Het gebruik van een pulsgenerator
Na de bouwbeschrijving van een pulsgenerator in deze Elektuur kan het waarschijnlijk geen kwaad om een kort artikel te wijden aan de gebruiksmogelijkheden van zo'n apparaat. Tenslotte hangt het nut van een meetapparaat af van het aantal toepassingen dat men ervoor weet te bedenken. En dat zijn er meer dan men op het eerste gezicht zou vermoeden.
In dit artikel willen we enkele praktijkgerichte voorbeelden geven, plus verschillende algemene opmerkingen over het gebruik van een impulsgenerator. Waarbij we er wel nog even op willen wijzen dat verschillende punten specifiek zijn gericht op de Elektuur-pulsgenerator.
Algemeen (digitaal) gebruik
De uitgangsimpedantie van de pulsgenerator (en de meeste andere generatoren) is 50 Ω. Voor het verkrijgen van een optimale pulsvorm verdient het aanbeveling deze uitgang te belasten met 50 Ω. Dus 50 Ω-kabel voor de verbinding tussen generator en schakeling en dan de kabel bij de schakeling weer afsluiten met 50 Ω. Doet men dit niet, dan ontstaat enige overshoot op de pulsen. In figuur 1 is het verschil duidelijk te zien. Het bovenste spoor toont het signaal aan de uitgang van een onbelaste 50 Ω-kabel, het spoor daaronder hetzelfde signaal bij een kabel-belasting van 50 Ω. De uitgangsamplitude wordt in het laatste geval wel gehalveerd, maar dat is te verwachten als men een 50 Ω-uitgang met 50 Ω gaat belasten. Overigens zal voor de meeste toepassingen de golfvorm ook zonder 50 Ω-belasting goed genoeg zijn. Aangezien bij de pulsgenerator vaak een skoop zal worden gebruikt, kan men wel eens in de verleiding komen om een probe (met kabel) van de oscilloskoop te gebruiken om de pulsgenerator te verbinden met een schakeling. Dat raden we met klem af, want de impedantie van de probe-kabel is vrij hoog. Vooral bij TTLschakelingen kunnen dan problemen ontstaan, omdat daar vrij "grote" stromen kunnen lopen en de logische nivo's dan niet meer gehaald worden.
Figuur 1. Als de uitgang wordt belast met 50 Ω zal de pulsvorm verbeteren, maar de uitgangsspanning daalt dan tot de helft (tijdbasis: 200 ns/div.).
De uitgangsspanning van de Elektuurpulsgenerator kan met behulp van een schakelaar worden ingesteld op TTL-nivo of op een variabel vivo (instelbaar met een potmeter). Op de TTL-stand levert de uitgang dus "mooi" 5 V.
Bij CMOS-schakelingen die op een andere spanning dan 5 V "draaien" kan de puls-hoogte door middel van P4 en een skoop op de juiste waarde worden ingesteld. Er is echter een speciale ingang aanwezig om de uitgangsspanning automatisch aan te passen aan de voedingsspanning van de schakeling, de "Ext. Output Voltage Contr." -ingang. Het is aan te bevelen voor deze ingang een apart kabeltje te maken dat aan de ene kant is voorzien van een voedingsplugje (middenpen = 0-aansluiting) voor de "Ext. Output Voltage Contr." - aansluiting en aan de andere kant twee krokodillebekjes o.i.d. waarmee de kabel kan worden aangesloten op de voedingsspanning van de schakeling. Bij gebruik van de controle-ingang is de uitgangsspanning automatisch gelijk aan de voedingsspanning (onafhankelijk van de stand van S7). Zowel bij TTL- als CMOS-schakelingen is afsluiting van de generator met 50 Ω niet nodig, aangezien de geringe vervorming van de blokgolf hierbij niet belangrijk is.
De sync-uitgang levert een symmetrische blok die kan worden gebruikt voor het triggeren van een skoop of het meten van de frekwentie van het uitgangssignaal. Op die wijze blijft de skoop altijd goed trig-geren (door de symmetrische blok) en houdt men de "echte" uitgang vrij voor het leveren van de "meet"-pulsen.
Enkele digitale toepassingen
Bij TTL- en CMOS-schakelingen kan men de pulsgenerator onder andere voor de volgende punten gebruiken:
- "Gewoon" pulsen geven (kloksignalen e.d.). Zie ook de foto in het artikel over de pulsgenerator.
