Danas je nabavljen RC generator audio frekvencija u rasponu 2 Hz – 20 kHz, proizvod njemačke tvrtke Clamann & Grahnert iz 1972. godine.
Tvrtku Clamann & Grahnert osnovali su 1946. godine inženjeri Gerhard Clamann i Werner Grahnert, do tada voditelji laboratorija u Zeiss Ikon AG Dresden. Prvi naziv tvrtke je bio “Werkstätten für Hochfrequenztechnik und Elektroakustik Clamann & Grahnert Dresden” ili u prijevodu “Radionica za visokofrekventnu tehniku i elektroakustiku Clamann & Grahnert u Dresdenu”. U ovom malom obrtu proizvodili su se cijevni voltmetri, generatori frekvencija, mjerna pojačala i mjerači frekvencije. Proizvodnja je kasnije proširena na filmska tonska pojačala, razne NF i VF mjerne uređaje za telekomunikacijske mreže, uređaje za mjerenje vibracija, medicinske i laboratorijske uređaje i slično.
Naziv tvrtke je 1958. godine primijenjen u Clamann & Grahnert KG Dresden, a nakon nacionalizacije 1972. godine u VEB Präcitronic Dresden. Tijekom opće privatizacije početkom 1990-tih godina tvrtku je preuzeo Treuhand, a tvrtka nasljednica je dobila ime “Grahnert – Präcitronic GmbH Dresden”. Tijekom 1998. godine je pokrenut stečaj tvrtke i dijelovi proizvodnje su prodani tvrtki Electronic Patzig GmbH također u Dresdenu. Tvrtka je poslovala do 2004. godine koristeći i dalje robnu marku Präcitronic, a 2012. je izbrisana iz registra tvrtki.
Zbog velike potražnje proizvodni kapaciteti tvrtke Clamann & Grahnert Dresden, odnosno od 1972. godine VEB Präcitronic Dresden bili su nedostatni da zadovolje potrebe tržišta te su se za proizvodnju koristili slobodni kapaciteti drugih sličnih tvrtki, u ovom slučaju poduzeća VEB Radio und Fernsehen Karl-Marx-Stadt (Chemnitz). U tom poduzeću se vršila kompletna proizvodnja svih električnih i mehaničkih sklopova, te montaža i završna kontrola, a gotovi proizvodi su izgledali kao da su iz Präcitronic proizvodnje, osim što je na poleđini otisnut naziv stvarnog proizvođača. Prodaja gotovih proizvoda se ipak vršila preko VEB Präcitronica.
GF22 je tranzistorski oscilator audio frekvencija raspona 2 Hz do 20 kHz (podijeljeno u četiri opsega) i amplituda od 5 µV do 10 V (podijeljeno u pet mjernih opsega). Uređaj omogućuje finu rezoluciju podešavanja frekvencije pomoći posebnog gumba mehanički spregnutog sa okretnom frekvencijskom skalom i fino podešavanje izlazne amplitude napona pomoću atenuatora sa korakom 0,05. Od ostalih funkcija ugrađena je sklopka kojom se kontrolira veličina povratne sprege oscilatora (T-min/K-min). U položaju K-min povratna sprega je veća te se dobiva stabilnija i čišća frekvencija sa vrlo malim nelinearnim izobličenjima. Ovo se obično koristi za precizna audio mjerenja, poput mjerenja raznih izobličenja (klir-faktora, THD). U položaju T-min pak je povratna sprega manja i ovo se koristi kad nije toliko važno izrazito malo izobličenje izlaznog sinusnog signala nego je važnija brža amplitudna stabilizacija frekvencije. Ta pozicija će se onda koristiti kod mjerenja gdje su potrebne česte promjene frekvencija (sweep).
RC oscilator GF22 je modularne konstrukcije vrlo praktičan za servisiranje. Iako elektronička shema nije pretjerano složena, ipak je realizirana na pet lako odvojivih modula koji su konektorima vezani na matičnu ploču:
- 021 – promjenjivi RC elementi Wienovog mosta u sklopu oscilatora
- 024 – aktivni elementi, odnodno pojačala oscilatora
- 023 – izlazno pojačalo snage
- 025 – izlazni atenuator (podešavanje amplitude izlaznog napona)
- 022 – ispravljači, filtri i regulatori napona napajanja
Redom posloženi moduli 021, 022, 023, 023 i 025.
Osim matične ploče i elemenata prednje ploče, na šasiju je montiran mrežni transformator i izlazni tranzistori regulatora napona napajanja.
