Генератори сигналу: схема, принцип дії, пристрій і відгуки

Генератори сигналу: схема, принцип дії, пристрій і відгуки

Застосовуються генератори сигналів при проектуванні електронних пристроїв. Вони використовуються для тестування радіопередавачів, приймачів, підсилювачів звукової частоти. Генератор дозволяє створити сигнал з необхідною амплітудою, частотою і періодом. Тим самим відбувається імітація сигналів, які будуть надходити на пристрій під час роботи. Прилад є незамінним, оскільки він дозволяє протестувати роботу будь-якого пристрою у всіх режимах.

Як виглядають генератори?

Стандартні генератори синусоїдального сигналу представлені у вигляді невеликого короба, на передній панелі є екран. З його допомогою проводиться контроль коливань і регулювання. У верхній частині екрана є текстове поле - це своєрідне меню, в якому присутні різні функції. Керування може виконуватися кнопками та змінними резисторами. На екрані вказується вся інформація, необхідна при роботі.

Амплітуда і зміщення сигналу регулюються за допомогою кнопок. Новітні зразки приладів оснащуються виходами, за допомогою яких можна зробити запис всіх результатів на флеш-накопичувач. Для зміни частоти дискретизації в генераторах синусоїдального сигналу застосовуються спеціальні регулятори. Завдяки їм користувач може дуже швидко здійснити синхронізацію. Зазвичай внизу, під екраном, розташовується кнопка включення, а поруч з нею виходи генератора.

Саморобні прилади

Можна зробити генератор сигналів своїми руками з підручних засобів. Основна частина будь-якого генератора - це селектор (англ. select - вибір). У будь-якій конструкції він розрахований на кілька каналів. У стандартних конструкціях застосовується не більше двох мікросхем. Цього для реалізації найпростіших приладів виявляється достатньо. Ідеально підійдуть для виготовлення генераторів мікросхеми із серії КН148. Що стосується перетворювачів, то вони використовуються тільки аналогові.

У деяких випадках допускається використовувати персональний комп 'ютер як генератор сигналів. Своїми руками можна зробити невеликий перехідник - він встановлюється на виході звукової карти. Сигнал знімається з виходу і використовується для тестування апаратури. На ПК встановлюється програма, яка керуватиме звуковою картою. Брак такої конструкції - занадто вузький діапазон частот, тому його не можна використовувати при тестуванні деяких приладів.

Генератори синусоїдального сигналу

Синус - це найбільш поширена форма сигналу генераторів. Він необхідний для тестування більшої частини апаратури. У конструкції застосовуються найпростіші мікросхеми. Вони виробляють сигнал, який перетворюється операційним підсилювачем. Щоб регулювати сигнали, необхідно включити змінні або постійні резистори у схему. Від типу використовуваних опорів залежить, ступінчато або плавно буде здійснюватися регулювання.

Генератори синусоїдального сигналу широко застосовуються для налаштування не тільки радіоапаратури, а й високочастотної техніки - інверторів, блоків живлення, перетворювачів частоти для асинхронних двигунів тощо. Ця техніка дозволяє здійснювати перетворення вихідного синуса побутової мережі (частота 50 Гц). Причому частота збільшується в десятки разів - до 100 МГц. Це необхідно для нормальної роботи імпульсного трансформатора.

Низькочастотні генератори

Такі конструкції застосовуються для налаштування та тестування аудіоапаратури. Якщо звернути увагу на схему найпростішого низькочастотного генератора сигналів, то можна побачити, що в ньому встановлюються змінні резистори - з їх допомогою проводиться коригування форми і величини сигналу. Щоб змінити величину імпульсу, ви можете скористатися модулятором серії КК202. Сигнал у цьому випадку повинен генеруватися через конденсатори.

Низькочастотний генератор сигналів використовується для налаштування будь-якої аудіоапаратури - програвачів, підсилювачів звукової частоти тощо. Як такий генератор можна використовувати персональний комп 'ютер (навіть старий ноутбук підійде). Це бюджетний варіант, який не потребує великих витрат, якщо в наявності є старенький комп 'ютер. Достатньо встановити останню версію драйверів, програму для роботи зі звуковою картою і зробити перехідник для підключення до апаратури.

Як працюють генератори звукової частоти

Але якщо мова йде про стандартні конструкції, виконані на мікросхемах, то в них напруга подається на селектор. Відбувається генерація сигналу однією або кількома мікросхемами.

Зазвичай схема складається з однієї мікросхеми, яка задає частоту:

  1. До одного входу підключається кварцовий резонатор, налаштований на певну частоту.
  2. До іншого входу мікросхеми підключається змінний резистор (номінал підбирається емпіричним шляхом). Його можна налаштувати коригування коливань.
  3. Мікросхема дозволяє збільшити або зменшити частоту, що виробляється кварцем, на будь-яке значення.
  4. Проводиться прошивка мікросхеми (при необхідності), щоб при обертанні ручки регулятора змінювалася частота.

Максимальна частота, яку може створити прилад, залежить від мікросхеми та кварцу. Значення в 3 ГГц є найбільшим для більшості конструкцій. Для зменшення похибки встановлюються обмежувачі.

Генератори змішаного сигналу

У стандартній конструкції є багатоканальний селектор. На передній панелі генератора, що виробляє сигнал з мінімальною частотою 70 Гц, розташовано не менше п 'яти виходів. Номінали використовуваних у конструкції опорів - 4 Ом, конденсаторів - 20 пФ. Генератор виходить на робочий режим протягом 2,5 секунди.

Зворотна частота приладу може регулюватися в більш широкому діапазоні - до 2000 кГц. При цьому частота регулюється за допомогою модуляційного пристрою. Похибка приладу (абсолютна) становить не більше 2 дБ. Для стандартних генераторів сигналів використовуються перетворювачі серії РР201.

