Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Принцип работы генератора сигналов

При разработке электронных модулей, компонентов схемы и прочих операциях генератор сигналов работает в качестве источника воздействующего сигнала.

Генератор формирует сигнал с изменяемой по времени амплитудой, который подается на тестируемый элемент или высокочастотный модуль, фильтр. Форма сигнала может быть произвольной, а может быть в виде любой периодической функции, например, синусоиды. Может представлять собой цифровой импульс или двоичную последовательность. Наиболее распространенные формы сигналов — синусоидальные сигналы, меандры и прямоугольные сигналы, пилообразные и треугольные сигналы.

Что представляет собой сигнал генератора

Сигнал является биполярным истинным сигналом переменного тока с пиковыми значениями, которые колеблются относительно определенного уровня постоянного напряжения.

Также это могут быть сигналы со смещением, которые опускаются и поднимаются ниже или выше от расположения нулевого уровня (0 В). Под переменным током понимается любой изменяющий свое значение сигнал, независимо от привязки к нулю.

Таким образом, тестирование приборов заключается в подаче сигнала идеальной формы или с добавлением искажений, то есть ошибки, которая возможна в процессе работы диагностируемого прибора.

Главное достоинство генератора сигнала — это возможность имитации реальной ошибки, которую можно предсказать в определенном месте и в нужное время с помощью исследуемой схемы.

В итоге, способность реагировать тестируемого устройства на искажение демонстрирует его готовность работать в неблагоприятных условиях аварийного режима.

Как вывод можно сказать, что сигнал на выходе модуля анализируется осциллографом или другим прибором, например, анализатором спектра или измерителем мощности. По результатам анализа судят о корректной работе проверяемого устройства. По необходимости генератором можно добавить шум на тестируемый сигнал или имитировать замирание входного сигнала.

Основные применения генератора сигналов

Вы спросите, а зачем он нужен. Например, такой прибор как генератор сигналов A96 DDS понадобится, чтобы получить в работе над радиопередатчиком и приемником требуемую форму сигналов, чтобы настраивать УМЗЧ и измерять искажения или фронты.

Даже простейший бюджетный прибор, такой как функциональный генератор сигналов на ICL8038 даст представление о кривой на выходе при подаче синуса, треугольника или меандра, позволит увидеть результат, который получается на выходе.

Подобные устройства используются в прикладных областях при формировании низкочастотных навигационных сигналов, применяются для мобильной сотовой связи, спутников и радиолокации с длинной волны от миллиметрового диапазона. Чтобы выполнять работу в любых условиях придуманы даже карманные генераторы синусоидальных сигналов, такие как Fg-100. Прибор используется вместе с осциллографом для тестирования и наладки электронных схем.

Устройства стабилизируют синтезированную частоту, поддерживают калиброванный выходной уровень сигнала и дают возможность дистанционного управления.

Описание генератора частоты

Из Китая приехал генератор частот. Как вы видите, он представляет из себя довольно таки солидный прибор.

генератор частот

На лицевой панели генератора частот мы видим множество различных кнопок и крутилок. Эта крутилка предназначена для того, чтобы уменьшать или увеличивать амплитуду сигнала.

амплитуда на генераторе частоты

Эти кнопки предназначены для изменения формы сигналов.

виды сигналов генератора частоты

Здесь можно увидеть такие сигналы, как

прямоугольный

прямоугольный сигнал

треугольный

треугольный сигнал

синусоидальный

синусоидальный сигнал

Далее с помощью кнопок можно выбрать нужный диапазон, а также подключить какой-либо внешний сигнал.

виды сигналов генератора частоты

Под внешним счетчиком здесь имеется ввиду какой-либо периодический сигнал с какого-нибудь генератора частоты либо схемы. Подавая такой сигнал на разъем нашего генератора частоты, мы с легкостью можем определить частоту неизвестного сигнала вплоть до 10 Мегагерц. То есть в данном случае генератор функций выполняет роль частотомера.

Далее идут разъемы.

разъемы генератора частоты

VCF – Voltage Controlled Frequency. По нашему ГУН. Расшифровывается как Генератор Управляемый Напряжением. Само название говорит нам о том, что мы можем менять частоту сигнала с генератора частоты, подавая на этот разъем какое-либо напряжение. В зависимости от того, какая будет амплитуда подаваемого напряжения, такая и будет частота на выходе генератора частоты.

TTL OUT.  ТТЛ – Транзисторно-Транзисторная-Логика. OUT – выход. Этот выход предназначен для тактирования логических микросхем, построенных на так называемой транзисторно-транзисторной логике. То есть это логические элементы, которые в своем составе имеют только биполярные транзисторы и резисторы. Такие микросхемы делают в основном на питание +5 В.