Postoje barem dvije modifikacije sheme RC oscilatora GF22 koje se najviše očituju u konstrukciji napajanja. Mi smo pronašli shemu koja odgovara našoj inačici uređaja.
Napajanje
Ako malo bolje pogledamo shemu uređaja vidimo da zapravo nigdje nemamo jasno označenu električnu masu, odnosno zajednički minus pol napajanja. To je zato jer zajedničke mase zapravo i nema. Sekundar mrežnog transformatora ima dva namota, a napon sa istih se punovalno ispravlja diodnim mosnim ispravljačima. Dalje se napon filtrira i regulira serijskim tranzistorskim stabilizatorima. Međutim, stabilizacija nije odvojena nego u jednom dijelu zajednička za obje ispravljene grane. Na kraju dobivamo četiri linije napajanja koje su na shemi označene slovima A, B, E i D. Evo kakav je odnos napona između te četiri linije.
Načelno bi linija E ovdje bila masa, linije B i D su zatim pozitivne grane napajanja, a linija A je negativna grana napajanja. Primjerice N-kanalni MOSFET T3 u krugu pojačala oscilatora se napaja naponom 24 V preko linija E-A. Njemu linija E nije zajednička masa jer je to pozitivnija linija od linije A i na nju spojen Drain. Radni naponi su netipično visoki za ovakav tip uređaja.
Na šasiju je montiran mrežni transformator, jedan filtarski elektrolitski kondenzator i izlazni tranzistori serijskih regulatora napona od 45 V.
Na pločici 022 pak su smješteni ostali elementi ispravljača, filtra i regulatora napona napajanja.
RC oscilator
RC oscilator GF22 se bazira na Wienovom mostu. Taj most je temelj gotovo svih RC audio oscilatora koje smo do sada susretali i opisivali u našim objavama. Razlog tome je što su oscilatori sa Wienovim mostom praktično primjenjivi u širokom frekvencijskom opsegu cca 10 Hz – 1 MHz, a uz to daju vrlo stabilnu i čistu sinusnu amplitudu izlaznog signala.
Praktična konstrukcija oscilatora sa Wienovim mostom može biti vrlo različita i kod svakog tvorničkog uređaja toga tipa zateći ćemo neka drugačija shematska rješenja. Tako ni naš GF22 nije izuzetak, te iako smo do sada opisali već nekoliko Wien-oscilatora ovaj opet ima neke svoje specifičnosti. Uglavnom, na elektroničkoj shemi takvih uređaja moramo prvo razlučiti četiri grane Wienovog mosta, od kojih su svakako najvažnije RC grane. U jednoj grani je paralelna, a u drugoj serijska kombinacija RC elemenata. Ti paralelni i serijski RC elementi Wienovog mosta funkcioniraju kao visoko i nisko propusni frekvencijski filtri pa je oscilator osjetljiv samo na filtriranu frekvenciju koja je određena samim RC elementima Wienovog mosta. Pozitivna povratna sprega koja podržava oscilacije tranzistorskog pojačala dakle prolazi kroz ta dva filtra. Bez njih bi oscilacije bile frekvencijski nekontrolirane, nestabilne i posve neupotrebljive. Naravno, ako želimo oscilator promjenjive frekvencije, onda i RC elementi u tim granama moraju biti promjenjivi (promjenjivi kondenzatori i potenciometri). U praksi, svaka grana mosta sadrži više promjenjivih RC elemenata kako bi se dobili ispravni frekvencijski opsezi i što bolja linearnost frekvencijske skale.
Slijedeće moramo potražiti krug stabilizacije amplitude oscilacija, odnosno krug negativne povratne sprege. U uređajima do 1970-tih godina za stabilizaciju amplitude najčešće su se koristile posebne žaruljice sa žarnom niti. Ta žarna nit djeluje kao detektor snage (amplitude signala) i ujedno kao stabilizator iste. Ako je snaga veća, vlakno žaruljice će se više zagrijati, čime će porasti i električni otpor vlakna. Ovime će porasti i otpor u regulacijskoj grani negativne povratne sprege što će u konačnici uzrokovati smanjenje pojačanja oscilatorskog pojačala. Žaruljica se koristi i u našem oscilatoru (R10).
Zbog velikog broja promjenjivih RC elemenata u granama Wienovog mosta, te četiri linije napajanja za kombinaciju MOSFET i BJT tranzistora u krugovima pojačala, na originalnoj shemi se teško uočavaju osnovne grane mosta. Stoga smo mi nacrtali nešto pregledniju i pojednostavljenu shemu našeg oscilatora.
