MHS-5225P

Reinhard Weiß

DDS Funktionsgenerator MHS-5225P (Serie MHS-5200)

Der Funktionsgenerator der Serie MHS-5200 von mhinstek hat 2 unabhängige Kanäle, die je nach Version mit bis zu 6 MHz (MHS-5206) bzw. 25 MHz (nur Sinus, MHS-5225) verschiedene Kurvenformen abgeben, z.B. Sinus, Rechteck, Dreieck und benutzerdefinierte. Die Version mit "P" am Ende hat darüber hinaus noch einen zuschaltbaren 15 W-Leistungsverstärker (PA), der aber nur bis 80 kHz (oder als Breitbandversion bis 5 MHz, "P+") spezifiziert ist. Als interessantes Feature gibt es die Möglichkeit, frei programmierbare Signalverläufe (Arbitrary) mit 1024 Punkten und 8 Bit Amplitude in 16 Speicherplätzen abzulegen. Je nach Version kostet das Gerät bei eBay zwischen etwa 58 € (65 US$) (6 MHz) und 105 € (118 US$) (25 MHz mit PA) bzw. 130 € (146 US$) (Breitband PA 5/25 MHz, derzeit vergriffen) oder 123 € (97 GBP) (Preise jeweils ohne Zoll/Steuer, Stand 02/2016).

Man kann von dem Gerät keine Wunder erwarten, aber für einfache Anwendungen ist es sicher gut einzusetzen und dafür erstaunlich günstig. Ähnliche Geräte gibt es bei eBay unter der Bezeichnung FY2202S (ab 48 €) oder FY3224S. Die Geräte werden im Netz zum Teil detailliert besprochen, allerdings nur in englischsprachigen Foren und Youtube-Videos. Dabei zeigen sich einige Schwächen, mit denen man leben muss (z.B. Jitter, Überschwinger, Verzerrungen), teilweise gibt es Abhilfemaßnahmen. Sehr aufschlussreich sind die Videos Review and Teardown und Fixing zum MHS-5200. Unter Analog Zoo findet man den Stromlauf für die Modifikationen des Ausgangsverstärkers. Ich habe hier einen Belegungsplan der Platinen erstellt (Version mit Leistungsverstärker).

Der Ausgangsverstärker scheint einen Designfehler zu haben, weil die Verzerrungen der Sinusschwingung bei großer Ausgangsspannung und hoher Frequenz ungewöhnlich hoch sind. Ab etwa 12 MHz sind bei 13 Vss z.B. deutliche Verzerrungen der Sinuskurven zu erkennen. Reduziert man die Ausgangsspannung auf z.B. 2 Vss, ist die Kurvenform auch bei 25 MHz noch gut. Wie in den Videos gezeigt wird, scheint das u.a. an zu geringer Betriebsspannung (+/-9 V) des Endverstärker-ICs zu liegen bzw. an einem ungeeigneten IC-Typ (AD812), der eine zu geringe Slew Rate habe. Durch ungünstige Filterdimensionierung sind zudem die Überschwinger beim Rechteck zu hoch (bis 15 %). Wenn man das Verstärker-IC austauscht (z.B. gegen THS3092D) und auch die Filterkomponenten anpasst, kann man Verzerrung (beim Sinus) und Überschwinger (beim Rechteck) deutlich verbessern. Details dazu siehe unten bei den Links.

Die folgenden Eigenschaften und Eigenarten sind mir bei ersten Tests aufgefallen:

