Spis treści:
- 1 Co to jest generator funkcyjny?
- 2 Jak jest zbudowany generator funkcyjny?
- 3 Jaki przebieg można uzyskać z wykorzystaniem generatora funkcyjnego?
- 4 Specyfikacja generatora funkcyjnego
- 5 Do czego służą generatory funkcyjne?
- 6 Generator arbitralny
- 7 Jak korzystać z generatora funkcyjnego?
- 8 Generatory software’owe i mechaniczne
Dostarczenie napięcia o konkretnej charakterystyce ma spore znaczenie w wielu sytuacjach. W tym celu stosuje się generatory – co warto o nich wiedzieć?
Co to jest generator funkcyjny?
Generator funkcyjny to urządzenie elektroniczne, którego zadaniem jest dostarczenie przebiegu prądowego o określonym kształcie i częstotliwości. Jest to kluczowy sprzęt m.in. podczas testowania, prototypowania lub identyfikowania usterek oraz awarii. Jego zastosowanie najczęściej polega na dostarczeniu żądanego sygnału na wejście, a następnie na obserwowaniu zachowania układu lub wartości na jego wyjściu. Z takimi urządzeniami można często spotkać się również na uczelniach technicznych, gdzie stanowią one przydatną pomoc naukową podczas zajęć laboratoryjnych.
Jak jest zbudowany generator funkcyjny?
Podstawą konstrukcji generatora funkcyjnego jest oscylator, który służy do wytwarzania sygnału zgodnie z zadanymi parametrami. W zależności od modelu może on dostarczać przebieg sinusoidalny, prostokątny, piłokształtny lub trójkątny – wiele urządzeń pozwala także na wybór pomiędzy różnymi opcjami w tym zakresie. Za utrzymanie właściwej częstotliwości odpowiada zazwyczaj generator kwarcowy. Sygnał z oscylatora jest doprowadzany bezpośrednio na wyjście całego układu, które może być podłączone do docelowego urządzenia. Ważnym elementem budowy generatora jest także obwód sprzężenia zwrotnego, na którego wejście kieruje się część wyjścia układu – jego obecność pozwala jednocześnie na przesunięcie fazy o 180 stopni.
Jaki przebieg można uzyskać z wykorzystaniem generatora funkcyjnego?
Najprostsze generatory funkcyjne wytwarzają sygnał trójkątny, którego dokładna częstotliwość i kształt mogą być kontrolowane z użyciem innych komponentów. Przebieg trójkątny jest osiągany przez ładowanie i rozładowywanie kondensatora z wykorzystaniem stałego źródła napięcia. W momencie, gdy napięcie wyjściowe osiąga górną lub dolną wartość zakresu, komparator odwraca kierunek jego zmiany, tym samym tworząc liniowy przebieg trójkątny.
Do osiągnięcia napięcia piłokształtnego stosuje się niższe napięcie, by ładować kondensator z mniejszą prędkością. Rozładowywanie jest z kolei bardzo szybkie dzięki użyciu diody, której polaryzacja pozwala zmienić polaryzację przebiegu. W sytuacji, gdy potrzebne jest napięcie o kształcie prostokątnym, również stosuje się komparatory – w tym przypadku wyjście jest po prostu zależne od tego, czy kondensator jest aktualnie ładowany, czy rozładowywany. Nieco większy problem stanowi uzyskanie „gładkiego” przebiegu sinusoidalnego. W tym celu z reguły stosuje się sterowane diodami układy służące do wygładzania fali.
