Generátor funkcí

Principy činnostiEdit

Generátory jednoduchých funkcí obvykle generují trojúhelníkový průběh, jehož frekvenci lze řídit plynule i skokově. Tento trojúhelníkový průběh slouží jako základ pro všechny jeho další výstupy. Trojúhelníková vlna se generuje opakovaným nabíjením a vybíjením kondenzátoru ze zdroje konstantního proudu. Tím vzniká lineárně stoupající a klesající napěťová rampa. Když výstupní napětí dosáhne horní nebo dolní meze, nabíjení nebo vybíjení se pomocí komparátoru obrátí, čímž vznikne lineární trojúhelníková vlna. Změnou proudu a velikosti kondenzátoru lze dosáhnout různých frekvencí. Pilovité vlny lze vytvářet pomalým nabíjením kondenzátoru malým proudem, ale rychlým vybíjením pomocí diody nad zdrojem proudu – polarita diody mění polaritu výsledné pilovité vlny, tj. pomalý náběh a rychlý pokles nebo rychlý náběh a pomalý pokles.

Čtvercovou vlnu s pracovním cyklem 50 % lze snadno získat tak, že se zaznamená, zda se kondenzátor nabíjí nebo vybíjí, což se projeví na výstupu komparátoru spínání proudu. Jiné pracovní cykly (teoreticky od 0 % do 100 %) lze získat pomocí komparátoru a pilového nebo trojúhelníkového signálu. Většina generátorů funkcí obsahuje také nelineární diodový tvarovací obvod, který může převést trojúhelníkovou vlnu na poměrně přesnou sinusovku zaokrouhlením rohů trojúhelníkové vlny v procesu podobném ořezávání v audiosystémech.

Alternativním způsobem, jak získat aproximaci sinusovky, je krokový kruhový čítač, nazývaný také Johnsonův čítač, a (lineární) tvarovací obvod pouze s rezistory.Jedná se pravděpodobně o nejjednodušší číslicově řízený oscilátor.Dva takové kroužkové čítače jsou pravděpodobně nejjednodušším způsobem, jak generovat spojité fázové klíčování s frekvenčním posunem používané ve dvoutónové vícefrekvenční signalizaci a v prvních modemových tónech.

Běžný funkční generátor může poskytovat frekvence až 20 MHz. VF generátory pro vyšší frekvence nejsou funkčními generátory v pravém slova smyslu, protože obvykle produkují pouze čisté nebo modulované sinusové signály.

Funkční generátory, stejně jako většina signálových generátorů, mohou také obsahovat atenuátor, různé prostředky pro modulaci výstupního průběhu a často i schopnost automaticky a opakovaně „přehazovat“ frekvenci výstupního průběhu (pomocí napětím řízeného oscilátoru) mezi dvěma operátorem stanovenými mezními hodnotami. Tato schopnost velmi usnadňuje vyhodnocení frekvenční odezvy daného elektronického obvodu.

Některé generátory funkcí mohou také generovat bílý nebo růžový šum.

Modernější generátory funkcí se nazývají generátory libovolných průběhů (AWG). Používají techniky přímé digitální syntézy (DDS) ke generování libovolného tvaru vlny, který lze popsat tabulkou amplitud a časových kroků.

SpecifikaceEdit

Typické specifikace generátoru funkcí pro všeobecné použití jsou:

• Produkuje sinusový, čtvercový, trojúhelníkový, pilový (rampový) a pulzní výstup. Generátory libovolných průběhů mohou produkovat vlny libovolného tvaru.
• Může generovat široký rozsah frekvencí. Například přístroj Tektronix FG 502 (cca 1974) pokrývá frekvenční rozsah 0,1 Hz až 11 MHz.
• Stabilita frekvence 0,1 % za hodinu u analogových generátorů nebo 500 ppm u digitálního generátoru.
• Maximální zkreslení sinusové vlny přibližně 1 % (přesnost diodové tvarovací sítě) u analogových generátorů. Generátory s libovolným průběhem mohou mít zkreslení menší než -55 dB pod 50 kHz a menší než -40 dB nad 50 kHz.
• Některé funkční generátory mohou být fázově uzamčeny na externí zdroj signálu, kterým může být referenční frekvence nebo jiný funkční generátor.
• Může být podporována amplitudová modulace (AM), frekvenční modulace (FM) nebo fázová modulace (PM).
• Výstupní amplituda až 10 V od špičky ke špičce.
• Amplitudu lze měnit, obvykle kalibrovaným atenuátorem s dekádovými kroky a plynulým nastavením v rámci každé dekády.
• Některé generátory poskytují stejnosměrné offsetové napětí, např. nastavitelné v rozsahu -5 V až +5 V.
• Výstupní impedance 50 Ω.

SoftwareEdit

Zcela odlišný přístup ke generování funkcí spočívá v použití softwarových instrukcí pro generování průběhu se zajištěním výstupu. K vygenerování tvaru vlny lze například použít univerzální digitální počítač; pokud je přijatelný frekvenční rozsah a amplituda, lze k výstupu vygenerované vlny použít zvukovou kartu, kterou je vybavena většina počítačů.