Beim ersten Einschalten war die Ausgangsspannung viel höher als angezeigt; beim Umschalten auf den anderen Kanal stürzte das Display ab. Nach Aus- und wieder Einschalten verhielt sich das Gerät wieder korrekt. Dieser Effekt trat auch später mehrfach sporadisch auf, etwa beim Umschalten des Menüs. Die Ursachen oder Einflüsse sind mir nicht bekannt (Firmware ist 4.23). Wenn man empfindliche Geräte anschließt (etwa einen Spectrum Analyzer oder gering belastbare Abschlusswiderstände), sollte man die Ausgangsspannung vorher separat überprüfen und überwachen. Das gilt insbesondere, wenn man die Einstellungen verändert. Zu leicht verstellt man den falschen Wert oder das Gerät stürzt gar ab und die Ausgangsspannung könnte unzulässig hoch werden.
Die angezeigte "Amplitude" ist in Wirklichkeit der Spitze-Spitze-Wert der Ausgangsspannung. Beim Sinus ist der Effektivwert = 0,3536 * Anzeige (Vss). Beispiel: Wird als Amplitude 5,00 V angezeigt, hat der Sinus eine Effektivspannung von 1,77 V.
Die eingestellte Ausgangsspannung bezieht sich auf den unbelasteten Ausgang (Leerlauf). Da der Innenwiderstand ca. 54 Ohm beträgt, sinkt die abgegebene Spannung bei niederohmiger Belastung entsprechend ab, ohne die Anzeige zu ändern. Bei 50 Ohm-Belastung (Abschluss) wäre die Spannung dann also nur etwa die Hälfte der Anzeige.
Die Ausgangsspannung kann man um 20 dB herunter schalten, um die Einstellauflösung bei Spannungen kleiner als 1,5 V von 10 mV auf 1 mV zu verbessern. Dazu dient der OK-Knopf. Beim Druck schaltet er die Anzeige um zwischen 3 Nachkommastellen (1 mV) mit maximal 1,500 V Anzeige (-20 dB) und Normalwert (Stufung 10 mV) für Einstellungen bis 15,00 V. Die Umschaltung der Spannung erfolgt durch Schalten eines Spannungsteilers 1:10 mittels eines Relaiskontakts, getrennt je Kanal. Beim Leistungsverstärker gelten andere Werte.
Bei der Power-Version (P) mit zusätzlichem Leistungsverstärker ist die Spannungsversorgung unterschiedlich zur Standardversion. Für letztere wird ein 5 V-Netzteil verwendet, bei der P-Version hingegen eines mit 12 V. Ein Lüfter sorgt im Falle des eingeschalteten Leistungsverstärkers für ausreichend Kühlung. Aber auch ohne eingeschalteter Leistungsstufe wird der Kühlkörper schon über 50 °C warm, der Lüfter wird nicht eingeschaltet. Hier wäre eine thermostatgesteuerte Lüfterschaltung sinnvoll, die man aber auch leicht nachrüsten kann (Lüfter 12 V / 0,1 A). Hier habe ich einen einfachen Lösungsvorschlag für eine temperaturgesteuerte Lüftersteuerung beschrieben.
In der Beschreibung wird immer vom "Menü" geschrieben, nur steht nirgendwo, wie man das aufruft. Hierzu muss man lediglich die Tasten PgUp/PgDn drücken, um das Menü durchzurollen.
Geschickt gelöst finde ich die Betätigung des Drehknopfs. Im Normalmodus kann man damit immer die Frequenz durchstimmen bzw. die Amplitude. Geht man mit den Cursor-Tasten auf eine andere Ziffernstelle, erfolgt so das Durchstimmen in entsprechend anderen Intervallen (10er, 1er,...). Es wird also beim Drehen am Knopf nicht nur die markierte Stelle von 0 bis 9 durchlaufen (ohne Übertrag), sondern einfach die Rastung verändert und man kann so den gesamten Frequenz- bzw. Spannungsbereich lückenlos durchstimmen. Das ist sehr angenehm zu nutzen.
Die BNC-Ausgangsbuchsen sehen zwar aus, als ob sie isoliert wären, aber das sind sie natürlich nicht. Die Masse von Stromversorgung und Schirm/GND sind miteinander verbunden. Allerdings sind bei Benutzung des zugehörigen Netzteils die Ausgänge "schwebend", also vom Netz und Masse/Schutzleiter (nicht vorhanden) getrennt.
Zur USB-Kommunikation wird der Chip CH340G verwendet. Ggf. ist zu prüfen, ob geeignete Schnittstellentreiber für andere Betriebssysteme verfügbar sind (es gibt keinen Angaben über den mitgelieferten Treiber).
Neben den Ausgängen über BNC-Buchsen und den zusätzlichen Klemmen für den Leistungsverstärker auf der Rückseite gibt es auch 4 TTL-Signal-Ausgänge (phasenverschoben) und 1 Eingang, die weitere Funktionen ermöglichen.
Sehr praktisch ist die weite Einstellmöglichkeit für das Tastverhältnis, mit 0,1...99,9 %.
Ebenfalls hilfreich ist eine Funktion zum Messen der Frequenz (bis 60 MHz; > 0,5 Vss) und von Puls- bzw. Pausezeiten.
Die Konfigurationszustände können in 10 Speichern (M0-M9) gesichert und geladen werden, der Speicher M0 wird beim Start verwendet.
Etwas betrüblich ist die schon genannte schlechte Sinus-Kurvenform bei hoher Amplitude und höheren Frequenzen sowie der Jitter und das Überschwingen beim Rechteck.
Eine Kleinigkeit ist noch störend: Man braucht zur Bedienung immer beide Hände. Denn die (Folien-)Tasten sind schwergängig, das Gerät ist leicht, so muss man es beim Tastendruck vor einem Verrutschen schützen.
Es wird eine Software mitgeliefert, die die Bedienung vereinfacht. Insbesondere die Erzeugung eigener Signalkurven (Arbitray) wird nur damit unterstützt (in den Foren werden auch Alternativen diskutiert). Es gibt keine Angaben darüber, für welche Windows-Versionen die Software geeignet ist. Will man die serielle Schnittstelle (USB-Bridge) selber steuern, um etwa Werte zwischen Excel und dem Gerät auszutauschen, ist das nicht so einfach, weil es keine Beschreibung zu dem Protokoll gibt. Obwohl das Protokoll laut Beschreibung "offen" sei und es daher "leicht sei, eine eigene Software zu schreiben", gibt der Hersteller offensichtlich keine Hilfe. Ein Reverse-Engineering ist verfügbar, siehe Links.
Die Beschreibungen sind in lesbarer Form (englisch) nicht leicht zu bekommen. Bei der P-Version wird nur die Beschreibung der Standardversion auf CD mitgeschickt, eine spezielle P-Version ist offenbar nur über den Verkäufer erhältlich.