Логический ноль – это уровень напряжения от 0 и до +0,5 В. Уровень логической единички от 2,4 и до +5 В. Поэтому, с этого выхода мы получаем прямоугольный периодический сигнал с чередующимися нулями и единицами: 0101010101… Частоту такого сигнала выставляем с помощью крутилки и кнопок выбора диапазона.

OUTPUT. Выход с генератора. Именно с этого разъема мы и получаем необходимый нам сигнал с генератора функций.

Также небольшой интерес могут представлять из себя кнопки

аттенюатор

Написано “attention”, что значит “внимание”. На самом деле там должно быть написано “attenuator”. Аттенюатор – слово не наше, означает как “ослабить, смягчить”. Видать, китайцы сэкономили на переводчике с китайского на английский ). Итак, что за кнопочки -20dB и -40dB? dB – это децибелы. А пока вот вам ссылочка на онлайн-калькулятор. Я за вас уже все посчитал. -20dB это значит, что мы можем ослабить выдаваемый генератором сигнал в 10 раз. -40dB – в 100 раз. А если нажмем сразу на 2 кнопочки разом, то у нас в сумме получится -60dB. Следовательно, мы можем ослабить сигнал в 1000 раз.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

  1. Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
  2. Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
  3. Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
  4. Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
  5. Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Как изменить форму сигнала

Для того, чтобы получить некоторые нестандартные сигналы, типа пилы или прямоугольных сигналов с различной скважностью, нам придется задействовать

вот эту кнопочку и крутилку

Генератор частот

Пару слов о скважности. Это параметр применяется к прямоугольной форме сигналов.

формула скважности

где

S – скважность

T – период импульса, с

t – длительность импульса, с

меандр

Величина D (Duty), обратная величине S, называется коэффициентом заполнения

коэффициент заполнения формула

Иллюстрация сигналов с различным коэффициентом заполнения

На экране осциллографа это может выглядеть вот так

скважность прямоугольного сигнала

Можем также из треугольного сигнала получить пилообразный сигнал

осциллограмма пилообразного сигнала

Иногда требуется добавить постоянную составляющую в сигнал. Для этого используем вот эту кнопочку и крутилку.

добавление постоянной составляющей

Смысл этой операции заключается в том, что к переменному току мы добавляем постоянный ток. Если объяснить графически, то это будет выглядеть вот так.

постоянная составляющая

Как вы видите, эта функция без проблем работает в этом генераторе частоты

синусоида с постоянной составляющей

А также мы без проблем можем замерить этим генератором  частот какую-либо частоту, например, с другого генератора. Выставили 15 КГц, он нам тоже показал 15 КГц. Все работает как надо!

частотомер

Генератор звуковой частоты

Схемы для начинающих

Что такое генератор звука и с чем его едят? Итак, давайте первым делом определимся со значением слова “генератор”. Генератор – от лат. generator – производитель. То есть объясняя домашним языком, генератор – это устройство, которое производит что-либо. Ну а что такое звук? Звук – это колебания, которые может различить наше ухо. Нормальный человек может слышать колебания в диапазоне частот от 16 Гц и до 20 Килогерц.  Звук до 16 Герц называют инфразвуком, а звук более 20 000 Герц – ультразвуком.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что генератор звука – это устройство, которое излучает какой-либо звук. Все элементарно и просто ;-) А почему бы его нам не собрать? Схему в студию!

генератор звуковой частоты

Как мы видим, моя схема состоит из:

– конденсатора емкостью 47 наноФарад

– резистора 20 Килоом

– транзисторов КТ315Г и КТ361Г, можно с другими буквами или вообще какие-нибудь другие маломощные

– маленькая динамическая головка

– кнопочка, но можно сделать и без нее.

На  макетной пл ате все это выглядит примерно вот так:

Генератор звуковой частоты

А вот и транзисторы:

Генератор звуковой частоты

Слева – КТ361Г, справа – КТ315Г.  У  КТ361 буква находится посередине  на корпусе, а у 315 – слева.

Эти транзисторы являются комплиментарными парами друг другу.

А вот и видео:

Частоту звука можно менять, меняя значение резистора или конденсатора. Также частота увеличивается, если повышать напряжение питания. При 1,5 Вольт частота будет ниже, чем при 5 Вольтах. У меня на видео напряжение выставлено 5 Вольт.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Источники
  • https://supereyes.ru/articles/waveform_generator_article_video/kak_vybrat_generator_signalov/
  • https://www.RusElectronic.com/generator-chastoty/
  • https://www.equipnet.ru/articles/tech/tech_54361.html
  • https://www.RusElectronic.com/generator-zvuka/
  • https://www.ixbt.com/live/instruments/generator-signalov-iz-nabora-plyusy-i-minusy.html
  • https://zen.yandex.ru/media/id/5c615e3c9e391400ae5f8253/generator-vysokoi-chastoty--vrag-elektroschetchikov-5d6bfa4bf557d000aee28228
  • http://free-generator.ru/
  • https://habr.com/ru/post/207468/


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Home Made Electronics