1. Генераторы сигналов

Генератор сигнала, или источник сигнала, представляет собой источник воздействующего сигнала, который в паре с регистрирующим прибором позволяет создать законченное измерительное решение [ CITATION Заполнитель1 \l 1033 ]. Эти два прибора окружают исследуемое устройство с двух сторон – со стороны входа и со стороны выхода. Генератор сигналов функционирует в полном соответствии со своим названием: генерирует сигналы, используемые в качестве воздействующих сигналов в ходе измерений параметров электронных устройств. Большинству схем требуется входной сигнал с изменяющейся во времени амплитудой. Форма сигнала может представлять собой синусоиду или другую периодическую функцию, цифровой импульс, двоичную последовательность или полностью произвольную форму.

Рассмотрим подробнее генераторы, позволяющие получить на выходе различные формы сигнала.

1. Функциональные генераторы

Функциональными генераторами принято называть генераторы нескольких функциональных зависимостей (сигналов), например, прямоугольных, треугольных и синусоидальных, формируемых с одной перестраиваемой в достаточно широких пределах частотой [CITATION Дья09 \l 1049 ]. Разнообразие форм сигналов расширяет сферы применения таких генераторов и позволяет использовать их для тестирования, отладки и исследования самой разнообразной электронной аппаратуры.

Функциональные генераторы являются широкодиапазонными устройствами — отношение максимальной частоты генерации к минимальной у них имеет нередко порядок 10­⁵ — 10⁶ и выше. Наиболее часто функциональные генераторы используются при отладке ВЧ, НЧ и сверхнизкочастотных устройств. В СВЧ диапазоне частот эти устройства не используются, за исключением применения в качестве источников модулирующих сигналов.

Функциональные генераторы делятся на два широких класса:

1. Аналоговые функциональные генераторы на основе интегратора аналоговых сигналов в виде прямоугольных импульсов (меандра).

2. Цифровые функциональные генераторы.

1. Аналоговые функциональные генераторы

Для реализации аналогового интегрирования применяют устройства заряда - разряда конденсатора неизменным током и схемы с отрицательной обратной связью (емкостные интеграторы на интегрирующих усилителях постоянного напряжения).

Принцип построения функциональных генераторов на основе интегратора с отрицательной емкостной обратной связью поясняет рисунок 1.1. Основой генератора является интегратор И, построенный на интегральном операционном усилителе ОУ, и релейный элемент РЭ.

Рисунок 1.1 – Функциональный генератор на основе аналогового интегратора

При нарастании линейно-изменяющегося напряжения с выхода интегратора релейный элемент переключается, что ведет к изменению направления интегрирования интегратора И. Напряжение на его выходе становится линейно-падающим, и когда оно падает ниже уровня U1 РЭ вновь срабатывает. Направление интегрирования вновь меняется, и процессы повторяются.

Прямоугольные и треугольные импульсы (рисунок 1.2) получаются вполне естественно, как результат работы релаксационного генератора. Но для получения синусоидального напряжения приходится использовать специальный нелинейный преобразователь Пр. Создание такого преобразователя является достаточно сложной технической задачей.

Рисунок 1.2 – Выходные сигналы генератора, изображенного на рисунке 1.1

При построении простых функциональных генераторов возможности управления их параметрами (прежде всего, частотой) оказываются ограниченными. Так, в генераторе на рисунке 1.1 грубое изменение частоты можно организовать переключением конденсатора C_И, а плавное изменение частоты осуществляется измерением R_И. Кратность плавного изменения частоты может достигать десятков — сотен раз.

Однако для устройства, управление которым происходит с персонального компьютера необходимо электронное изменение частоты.

В принципе есть два способа электронного управления частотой функционального

генератора:

1. Изменением токов заряда и разряда конденсатора.

2. Изменением уровней U1 и U2 срабатывания релейного элемента.

Второй способ обычно ведет к изменению амплитуды выходных сигналов, что чаще всего нежелательно. В связи с этим данный вариант рассматриваться не будет.

На рисунке 1.3 показана обобщенная блок-схема функционального генератора, управляемого напряжением U0, в частности, снимаемого с прецизионного проволочного потенциометра Rf. Блок управления частотой (БУЧ) создает пару напряжений или токов, которые могут иметь дополнительные приращения для осуществления частотной модуляции. Для этого на "вход ЧМ" подается модулирующее напряжение от относительно низкочастотного генератора.

Рисунок 1.3 – Функциональный генератор, управляемый напряжением

На вход интегратора подаются попеременно (с помощью электронного коммутатора (ЭК)) напряжения или токи разной полярности, которые и определяют времена заряда и разряда конденсатора интегратора.