ez csökkenthető ugyan a szabályozási időállandó növelésével, ez viszont még hosszabb beállási időt eredményez, ami nem engedhető meg. Ez a gyakorlatban úgy jelentkezik, hogy frekvenciaváltáskor a kimeneti szint hosszú ideig, akár 10-30 másodpercig is ingadozik a névleges kimeneti szint körül, mielőtt azon stabilizálódna. Ezt az időt minden frekvenciaváltás után ki kell várni, ami lelassítja a mérést. Az integrált áramkörös technika fejlődésének köszönhetően napjainkban széles körben elterjedtek az egyetlen tokban forgalmazott úgynevezett funkciógenerátor áramkörök, amelyek széles frekvenciatartományban feszültséggel vagy árammal vezérelhetők. Ezeknél mind a frekvencia, mind a kimeneti szint nagyon pontos és stabil, és mentés minden ingadozászól és lengéstől. Hátrányuk azonban a szinuszos kimeneti jel nagy, egy százalék körüli vagy afölötti harmonikus torzítási tényezője. Eme műszaki hiányosságuk és viszonylag magas áruk miatt használatuk a stúdiótechinkában legfeljebb ott indokolt, ahol a távvezérelhető alacsonyfrekvenciás generátorra van szükség. Ismert, bár a gyakorlatban ritkán alkalmazott megoldás még alacsony frekvenciás RC generátor megvalósítására a harmónikus rezgés differenciál egyenletének megvalósítása például két integrátorfokozat és egy fázisfordító fokozat segítségével. Ilyen ármakör ismertetése található a már említett szakkönyv 431. oldalán a 15.5 fejezetben. Az ott ismertetett megoldással elvileg időállandó nélküli, tehát teljesen lengésmentes szabályozás valósítható meg torzításmentesen. Ehhez azonban három darab analóg szorzóáramkőrre van szükség, amely szintén drága és sok kiegészítő alkatrészt és beállítóelemet igényel, ezért nem elégíti ki a generátorral szemben támasztott követelmények jelentős részét. További hátrányos tulajdonsága, hogy hangolásához elvileg három ellenállás együttfutó változtatására van szükség. Ez ugyan további áramköri fokozatok beiktatásával elkerülhető, de ez minőségromlással és többletalkatrészek beépítésével jár. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
