L’oscillatore sinusoidale a bassa frequenza è senza dubbio uno degli strumenti fondamentali in un qualsiasi laboratorio che ha da fare con la manutenzione, riparazione, progettazione o produzione di apparecchiature analogiche come appunto l’alta fedeltà, non solo per misurare la risposta infrequenza di un amplificatore o un registraci (ore, ma anche per moltissime al
tre misure. Ad esempio può essere usato per misure di risposta in frequenza in ambiente di un sistema di altoparlanti, specialmente se l’oscillatore è previsto per la vobulazione, cioè la modulazione in frequenza a bassa deviazione, per evitare onde stazionarie. Può essere usato per misurare l’impedenza di un altoparlante, ed anche per la misura corretta dell’impedenza di ingresso di un amplificatore (RIA A o lineare) necessita una sorgente di nota ampiezza e frequenza. Se l’oscillatore è a bassa distorsione può anche essere usato per la misura di
distorsione armonica degli amplificatori.
Questa misura necessita naturalmente di un distorsiometro, ma non è detto che debba essere un distorsiometro automatico; anche con un semplice circuito passivo come il ponte a doppio ‘T’ insieme ad uno oscilloscopio è senz’altro sufficiente nei casi in cui non è richiesta un ‘alta precisione quantitativa. Spesso infatti, il distorsiometro viene adoperato nella taratura di apparecchi che richiedono una regolazione, per esempio della corrente di riposo in modo da minimizzare la distorsione di incrocio, ma non è necessariamente importante sapere con grande precisione il valore assoluto della distorsione.
Vediamo ora quali possono essere i requisiti di un buon oscillatore che, in un laboratorio audio, debba servire un po’ a tutto.
La gamma di frequenza deve coprire per lo meno la gamma audio, cioè 20 Hz-20 kHz, possibilmente più ampia, ad esempio 10 Hz-40 kHz, per poter esaminare bene le estremità della banda. È comodo, anche se non strettamente necessario, che l’oscillatore abbia un’unica gamma di frequenza.
Infatti su quasi tutti gli oscillatori commerciali a bassa distorsione la variazione di frequenza non si estende oltre una decade senza dover cambiare gamma, ed uno degli oscillatori a bassa distorsione più classici ha addirittura la scelta della frequenza con una serie di pulsanti che lo rende molto scomodo per controlli di risposta in frequenza ‘sweeppata’. Inoltre non permette la sintonia fine della frequenza, necessaria invece per il controllo di filtri con elevato fattore di merito.
Figura 1 – Schema elettrico della parte analogica dell’oscillatore.
Una buona stabilità in frequenza è necessaria se il generatore deve essere usato con un filtro a reiezione di banda per la misura della distorsione, ed inoltre è desiderabile una indicazione digitale della frequenza. È opportuno che la massima tensione di uscita raggiunga, come sugli strumenti B&K, i 10 volt efficaci, per misure di massimo livello di ingresso o in sede di progetto e sviluppo poter pilotare direttamente ad esempio uno stadio di uscita di un amplificatore. Infine è quasi d’obbligo un preciso attenuatore di uscita con impedenza costante ed a scatti di 10 dB per conservare il massimo rapporto segnale rumore a bassi livelli di uscita.
Un esame dei più classici generatori commerciali a bassa distorsione (Radford, Krohn-Hite, Hewlett-Packard, Sound Technology etc. ) porta a concludere che, a parte il costo decisamente proibitivo per un laboratorio di un autocostruttore, non è possibile trovare tutte queste caratteristiche contemporaneamente in un unico strumento. Il nostro oscillatore, frutto di oltre sei mesi di progettazione di vari tipi di oscillatore, soddisfa tutte le caratteristiche
sopraelencate e le sue specifiche (vedi Figura 2) sono comparabili con
i migliori oscillatori professionali disponibili in commercio. Il costo totale del materiale si aggira attorno alle 350.000 lire e perciò il nostro oscillatore costruito su scala industriale verrebbe a costare in pratica quanto i suddetti oscillatori professionali.
Figura 2 – Piano di montaggio dei circuiti stampati relativi alla sezione oscillatore.
