Функциональные генераторы — это форма испытательного прибора, который может генерировать сигналы стандартной формы: синусоидальные, прямоугольные, импульсные, треугольные, пилообразные и т.д.
Функциональный генератор — это особая форма генератора сигналов, которая способна генерировать сигналы с обычными формами. В отличие от радиочастотных генераторов и некоторых других, которые создают только синусоидальные волны, генератор функций может создавать повторяющиеся формы сигналов с рядом общих форм. В частности, его можно превратить в генератор синусоидальной волны, генератор прямоугольной волны и генератор треугольной волны.

Кроме того, генератор функций может изменять характеристики сигналов, изменяя длину импульса, т. е. отношение пространства меток или наклоны разных краев треугольных или пилообразных сигналов, но он может создавать только сигналов, которые встроены в генератор функций. Его нельзя запрограммировать на создание дополнительных сигналов — для этого требуется генератор сигналов произвольной формы, AWG. Помимо генерации самих сигналов, этот тип контрольно-измерительного прибора может добавлять к сигналу смещение по постоянному току. Это может быть очень полезно в ряде тестовых приложений.
Обычно функциональные генераторы могут работать только на относительно низких частотах, некоторые работают только на частотах около 100 кГц, хотя более дорогие испытательные приборы могут работать на более высоких частотах, вплоть до 20 или 30 МГц.
Возможности генератора функций
Название функционального генератора связано с тем, что он может генерировать ряд различных функций или сигналов. Функциональные генераторы способны создавать различные повторяющиеся формы сигналов, как правило, из списка ниже:
- Синусоидальная волна: функциональный генератор обычно может действовать как генератор синусоидальной волны. Это стандартная форма волны, которая колеблется между двумя уровнями стандартной синусоидальной формы. Использование функционального генератора в качестве генератора синусоидального сигнала является одним из наиболее часто используемых приложений. Синусоидальные волны широко используются в приложениях для тестирования.

- Прямоугольная волна. Другой очень широко используемой формой волны является прямоугольная волна. Он состоит из сигнала, перемещающегося непосредственно между высоким и низким уровнями. Этот измерительный прибор, используемый в качестве генератора прямоугольных сигналов, представляет собой очень полезный источник базовых цифровых сигналов.

- Импульс. Импульсный сигнал — это еще один тип сигнала, который может быть создан функциональным генератором. По сути, это то же самое, что прямоугольная волна, но с соотношением пространства меток, сильно отличающимся от 1:1. Эта форма сигнала снова часто используется в цифровых приложениях.

- Треугольная волна: эта форма сигнала, создаваемого функциональным генератором, линейно перемещается между верхней и нижней точками. Эта форма волны часто генерируется с использованием операционного усилителя, действующего как интегратор. Генератор треугольных сигналов обычно также имеет прямоугольный выходной сигнал, и он используется в качестве основы для генерации всех сигналов в испытательном приборе функционального генератора. Треугольная форма волны часто используется при тестировании усилителей — гораздо легче увидеть искажения и ограничения на треугольной форме волны, чем на синусоидальной.