Створення імпульсів довільної форми

У цих приладів є одна особливість - у них дуже маленька похибка. Також конструкція передбачає тонке регулювання вихідного сигналу - для цього використовується шестиканальний селектор. Мінімальна частота, що виробляється генератором, становить 70 Гц. Такими генераторами сприймаються позитивні імпульси. У схемі застосовуються конденсатори, ємність не менше 20 пФ. Опір виходу пристрою становить не більше 5 Ом.

Всі генератори сигналів довільної форми відрізняються за параметрами синхронізації. Відбувається це через тип встановленого конектора. Через це наростання сигналу може відбуватися за час 15-40 нс. Залежно від моделі генератора в ньому може бути два види режимів - логарифмічний і лінійний. За допомогою відповідних перемикачів їх можна змінювати, що спричинить корекцію амплітуди. Сумарна похибка частоти становить не більше 3%.

Генератори складних сигналів

DDS-генератор сигналів можна назвати конструкцією, яка дозволяє отримати імпульси складної форми. У таких конструкціях застосовуються виключно багатоканальні типи селекторів. Сигнал, що виробляється, обов 'язково посилюється, а для зміни режиму роботи застосовуються регулятори.

Сумарний час наростання сигналу становить не більше 40 нс. Щоб зменшити час, використовуються конденсатори ємністю не більше 15 пФ. Опір виходу пристрою становить близько 50 Ом (стандартне значення). При роботі з частотою 40 кГц спотворення не перевищує 1%. Широко використовуються такі конструкції генераторів для тестування радіоприймачів.

Вбудовані редактори

Всі низько- і високочастотні генератори сигналів дуже прості в налаштуванні. У них є кілька чотирьохпозиційних регуляторів, що дозволяють коригувати значення максимальної частоти. Час переходу на встановлений режим здебільшого моделей становить не більше 3 мс. Такий малий час можна досягти завдяки використанню мікроконтролерів.

Мікроконтролери монтуються на основній платі, в деяких конструкціях вони знімні - буквально одним рухом можна встановити новий елемент. У конструкціях з вбудованим редактором не встановлюються обмежувачі. Після селекторів за схемою розташовані перетворювачі. Іноді в схемах можна зустріти синтезатори. Максимальна частота генерованого сигналу може становити 2000 кГц, сумарна похибка не більше 2%.

Генератори цифрового сигналу

Ви розглянули, як працює генератор звукових сигналів для тестування підсилювачів НЧ. Але в наш час широка популярність у цифрової техніки - різні контролери, вимірювачі, які потребують більш тонкого налаштування. Конектори, які використовуються в таких генераторах - КР300. У конструкції резистори мають опір не менше 4 Ом. Завдяки цьому вдається підтримувати великий внутрішній опір всієї конструкції.

У генераторах цифрових сигналів застосовуються три- і чотириканальні типи селекторів, побудовані на мікросхемі КА345. У конструкціях відбувається імпульсна модуляція, оскільки коефіцієнт проходження дуже високий. Широкосмуговий шум вкрай низьке значення має - не більше 10 дБ. Дані конструкції дозволяють генерувати сигнали прямокутної форми. Вони необхідні для тонкого налаштування роботи цифрових схем.

Високочастотні конструкції

Внутрішній опір високочастотного генератора сигналів близько 50 Ом. При цьому пристрій здатний віддавати велику потужність. У високочастотних конструкцій смуга пропускання становить близько 2 ГГц. У схемі застосовуються постійні конденсатори ємністю понад 7 пФ. Це дозволяє підтримувати максимальний струм у ланцюгу до 3 А. Спотворення на рівні 1%.

У високочастотних генераторах застосовуються тільки операційні підсилювачі. На початку і кінці ланцюга монтуються обмежувачі сигналів. Для роботи використовуються мікроконтролери із серії РРК211 і шестиканальний селектор. За допомогою регуляторів можна встановити частоту вихідного сигналу - мінімальне значення 90 Гц.

Логічні сигнали

У конструкції застосовуються постійні резистори, номінал яких не перевищує 4 Ом. Завдяки цьому витримується дуже високий внутрішній опір. Щоб зменшити швидкість, з якою передається сигнал, використовується операційний підсилювач. На передній панелі в стандартних конструкціях присутні три виходи, які з 'єднані з обмежувачем смуги пропускання перемичками.

У схемі генератора сигналів застосовуються перемикачі. Частіше використовується поворотний тип, що дозволяє вибрати один з двох режимів. Такі типи генераторів можуть застосовуватися для фазової модуляції. Максимальний рівень шумів у більшості конструкцій не перевищує 5 дБ. Девіація (відхід) частоти не більше ніж на 16 кГц. Серед недоліків конструкцій такого типу можна виділити великий час наростання сигналу, оскільки пропускна здатність мікроконтролера дуже низька.

Відгуки про генераторів

Відгуки про прості конструкції, які продаються в магазинах, різноманітні. Одні покупці відзначають, що в генераторах занадто помітні сходинки (хоча крива повинна бути плавною). Через це немає можливості нормально налаштувати звукову техніку. Інші покупці відзначають, що генератори не працюють в одному або декількох діапазонах. Якщо необхідно якість і надійність, то придбайте багатофункціональний генератор. Він дозволить проводити налаштування будь-якої апаратури - від підсилювачів звукової частоти до радіопередавачів стільникових телефонів. Дешеві конструктори, яких у магазинах достатньо, дозволяють виробляти тільки грубе налаштування техніки. Такий генератор сигналу частоту підтримує добре, але ось форма кривої залишає бажати кращого.