- Een enkele puls geven met dendervrije flanken (S1 stand MAN., S3 stand VAR., voor elke puls S2 indrukken). De puls-breedte van het uitgangssignaal kan dan worden ingesteld tussen 100 ns en 1 s.
- Flankvertraging. Een op de Trigger Input aangeboden positieve flank verschijnt vertraagd aan de uitgang als S1 in de stand EXT. staat (S3 in stand VAR. en S4 in stand neg. puls). De vertragingstijd kan worden ingesteld met S5 en P3.
Deze vertraging kan bijvoorbeeld worden gebruikt als trigger-delay voor een skoop. Stel dat we van een video-signaal de lijnen apart willen bekijken. We triggeren de pulsgenerator dan met de vertikale sync. De uitgang van de generator levert het externe triggersignaal voor de skoop (skoop op ext. trigger schakelen). Het Video-signaal wordt gewoon op de Mingang van de skoop aangeboden. Door nu de pulsbreedte van de generator te veranderen kan men de hele video-info over het beeld "schuiven" (tijdbasis skoop instellen op bije. 20 µs/div.).
Andere mogelijkheden
Er zijn natuurlijk ook diverse niet-digitale toepassingen voor de pulsgenerator:
- Het bepalen van de resonantiefrekwentie van een LC-kring (zie figuur 2). De sync-uitgang van de generator levert hier het externe triggersignaal voor de skoop. Wat we op de skoop zien toont de foto van figuur 3. Uit de periodetijd T van het uitslingerverschijnsel volgt de resonantiefrequentie: fres = 1 / T. Bedenk hierbij wel dat de kapaciteit van de probe parallel hangt aan de LC-kring. Bij kleine kondensatorwaarden moet daar rekening mee worden gehouden.
- Het bepalen van RC-tijden (zie figuur 4). Als de ingangsspanning zo groot wordt gekozen dat de spanningszwaai van het uitgangssignaal precies 8 hokjes (vertikaal) bedraagt, dan is de RC-tijd de tijd die nodig is om te stijgen van nul tot vijf hokjes (divisions). De weerstand R moet wel altijd veel groter worden genomen dan 50 Ω (in verband met de uitgangsimpedantie van de pulsgenerator).
- Een vrij specifieke maar wel interessante toepassing: het testen van de kwaliteit van een voeding. Bij het voorbeeld dat we in figuur 5 geven wordt de te testen voeding afwisselend belast met 4,7 Ω en 100 Ω (bij 5 V voedingsspanning zijn dat stromen van respektievelijk 1 A en 50 mA). Hierbij wordt de pulsgenerator gebruikt voor het leveren van de schakelsignalen voor de transistor. Op de skoop kunnen nu de stabiliteit en de uitgangsimpedantie van de voeding worden bekeken (figuur 6). Bovenste spoor: stuursignaal, tweede spoor: spanning over belasting. We zien dat de hoogfrekwent-stabiliteit niet denderend is. In dit geval was dat hoofdzakelijk te wijten aan de lange toe voerdraden tussen voeding en belasting. Op het onderste spoor van figuur 6 is te zien dat een elko van 470 µF parallel aan de belasting alle "troep" verwijdert. We houden nu alleen nog een spanningsvariatie over ten gevolge van de uitgangsimpedantie van de voeding (inklusief kabels). De impedantie is: Z = ΔU / ΔI.
- Natuurlijk levert de pulsgenerator ook prachtige blokken met steile flanken voor het testen van eindversterkers. Daarmee kan men heel goed de stabiliteit van de versterker beoordelen en de slew rate meten.
Figuur 2. Met deze eenvoudige schakeling kan men de resonantiefrekwentie van een LC-kring bepalen.
Figuur 3. Dit is op de skoop te zien als de kring uit figuur 2 wordt aangestoten. Bovenste spoor: ingangspuls, onderste spoor: uitslingerverschijnsel van LC-kring.
Figuur 4. Zo kunnen RC-tijden worden gemeten.
Figuur 5. Een hulpschakeling voor het testen van de kwaliteit van een voeding. Met deze opzet wordt de voeding afwisselend belast met 4,7 Ω en 100 Ω.
Figuur 6. En dit ziet men dan op de skoop. Het bovenste spoor toont het stuursignaal voor de BD 139. Daaronder ziet men de spanning over de belasting, in dit geval geen best hoogfrekwent gedrag. Met een kondensator van 470 µF over de belasting verbetert de situatie (onderste spoor).