- Пилообразная волна: Опять же, это треугольная форма волны, но с восходящим краем волны быстрее или медленнее, чем спад, что делает форму формы похожей на пилообразную. Он генерируется той же схемой, что и треугольный сигнал, но с другим временем нарастания и спада, создаваемым изменением скорости заряда элементов нарастания и спада интегратора.
Это основные формы сигналов, которые создаются в испытательном приборе функционального генератора. Эти формы сигналов удовлетворяют большинству потребностей в тестировании ряда элементов. Там, где требуются сигналы специальной формы, требуется генератор сигналов произвольной формы.
Органы управления генератором функций
В дополнение к выбору основных доступных сигналов, другие элементы управления на функциональном генераторе могут включать:
- Частота: Как и следовало ожидать, этот элемент управления изменяет основную частоту, на которой повторяется сигнал. Он не зависит от типа сигнала.
- Тип сигнала: позволяет выбирать различные основные типы сигналов:
- Синусоидальная волна;
- Прямоугольная волна;
- Треугольная волна.
- Смещение постоянного тока: изменяет среднее напряжение сигнала относительно 0 В или земли.
- Рабочий цикл: Этот элемент управления функционального генератора изменяет отношение времени высокого напряжения к времени низкого напряжения в сигнале прямоугольной формы, т. е. изменяет форму волны с прямоугольной волны с рабочим циклом 1:1 на импульсную форму волны или треугольную форму волны с равные времена нарастания и спада пилообразной.
Использование генератора функций
Функциональные генераторы обычно используются в отделах разработки электроники, производственных испытаний и обслуживания. Они обеспечивают гибкую форму генерации сигнала, которую можно использовать во многих тестах. Эти испытательные инструменты очень гибкие и не считаются специальными инструментами. Хотя они часто могут генерировать сигналы в нижней части радиочастотного спектра, обычно используется специальный радиочастотный генератор, если только его нет в наличии.
Кроме того, они, как правило, не используются для тестирования производительности звука, поскольку уровни искажений на синусоидах, которые обычно используются, будут иметь более высокие уровни искажений, чем иногда требуют эти тесты. Типичное значение искажения синусоидальной волны может составлять около 1%. Если требуется очень высокая стабильность частоты, некоторые из этих тестовых приборов позволяют синхронизировать выходной сигнал по фазе с другим источником.
Типы генератора функций
Генератор функций может принимать несколько форм. Благодаря современным цифровым технологиям существует множество форматов для этого типа испытательного оборудования.
- Настольный испытательный прибор: наиболее широко используемой формой функционального генератора в испытательной лаборатории является испытательный прибор, находящийся в коробке, которая стоит на лабораторном столе. Этот тестовый прибор содержит источник питания, элементы управления, дисплей и, конечно же, выходной разъем.
- Инструмент для тестирования, устанавливаемый в стойку: Другой формат, который может использоваться для этого типа тестового оборудования, — это модуль внутри стоечной системы, такой как PXI. Основанная на PCI система стоек PXI была разработана специально для тестовых приложений и включает в себя слот для контроллера или соединения с компьютером. Платы измерительных приборов вставляются в шасси, что позволяет создать тестовую систему, отвечающую потребностям конкретного требуемого тестового приложения. Платы измерительных приборов могут включать любые типы измерительных приборов, включая вольтметры, осциллографы и, конечно же, генератор функций.
- Генератор USB-функций: несколько небольших генераторов функций доступны в качестве тестовых инструментов на базе USB. Они содержат ядро функционального генератора внутри модуля, который подключается к компьютеру через USB-соединение. Этот подход означает, что интерфейсы питания и управления могут использовать ПК, а не тратить деньги и место, необходимые для их размещения в более крупной коробке для измерительного прибора.
- Генератор функций на базе компьютера: другой подход заключается в использовании программного обеспечения на компьютере для обеспечения требуемых форм сигналов, а затем в использовании цифровой карты аудиовыхода компьютера для сигнала. Несмотря на то, что он очень дешевый, он может не иметь выходной мощности и точности других типов контрольно-измерительных приборов. Кроме того, если выход поврежден в результате тестирования и возможного неправильного подключения и т. д., это может привести к дорогостоящему ремонту.
Функциональные генераторы обычно очень просты в эксплуатации. С часто включенной современной технологией обработки это дает возможность множества дополнительных функций, включая простоту эксплуатации и дистанционное управление с помощью одного или нескольких из множества доступных стандартов.
Большое разнообразие функциональных генераторов доступно для ряда различных производителей, а также у различных дистрибьюторов. Затраты обычно вполне разумны, поскольку они, как правило, довольно просты и не требуют очень высокочастотных компонентов. Эти контрольно-измерительные приборы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые, как правило, используют операционные усилители в качестве основы конструкции, но цифровые могут использовать некоторую форму прямого цифрового синтеза.