Pojačala oscilatora sadrže četiri tranzistora od kojih su dva FET, a dva BJT (tzv. BIFET kombinacija). Zahvaljujući FET-u se naravno dobiva visoka ulazna impedancija i konstantno opterećenje Wienovog mosta. Vidimo da se signal sa N-FET-ova uzima sa Source priključka, što znači da se ne koriste kao naponska pojačala nego samo kao pojačala za odvajanje (bufer pojačala). Tako se na T4 dobiva signal u fazi, dakle pozitivna povratna sprega za podržavanje oscilacija. Na originalnoj shemi je očito pogrešno stavljen simbol za tranzistor T2 koji mora biti PNP, a ne NPN tipa. Izlazni signal se također vodi na T5 koji ga okreće za 180° te dobivamo napon za negativnu povratnu spregu kojom se preko žaruljice stabilizira amplituda oscilacija, tako da se djeluje na pojačanje tranzistora T2. Može se uočiti da su oscilatorski signal i signal negativne povratne sprege u protufazi na bazi T2. Preko sprege u četvrtoj grani mosta regulira se odnos pozitivne i negativne sprege, čime se dobiva ili bolja stabilizacija frekvencije ili bolja stabilizacija amplitude.
Stoga je nužna upotreba dvostrukih potenciometara ili kao u našem slučaju dvostrukog kondenzatora na zajedničkoj osovini. Obje sekcije promjenjivog kondenzatora moraju biti dobro uparene (iste) kako bi se zadržao omjer, a time i ravnoteža mosta u cijelom promjenjivom opsegu. Stoga se paralelno sekcijama promjenjivog kondenzatora uvijek dodaju pomoćni trimer kondenzatori za međusobno fino ujednačavanje obje sekcije. Time je onda ovo i najkritičniji element u praktičnoj izvedbi oscilatora sa Wienovim mostom.
Na pločici 021 smješteni su ostali RC elementi za dvije grane Wienovog mosta.
Na pločici 024 su tranzistorska pojačala wienovog oscilatora. Uočava se markantna žaruljica za stabilizaciju amplitude oscilacija.
Izlazno pojačalo
Izlazno pojačalo sadrži pet tranzistora, od kojih dva čine komplementarni izlazni par. Ovo protutaktno (push-pull) pojačalo radi u AB klasi.
Izlazno pojačalo se može opteretiti snagom do najviše 1 W. To znači vanjsko opterećenje mora imati otpor od minimalno 100 Ω na opsegu 0-10 V ili 1000 Ω na ostalim (mV) opsezima. Stoga nije nikako preporučljivo izravno spajati zvučnike niske impedancije (4-16 Ω) jer to može uništiti izlazne tranzistore pojačala. Kad bi se ovaj uređaj danas koristio u praksi svakako ne bi bilo loše ugraditi neko bolje izlazno pojačalo.
Atenuator
Izlazni atenuator ima dva stupnja otporničkog djelitelja napona, jedan grubu dekadu i jednu fino dijeljenje sa korakom 0,05. Za ovo posljednje je ugrađen gotov otpornički niz u jednom kućištu koji sadrži 11 otpornika od 2,2 kΩ.
Na pločici se nalaze i tri paralelno spojena elektrolitska kondenzatora od 1000, 1000 i 500 µF (ukupno 2500 µF) kojima se odvaja istosmjerna komponenta izlaznog stupnja pojačala od korisnog izmjeničnog (sinusnog) signala.
Naš RC generator GF22 daje frekvencijski i amplitudno stabilne i točne frekvencije izlaznog signala, no sinusoida ima određeni pozitivni DC pomak koji na većim ampitudama ulazi u kliping. Uzrok ovome mogu biti dotrajali izlazni elektroliti koji odvajaju DC komponentu izlaznog pojačala od korisnog signala, no ne bi bilo loše zamijeniti ni sve ostale elektrolite. Naravno, danas smo već svi opremljeni modernim generatorima signala daleko većih mogućnosti i performansi pa uvijek ostaje dvojba koliko je zapravo poželjno popravljati ovakve uređaje. Morati ćemo potrošiti nešto novaca na nove dijelove, no gore od toga je što ćemo zauvijek degradirati originalni izgled ovog vintage uređaja. Ja više preferiram proučavanje takvih uređaja i upoznavanje sa tehnologijama toga doba. Jednom kad se uređaj dobro upozna onda nije nikakav problem pronaći neispravnost neke komponente ili sklopa. No mislim da će budući vlasnici ovih povijesnih eksponata ipak više uživati u pogledu na originalne elektroničke konstrukcije stare preko 50 godina, nego da unutra zateknu sklopove devastirane nekim jeftinim modernim kineskim komponentama 🙂