Sinusgenerator mit niedrigem Klirrfaktor

Inhaltsverzeichnis

Motivation
Aufbau
Funktionsweise
Extras
Messung
Technische Daten Sinusgenerator
Downloads
Links

Gesamtansicht ohne Plexiglasabdeckung

Motivation

Ziel war der Bau eines Sinusgenerators mit einer Festfrequenz von 1 kHz, 
einer Amplitude von 1 Vrms und einem Klirrfaktor gleich oder unter 0,01%,
um die Qualität eines guten Audio-Verstärkers zu bestimmen. Erreicht 
wurden 0,008%.

Aufbau

Die gesamte Schaltung incl. zweier 9 V-Batterien findet Platz auf einer Lochrasterplatine
100 x 100 mm. Eine Abdeckung aus 2 mm Plexiglas nimmt den Ein/Aus Schalter auf und
schützt die Schaltung. 

Detailansicht mit montierter Plexiglasabdeckung

Unterseite

Funktionsweise

Der eigentliche Sinusgenerator ist eine Wien-Robinson-Brücke. Die Regelspannung zur
Amplitudenstabilisierung wird mittels Komparator und Integration gewonnen und wird dem 
FET BF245A zugeführt. Ein Potentiometer für die Referenzspannung des Komparators erlaubt 
die Amplitudeneinstellung in sehr weiten Bereichen. Diese Anordnung  arbeitet sehr stabil.
Mittels eines Bandpasses 6. Ordnung nach Chebyshev wird die Grundschwingung des erzeugten
Sinussignals herausgefiltert. 

Filterdaten:
center frequency        941 Hz
order                          6
no. of stages               3
gain                            0 dB
passband                     100 Hz
stopband bandwidth  1 kHz
stopband attenuation -45 dB
Q-Factor                      38
R-tolerances                1%
C-tolerances                2%

Die Werte und Genauigkeiten der Widerstände im Schaltplan wurde durch Parallel-und-oder Reihenschaltung von 5% Ausführungen erreicht. Die 100 nF Kapazitäten wurden ausgemessen und selektiert. Das eingesetzte Messgerät ist ein Multimeter Typ UNI-T UT71C. 

Da der Klirrfaktor bei kleinen Amplituden niedriger ist (71,4 mVrms nach der Wien-Robinson-Brücke), folgt eine Verstärkerstufe mit dem Faktor 14. Somit steht eine Signalspannung von 1 Vrms mit niedrigem Klirrfaktor zur Verfügung.

Als Operationsverstärker wird der TL071/TL074 eingesetzt. Der Klirrfaktor wird mit 0,003% angegeben. Die Spannungsversorgung erfolgt symmetrisch mit +/-5 V.

Schaltbild Sinusgenerator

Extras

Mittels Jumper kann der Eingang des Bandpasses freigegeben und ein externer Sinusgenerator, eingestellt auf 941 Hz und 71,4 mVrms, angeschlossen werden. Jetzt kann ebenfalls die Grundfrequenz des externen Generators herausgefiltert werden. Bei entsprechenden Versuchen wurden 0,006% erreicht.

Messung

Das Signal des Sinusgenerators wird einer externen USB-Soundkarte ASUS XONAR U3 zugeführt. Diese kann den Mic-Eingang auch als Line-in verwenden. Der Klirrfaktor der Soundkarte wird mit 0,005% angegeben. Als Auswertesoftware wird der freie Audioanalyser V 2010.12 unter Windows 10 eingesetzt. Mit 2 Markern kann man sich auf die Spitzen setzen und bekommt im unteren Bereich die Differenz z. B. in dB angezeigt.  Diese kann 
man sich in einem online Rechner (http://www.sengpielaudio.com/Rechner-klirr.htm) in Klirrfaktor umrechnen lassen. 

FFT mit Audioanalyser

Technische Daten Sinusgenerator

Ausgangsspannung     1 Vrms (mit Potis einstellbar)
Ausgangswiderstand   100 Ohm
THD                             0,008%

Downloads

Schaltplan-SinusGenerator1kHz.sch
Schaltplan-SinusGenerator1kHz.pdf
audioanalyser2010.12,zip

Links

dB nach THD umrechnen: 
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-klirr.htm