Specyfikacja generatora funkcyjnego
Poszczególne modele generatorów funkcyjnych mogą się różnić pod względem konkretnych wartości specyfikacji technicznej. Zazwyczaj mieszczą się one jednak w ogólnie przyjętych zakresach, które pozwalają na skuteczną realizację funkcjonalności tego urządzenia. Parametry typowego generatora wyglądają następująco:
- dostępne przebiegi na wyjściu obejmują fale trójkątne, prostokątne, piłokształtne oraz sinusoidalne, w niektórych przypadkach także z możliwością dostarczenia przebiegów o dowolnym kształcie (generatory arbitralne);
- zakres częstotliwości jest przeważnie dość szeroki – np. od 0,1 Hz do 10 MHz, choć można znaleźć modele oferujące nawet do np. 60 czy 100 MHz;
- stabilność częstotliwości, czyli zakres zmian sygnału wyjściowego, wynosi 0,1% na godzinę;
- amplituda napięcia wyjścia – do 10 V, często z możliwością konfiguracji;
- impedancja wyjściowa – 50 Ω.
Do czego służą generatory funkcyjne?
Generator funkcyjny to przede wszystkim narzędzie pomiarowe, które można wykorzystać m.in. podczas wykonywania testów, przygotowywania prototypów czy w trakcie prowadzenia analiz w laboratorium. Jest to również przydatne urządzenie do diagnozowania różnego rodzaju awarii i usterek w układach elektrycznych, których działanie zależy od rodzaju napięcia na wejściu. Wśród sprzętów i układów, które można przetestować z użyciem generatora funkcyjnego, znajdują się m.in. wzmacniacze akustyczne, filtry (górnoprzepustowe, dolnoprzepustowe i pasmowe) czy zwrotnice. Co więcej, generator może posłużyć do badania charakterystyki fazowej układu oraz wyznaczania pasma przenoszenia filtra.
Generator arbitralny
Szczególnym rodzajem generatora funkcyjnego jest tzw. generator arbitralny. To zaawansowane urządzenia, które pozwalają na dostarczenie sygnału o dowolnym kształcie – nie tylko standardowego przebiegu trójkątnego, piłokształtnego, sinusoidalnego czy prostokątnego. W tym przypadku docelowy przebieg jest opisywany jako tablica amplitud oraz kroków czasowych, co pozwala precyzyjnie dostosować wygląd całej funkcji. Generatory arbitralne stosują układy DDS, czyli bezpośredniej syntezy cyfrowej.
Jak korzystać z generatora funkcyjnego?
Aby móc wykorzystać wszystkie możliwości generatora funkcyjnego, warto w pierwszej kolejności zapoznać się ze sposobem obsługi takiego urządzenia. Dokładny sposób sterowania jest zależny od producenta – szczegóły można przeważnie znaleźć w instrukcji dołączonej do sprzętu. Wiele kwestii wygląda jednak bardzo podobnie niezależnie od modelu. Przede wszystkim warto wiedzieć, które ustawienia można modyfikować. Zmienne, na które użytkownik ma wpływ, obejmują zazwyczaj kształt sygnału, amplitudę oraz jego częstotliwość. Ich wartość jest z reguły modyfikowana przez przyciski i pokrętła na urządzeniu – standardowy format obejmuje wyświetlacz cyfrowy z podglądem aktualnego przebiegu i parametrów, obok którego umieszczone są przyciski do kontrolowania działania sprzętu.
Generatory software’owe i mechaniczne
Obok standardowych, elektronicznych generatorów funkcyjnych, warto wspomnieć także o dwóch alternatywnych rozwiązaniach o podobnym przeznaczeniu. W celu wygenerowania sygnału można wykorzystać m.in. oprogramowanie i podzespoły komputerowe – co ciekawe, jest to możliwe nawet z użyciem standardowego komputera oraz karty dźwiękowej jako wyjścia. Istnieją również mechanizmy, które działają w podobny sposób jak generator funkcyjny: są to np. krzywki czy przekładnie zębate o zmiennym przełożeniu. Zazwyczaj mogą one jednak wytworzyć tylko jeden rodzaj przebiegu, a możliwości modyfikacji jego charakterystyki są dość ograniczone. Z tego względu przy zdecydowanej większości zastosowań znacznie lepiej sprawdzi się standardowy generator elektroniczny. Aby mieć pewność, że jego funkcjonalność będzie stać na najwyższym poziomie, warto stawiać na produkty sprawdzonych marek – m.in. Siglent czy JDS6600.
