Функциональный генератор , как правило , часть электронного измерительного оборудования или программного обеспечения , используемое для генерирования различных типов электрических сигналов в широком диапазоне частот. Некоторые из наиболее распространенных форм сигналов, создаваемых генератором функций, - это синусоидальная волна, прямоугольная волна, треугольная волна и пилообразная форма. Эти сигналы могут быть повторяющимися или однократными (для чего требуется внутренний или внешний источник запуска). [1] Интегральные схемы, используемые для генерации сигналов, также могут быть описаны как ИС генератора функций.
В дополнение к синусоидальным сигналам генераторы функций обычно могут создавать другие повторяющиеся сигналы, включая пилообразные и треугольные сигналы, прямоугольные волны и импульсы. Еще одна функция, включенная во многие генераторы функций, - это возможность добавлять смещение постоянного тока.
Хотя функциональные генераторы охватывают как звуковые, так и радиочастотные частоты, они обычно не подходят для приложений, требующих низкого уровня искажений или стабильных частотных сигналов. Когда требуются эти черты, более подходящими будут другие генераторы сигналов .
Некоторые функциональные генераторы могут быть фазовой автоподстройки с внешним источником сигнала (который может быть опорной частоты) или другого функционального генератора. [2]
Функциональные генераторы используются при разработке, тестировании и ремонте электронного оборудования. Например, их можно использовать в качестве источника сигнала для проверки усилителей или для ввода сигнала ошибки в контур управления. Генераторы функций в основном используются для работы с аналоговыми схемами , соответствующие генераторы импульсов в основном используются для работы с цифровыми схемами .
Электронные инструменты [ править ]
Принципы работы [ править ]
Генераторы простых функций обычно генерируют сигнал треугольной формы, частоту которого можно регулировать плавно, а также ступенчато. [3] Эта треугольная волна используется в качестве основы для всех остальных выходных сигналов. Треугольная волна генерируется путем многократной зарядки и разрядки конденсатора от источника постоянного тока . Это создает линейно возрастающее и убывающее изменение напряжения. Когда выходное напряжение достигает верхнего или нижнего пределов, зарядка или разрядка меняются местами с помощью компаратора , создавая линейную треугольную волну. Изменяя ток и размер конденсатора, можно получить разные частоты . Пилообразные волныможет быть получен путем медленной зарядки конденсатора малым током, но с использованием диода над источником тока для быстрой разрядки - полярность диода изменяет полярность образующейся пилообразной формы, то есть медленное нарастание и быстрое падение или быстрое нарастание и медленное падение .
50% рабочий цикл квадратные волны легко получить, заметив ли конденсатор заряжается или разряжается, что находит отражение в выходной ток коммутации компаратора. Другие рабочие циклы (теоретически от 0% до 100%) можно получить, используя компаратор и сигнал пилообразной формы или треугольника. Большинство функциональных генераторов также содержат схему формирования нелинейных диодов, которая может преобразовывать треугольную волну в достаточно точную синусоидальную волну путем округления углов треугольной волны в процессе, аналогичном обрезке в аудиосистемах.
Ходьба кольцевой счетчик , называемый также счетчик Джонсона и (линейный) резистор только схема формирования является альтернативным способом для получения аппроксимации синусоидальной волны. Это, пожалуй, самый простой генератор с числовым программным управлением . Два таких счетчика ходового кольца, возможно, являются самым простым способом генерировать непрерывную фазовую частотную манипуляцию, используемую в двухтональной многочастотной передаче сигналов и тональных сигналах ранних модемов . [4]
Типичный функциональный генератор может обеспечивать частоты до 20 МГц. ВЧ-генераторы для более высоких частот не являются функциональными генераторами в строгом смысле слова, поскольку они обычно производят только чистые или модулированные синусоидальные сигналы.
Функциональные генераторы, как и большинство генераторов сигналов , могут также содержать аттенюатор , различные средства модуляции формы выходного сигнала и часто возможность автоматически и периодически «качать» частоту выходного сигнала (с помощью генератора, управляемого напряжением ) между два предела, определяемых оператором. Эта возможность позволяет очень легко оценить частотную характеристику данной электронной схемы .
Некоторые генераторы функций также могут генерировать белый или розовый шум . [ необходима цитата ]
Генераторы более сложных функций называются генераторами сигналов произвольной формы (AWG). Они используют методы прямого цифрового синтеза (DDS) для генерации сигналов любой формы, которые можно описать таблицей амплитуд и временных шагов.
Технические характеристики [ править ]
Типичные характеристики генератора функций общего назначения:
- Обеспечивает синусоидальный, квадратный, треугольный, пилообразный (пилообразный) и импульсный выход. Генераторы сигналов произвольной формы могут создавать волны любой формы. [2]
- Он может генерировать широкий диапазон частот. Например, Tektronix FG 502 (около 1974 г.) работает с диапазоном частот от 0,1 Гц до 11 МГц. [5]
- Стабильность частоты 0,1 процента в час для аналоговых генераторов [5] или 500 ppm для цифрового генератора.