Einige wichtige Links:

MHS5200A Function Generator Review and Teardown Video (devttys0)
Fixing the MHS-5200A Video (devttys0)
MHS-5200A Teardown and Review (Craig)
MHS-5200A, Part Two (Craig)
HACKADAY Cheap Function Generator Teardown and Improvement (Dan Maloney)
und Hacking a $100 Signal Generator (Eric Evenchick)
Forenbeiträge eevblog.com (pascal_sweden), FeelTech FY3224S 24MHz 2-Channel DDS AW Function Signal Generator
Forenbeiträge eevblog.com (devttys0), MHS-5200A function generator teardown / review / reverse engineering
Forenbeiträge eevblog.com (wd5gnr), Protokoll der seriellen Schnittstelle
Reverse Engineering des Communication Protocols von wd5gnr
Software über mhinstek (MHS-5200A_en.rar) oder von der CD
Beschreibung der Software: chinesisch bzw. die englische Version ist im englischen Handbuch der Standardversion enthalten
(englisches) Handbuch der Standardversion (MHS-5200A user manual.pdf, 06.09.2015) ladbar und auf CD.
(englisches) Handbuch zur P-Version direkt vom Verkäufer (MHS-5200P 英文说明书.doc, 3.021 KB), die chinesische Version ist hier ladbar (MHS-5200P说明书.pdf). Auf CD ist nur das Handbuch für die Standardversion.
illustrierte Beschreibungen und Präsentationen sind auch den Angeboten auf eBay entnehmbar, z.B.
http://www.ebay.de/itm/MHS-5200A-DDS-2-Channel-Digital-Control-Signal-Generator-6mhz-/301846669170
http://www.ebay.de/itm/6-25MHZ-Power-Amplifier-Dual-Channel-DDS-Signal-Generator-NC-Arbitrary-Waveform-/261965767097
http://www.ebay.de/itm/DDS-Dual-Channel-Function-waveform-signal-generator-source-Power-Amplifier-/181796851794
Angebote bei eBay sind schwer zu finden, weil die Suchfunktion ziemlich unbrauchbar ist. Unter den Typenbezeichnungen findet man nicht alle Angebote, man muss besser passende Suchworte eingeben (etwa "dds signal generator") und die Rubrik eingrenzen auf "Mess- & Prüftechnik / Funktionsgeneratoren" bei "weltweiter Suche". Am einfachsten ist es vielleicht, von den angegebenen Angeboten ausgehend sich durch weitere Vorschläge zu "hangeln". Oder man nutzt google mit einer Suchanfrage wie etwa "dds dual channel signal generator mhz site:ebay.de" (Anführungszeichen nicht mit eingeben). Ich habe einige Angebote so auch nur "durch Zufall" gefunden.
Mein Bauvorschlag für eine einfache Lüftersteuerung

(erstellt 02.02.2016, zuletzt bearbeitet 28.02.2016, neu strukturiert 25.12.2017)

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