Funktionsgenerator

FunktionsprinzipienBearbeiten

Einfache Funktionsgeneratoren erzeugen in der Regel eine Dreieckswelle, deren Frequenz sowohl stufenlos als auch in Schritten gesteuert werden kann. Diese Dreieckswelle wird als Grundlage für alle anderen Ausgänge des Generators verwendet. Die Dreieckswelle wird durch wiederholtes Laden und Entladen eines Kondensators aus einer Konstantstromquelle erzeugt. Dadurch entsteht eine linear ansteigende und abfallende Spannungsrampe. Wenn die Ausgangsspannung einen oberen oder unteren Grenzwert erreicht, wird die Auf- oder Entladung mit Hilfe eines Komparators umgekehrt, wodurch die lineare Dreieckswelle entsteht. Durch Variation des Stroms und der Größe des Kondensators lassen sich verschiedene Frequenzen erzielen. Sägezahnwellen können erzeugt werden, indem man den Kondensator langsam mit geringem Strom auflädt, aber eine Diode über der Stromquelle verwendet, um ihn schnell zu entladen – die Polarität der Diode ändert die Polarität des resultierenden Sägezahns, d.h. langsamer Anstieg und schneller Abfall oder schneller Anstieg und langsamer Abfall.

Eine Rechteckwelle mit 50 % Tastverhältnis erhält man leicht, indem man feststellt, ob der Kondensator geladen oder entladen wird, was sich im Ausgang des Stromschaltkomparators widerspiegelt. Andere Tastverhältnisse (theoretisch von 0 % bis 100 %) lassen sich mit einem Komparator und dem Sägezahn- oder Dreieckssignal erzielen. Die meisten Funktionsgeneratoren enthalten auch eine nichtlineare Diodenformungsschaltung, die die Dreieckswelle in eine einigermaßen genaue Sinuswelle umwandeln kann, indem sie die Ecken der Dreieckswelle in einem Prozess abrundet, der dem Clipping in Audiosystemen ähnelt.

Ein wandelnder Ringzähler, auch Johnson-Zähler genannt, und eine (lineare) reine Widerstandsformungsschaltung sind eine alternative Möglichkeit, eine Annäherung an eine Sinuswelle zu erzeugen.Zwei solcher Ringzähler sind vielleicht die einfachste Möglichkeit, die phasengleiche Frequenzumtastung zu erzeugen, die bei der Zweiton-Mehrfrequenzsignalisierung und frühen Modemtönen verwendet wird.

Ein typischer Funktionsgenerator kann Frequenzen bis zu 20 MHz erzeugen. HF-Generatoren für höhere Frequenzen sind keine Funktionsgeneratoren im engeren Sinne, da sie in der Regel nur reine oder modulierte Sinussignale erzeugen.

Funktionsgeneratoren können, wie die meisten Signalgeneratoren, auch ein Dämpfungsglied, verschiedene Mittel zur Modulation der Ausgangswellenform und oft die Fähigkeit enthalten, die Frequenz der Ausgangswellenform (mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Oszillators) automatisch und wiederholt zwischen zwei vom Bediener festgelegten Grenzwerten zu „wobbeln“. Diese Fähigkeit macht es sehr einfach, den Frequenzgang einer bestimmten elektronischen Schaltung zu bewerten.

Einige Funktionsgeneratoren können auch weißes oder rosa Rauschen erzeugen.

Mehr fortgeschrittene Funktionsgeneratoren werden Arbitrary Waveform Generators (AWG) genannt. Sie verwenden direkte digitale Synthesetechniken (DDS), um jede beliebige Wellenform zu erzeugen, die durch eine Tabelle von Amplituden und Zeitschritten beschrieben werden kann.

SpezifikationenBearbeiten

Typische Spezifikationen für einen Allzweck-Funktionsgenerator sind:

• Erzeugt Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, Sägezahn- (Rampen-) und Impulsausgang. Arbiträre Wellenformgeneratoren können Wellen beliebiger Form erzeugen.
• Sie können eine breite Palette von Frequenzen erzeugen. Der Tektronix FG 502 (ca. 1974) deckt zum Beispiel 0,1 Hz bis 11 MHz ab.
• Frequenzstabilität von 0,1 % pro Stunde für analoge Generatoren oder 500 ppm für einen digitalen Generator.
• Maximale Sinuswellenverzerrung von etwa 1 % (Genauigkeit des Diodenformungsnetzwerks) für analoge Generatoren. Arbiträrwellenformgeneratoren dürfen eine Verzerrung von weniger als -55 dB unterhalb von 50 kHz und weniger als -40 dB oberhalb von 50 kHz aufweisen.
• Einige Funktionsgeneratoren können mit einer externen Signalquelle phasenverriegelt werden, die eine Frequenzreferenz oder ein anderer Funktionsgenerator sein kann.
• Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM) oder Phasenmodulation (PM) können unterstützt werden.
• Ausgangsamplitude bis zu 10 V Spitze-Spitze.
• Amplitude kann modifiziert werden, in der Regel durch ein kalibriertes Dämpfungsglied mit Dekadenschritten und kontinuierlicher Anpassung innerhalb jeder Dekade.
• Einige Generatoren bieten eine Offset-Gleichspannung, z. B. einstellbar zwischen -5 V und +5 V.
• Eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω.

SoftwareEdit

Ein völlig anderer Ansatz zur Funktionsgenerierung ist die Verwendung von Softwarebefehlen zur Erzeugung einer Wellenform mit Ausgabe. Zum Beispiel kann ein Universal-Digitalcomputer zur Erzeugung der Wellenform verwendet werden; wenn Frequenzbereich und Amplitude akzeptabel sind, kann die in den meisten Computern eingebaute Soundkarte zur Ausgabe der erzeugten Welle verwendet werden.