Con questo progetto offriamo quindi al lettore l’opportunità di costruire un apparecchio di caratteristiche professionali ad un costo accessibile.
La presentazione dell’oscillatore avverrà in due puntate. In questo primo articolo pubblichiamo tutti gli schemi elettrici, i circuiti stampati, il piano di montaggio ed elenco dei componenti, ed una descrizione sintetica del montaggio in modo che l’autocostruttore
impaziente possa già cominciare la ricerca ed acquisto dei componenti, (facilitati, vedi riquadro in fondo all’articolo) ed iniziare il montaggio dell’oscillatore.
Nel prossimo numero descriviamo il principio di funzionamento, la taratura, un’analisi dettagliata delle caratteristiche ed ulteriori fotografie ed indicazioni di montaggio.
Figura 3 – Schema elettrico della sezione voltmetro digitale ed attenuatore di uscita con relativa logica di controllo.
Costruzione
L’oscillatore è costruito da tre sottoinsiemi: l’alimentatore, l’oscillatore con controllo di ampiezza e di frequenza e con l’amplificatore di uscita, ed infine sulla terza scheda troviamo il frequenzimetro, il voltmetro, l’attenuatore e la logica per il controllo dell’attenuatore e lo spostamento del punto decimale del voltmetro. Volendo abbassare il costo della realizzazione
si può rinunciare al frequenzimetro e al voltmetro, risparmiando così un centinaio di mila lire, e costruendo solamente la piastra con l’oscillatore che è completamente autonomo, cioè può funzionare indipendentemente dalla piastra digitale. Poi in un secondo momento può essere aggiunto il frequenzimetro o il voltmetro o tutti e due.
Anche questi possono funzionare indipendentemente l’uno dall’altro.
Panoramica dell’interno dell’oscillatore completo.
Il montaggio dei componenti non dovrebbe causare alcun problema seguendo i piani di montaggio riportati nelle figure. Attenzione però a montare i diodi nel verso giusto ed in particolare di inserire gli integrati con la tacca di riferimento orientata nella posizione indicata. È da notare che gli unici componenti di precisione di tutto il progetto sono le resistenze usate nell’attenuatore di uscita che sono all’uno percento. Tutti i condensatori sono di tolleranza normale, ma vale la pena di usare i condensatori di buona qualità e sovradimensionati.
Cosi, ad esempio, sono stati specificati condensatori al tantalio con tensione di lavoro 35 volt mentre teorica mente basterebbero da 16 volt. La piastrina dei display viene fissata alla piastra madre con gli spezzoni di filo di rame, (i reofori delle resistenze) come mostrato nella loto, ed i display FND500 sono inseriti in zoccoletti da 24 piedini sia per dare una maggiore distanza tra il pannello frontale e la piastra madre, che per favorire un’eventuale sostituzione del display in caso che esso si rompa. Tutte le interconnessioni tra le piastre ed i collegamenti ai potenziometri ed i deviatori sono fatti con dei connettori Molex per alleggerire il compito di
un’eventuale riparazione o sostituzione di una scheda. Questo naturalmente rappresenta un aumento del costo totale dell’oscillatore non trascurabile e quindi per risparmiare potete saldare i fili direttamente.
Figura 4 – Schema elettrico della sezione frequenzimetro autoranging.
In ogni caso fate particolare attenzione, seguendo gli schemi elettrici, a non invertire la polarità di questi collegamenti; in particolare quelli dell’alimentazione.
Il potenziometro quadruplo merita una particolare descrizione. Per riuscire a coprire l’intera gamma da 10 Hz a 40 kHz con un’unica rotazione della manopola è stato necessario usare un potenziometro che funzioni sia da partitore di tensione che da resistenza variabile in serie.
Il potenziometro per il controllo della frequenza va “costruito” appositamente da due potenziometri doppi del tipo Radiohm. Il pannellino dei display viene saldato direttamente sulla piastra madre con l’aiuto dei reofori delle resistenze. In basso le due schede principali a montaggio completato. Si notino in particolare i display montati su zoccoli da 24 piedini.