- Максимальное синусоидальное искажение около 1% (точность формирования диодной цепи) для аналоговых генераторов. [6] Генераторы сигналов произвольной формы могут иметь искажения менее -55 дБ ниже 50 кГц и менее -40 дБ выше 50 кГц.
- Некоторые функциональные генераторы могут быть фазовой автоподстройки к внешнему источнику сигнала, который может быть опорной частоты или другой генератор функций.
- Может поддерживаться амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM) или фазовая модуляция (PM).
- Выходной амплитудой до 10 В пик-пик .
- Амплитуда может быть изменена, обычно калиброванным аттенюатором с шагом декады и непрерывной регулировкой в пределах каждой декады.
- Некоторые генераторы обеспечивают напряжение смещения постоянного тока, например, регулируемое в диапазоне от -5 В до + 5 В. [2]
- Выходное сопротивление 50 Ом .
Программное обеспечение [ править ]
Совершенно другой подход к генерации функций заключается в использовании программных инструкций для генерации сигнала с обеспечением вывода. Например, для генерации сигнала можно использовать универсальный цифровой компьютер ; если частотный диапазон и амплитуда приемлемы, звуковая карта, установленная на большинстве компьютеров, может использоваться для вывода генерируемой волны.
Элементы схемы [ править ]
Генератор сигналов [ править ]
Элемент электронной схемы, используемый для генерации сигналов в другом устройстве, который может использоваться в схемах связи и измерительных приборов, а также в приборе генератора функций. Примерами являются Экзар XR2206 [7] и Intersil ICL8038 интегральных схем [ править ] , которые могут генерировать синус, квадрат, треугольник, рампы, и импульсные сигналы , при частоте напряжения-управляемой .
Генератор функций [ править ]
Элемент электронной схемы, который обеспечивает выходной сигнал, пропорциональный некоторой математической функции (например, квадратному корню) его входа; такие устройства используются в системах управления с обратной связью и в аналоговых компьютерах . Примерами являются лампа прямоугольного сечения Raytheon QK329 [8] и логарифмический / антилогарифмический усилитель Intersil ICL8048. [9]
Генераторы механических функций [ править ]
Генераторы механических функций представляют собой рычаги , кулачковые механизмы или некруглые шестерни , предназначенные для воспроизведения различных типов функций, периодических (например, синусоидальных или косинусных функций) или однократных (логарифм, параболические, касательные функции и т. Д.).[10]
Измерительные приборы, такие как манометры, высотомеры и барометры, включают в себя функциональные генераторы рычажного типа в качестве средства линеаризации. До появления цифровых компьютеров механические генераторы функций использовались при создании систем управления огнем орудий и механических вычислителей .
Четырехбалочный генератор функции Log (u) для 1 <u <10.
Генератор качающейся функции Log (u) для 1 <u <10.
Генератор бегунок-качалок функции Tan (u) для 0 <u <45 °.
См. Также [ править ]
- Генератор цифровых шаблонов
- Электронный музыкальный инструмент
- Wavetek
Ссылки [ править ]
- ^ cnx.org - Использование генератора базовых функций , 21 августа 2005 г.
- ^ a b c Бакши, UA; Бакши, А.В.; Бакши, К.А. (2008). Электронные измерения и приборы . Пуна, Индия: Технические публикации. С. 3–26, 3–27. ISBN 978-81-8431-435-9.
- ^ Sonde, BS (1992). Введение в проектирование систем с использованием интегральных схем . Нью Эйдж Интернэшнл. С. 244–246. ISBN 978-81-224-0386-2.
- ^ Дон Ланкастер. "Поваренная книга пишущей машинки ТВ" . ( ТВ Пишущая машинка ). 1976. с. 180-181.
- ^ a b Функциональный генератор FG 502 , Руководство по эксплуатации, Бивертон, Орегон: Tektronix, 1973, пп = 1-7–1-8
- ^ FG 502 искажение 0,5 процента
- ^ " Монолитный функциональный генератор Exar XR-2206 " (PDF) . Exar . Проверено 16 июня 2013 года .
- ^ Миллер, Джозеф А .; Soltes, Aaron S .; Скотт, Рональд Э. (февраль 1955 г.). « Широкополосный аналоговый умножитель функций » (PDF) . Электроника . Проверено 15 июня 2013 года .
- ^ " Intersil ICL8048 Log Amplifier " (PDF) . Интерсил . Проверено 16 июня 2013 года .
- ^ Simionescu, PA (2016). «Переформулирование оптимального синтеза функциональных генераторов на примерах плоского четырехзвенного и кривошипно-шатунного механизмов» . Международный журнал механизмов и робототехнических систем . Издатели Inderscience (IEL). 3 (1): 60–79. DOI : 10.1504 / IJMRS.2016.077038 .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме генераторы функций . |
- Руководство по генератору функций и генератору сигналов произвольной формы
- Основы генератора сигналов
- Основы генератора функций
- Ростки, Джордж (13 марта 2001 г.), Классика дизайна: генератор функций , EE Times , получено 31 марта 2012 г.. История генератора функций.