Poiché serve per il primo una variazione logaritmica e per il secondo una variazione logaritmica in senso antiorario è necessario “costruirne” uno apposta. Ma non è difficile. Occorre acquistare due potenziometri doppi con tacca di accoppiamento sul fondo. I Radiohm rispondono a questo requisito.
Seguendo le foto, si inserisce un pezzettino di plastica nelle due fessure dei due perni, dopodiché si uniscono i due potenziometri saldando direttamente tre filetti di rame.
Prima di unirli bisogna accertarsi che uno dei potenziometri sia girato a fondo corsa in senso orario mentre quell’altro sia girato nel senso anti-orario. Infine si può applicare una goccia di colla alla giunzione dei due perni per evitare un’eventuale gioco, e dopo aver tagliato il perno del potenziometro da 22K si monta il gruppo con il potenziometro da 4,7JC verso il pannello
frontale.
Figura 5 – Schema elettrico della sezione di alimentazione.
Il commutatore rotativo che serve per il controllo dell’attenuatore di uscita è a una via 10 posizioni. Poiché l’attenuatore è controllato da relè, la qualità di questo commutatore non ha importanza. Nei nostri prototipi abbiamo usato un tipo professionale della FEME, solo ed unicamente perché si riesce a limitare il numero di posizioni a 10. Questo è importante per
non rischiare di passare accidentalmente da -70 dB a +20 dB, cioè da 300 microvolt a 10 volt con eventuali conseguenze disastrose al circuito sotto prova. Tuttavia esistono dei commutatori del tipo da mille lire che sono proprio da 1 via 10 posizioni e non come spesso accade, da 12.
Figura 6 – Piano di montaggio e circuiti stampati della scheda frequenzimetro/voltmetro. A destra i circuiti stampati del palmellino dei display.
Prima di applicare tensione all’apparecchio controllate ancora una volta tutti i collegamenti e ponete tutti i trimmer in posizione centrale.
Nel prossimo numero discuteremo la procedura di taratura che è piuttosto semplice; intanto buon lavoro per il reperimento dei componenti ed il montaggio delle schede.
Figura 7 – Piano di montaggio e circuito stampato (mono/accia) dell’alimentatore. Le tre alimentarioni sono tenute separate tra di loro per eliminare loop di massa.
Caratteristiche principali
- Gamma di frequenza: 10 Hz – 40 kHz
- Controllo di frequenza: 10 Hz – 40 Hz in un’unica gamma (270° di rotazione della manopola) regolazione fine ± 10 per cento (potenziometro a 10 giri) predisposizione per vobulazione esterna ± 10 per cento
- Scala di frequenza: digitale a 4 cifre autoranging 5 letture al secondo su tutta la gamma
- Distorsione armonica totale: -80dB da 10 Hz a 40 kHz -90 dB da 20 Hz a 20 kHz
- Livello di uscita: da -70 dB (316 uV efficaci fondo scala) a +20 dB (10 V efficaci fondo scala) in 10 portate a passi di 10 dB regolazione fine con potenziometro a 10 giri
- Indicatore del livello di uscita: voltmetro digitale 3 1/2 cifre
- Stabilità del livello di uscita: -0, +0.2 dB da 10 Hz a 40 kHz
- Impedenza di uscita: 600 ohm (50 ohm su opzione)
- Comandi, ingressi, uscite: (pannello anteriore) Uscita 600 (50) ohm, oscillator on/off, attenuatore di uscita, controllo fine livello di uscita, indicatore digitale del livello di uscita, indicatori di gamma (mV, V, kHz, Hz) scala digitale di frequenza, regolazione fine di frequenza, indicatori di centro scala regolazione fine, regolazione frequenza, controllo regolazione fine (int./ext.), in terruttore di rete.
(pannello posteriore) Uscita sincro, ingresso rampa vobulatore (±15 volt per + 10 per cento di deviazione della frequenza) connettore IEC per cordone di rete.
di Bo Arnklit
da AUDIOreview n. 6 – aprile 1982
Gli schemi in alta risoluzione formato 1:1 e 1:4 visibili nella figura 2 e 6 li potete scaricare da questo link. Sono due jpg compattate .zip del peso di circa 10 MB.
