Generatore di funzioni

Principi di funzionamentoModifica

I generatori di funzioni semplici generano di solito una forma d’onda triangolare la cui frequenza può essere controllata in modo regolare e a passi. Quest’onda triangolare è usata come base per tutte le altre uscite. L’onda triangolare è generata caricando e scaricando ripetutamente un condensatore da una fonte di corrente costante. Questo produce una rampa di tensione linearmente ascendente e discendente. Quando la tensione di uscita raggiunge i limiti superiori o inferiori, la carica o la scarica viene invertita utilizzando un comparatore, producendo l’onda triangolare lineare. Variando la corrente e la dimensione del condensatore, si possono ottenere diverse frequenze. Le onde a dente di sega possono essere prodotte caricando il condensatore lentamente con bassa corrente, ma usando un diodo sopra la sorgente di corrente per scaricarlo velocemente – la polarità del diodo cambia la polarità del dente di sega risultante, cioè aumento lento e caduta veloce, o aumento veloce e caduta lenta.

Un’onda quadra con un duty cycle del 50% si ottiene facilmente notando se il condensatore viene caricato o scaricato, il che si riflette nell’uscita del comparatore di commutazione della corrente. Altri duty cycle (teoricamente dallo 0% al 100%) possono essere ottenuti usando un comparatore e il segnale a dente di sega o a triangolo. La maggior parte dei generatori di funzioni contiene anche un circuito di modellazione a diodi non lineare che può convertire l’onda triangolare in una sinusoide ragionevolmente accurata arrotondando gli angoli dell’onda triangolare in un processo simile al clipping nei sistemi audio.

Un contatore ad anello che cammina, chiamato anche contatore Johnson, e un circuito di modellazione (lineare) di solo resistore è un modo alternativo per produrre un’approssimazione di una sinusoide.Questo è forse il più semplice oscillatore a controllo numerico. Due di questi contatori ad anello ambulanti sono forse il modo più semplice per generare il frequency-shift keying a fase continua usato nella segnalazione multifrequenza a doppio tono e nei primi toni dei modem.

Un tipico generatore di funzioni può fornire frequenze fino a 20 MHz. I generatori RF per frequenze più alte non sono generatori di funzioni in senso stretto, poiché tipicamente producono solo segnali sinusoidali puri o modulati.

I generatori di funzioni, come la maggior parte dei generatori di segnali, possono anche contenere un attenuatore, vari mezzi di modulazione della forma d’onda in uscita, e spesso la capacità di “spazzare” automaticamente e ripetutamente la frequenza della forma d’onda in uscita (per mezzo di un oscillatore controllato in tensione) tra due limiti determinati dall’operatore. Questa capacità rende molto facile valutare la risposta in frequenza di un dato circuito elettronico.

Alcuni generatori di funzione possono anche generare rumore bianco o rosa.

Generatori di funzione più avanzati sono chiamati generatori di forme d’onda arbitrarie (AWG). Usano tecniche di sintesi digitale diretta (DDS) per generare qualsiasi forma d’onda che può essere descritta da una tabella di ampiezze e passi temporali.

SpecificheModifica

Le specifiche tipiche per un generatore di funzioni di uso generale sono:

• Produce un’uscita sinusoidale, quadrata, triangolare, a dente di sega (rampa) e a impulsi. I generatori di forme d’onda arbitrarie possono produrre onde di qualsiasi forma.
• Può generare una vasta gamma di frequenze. Per esempio, il Tektronix FG 502 (ca 1974) copre da 0,1 Hz a 11 MHz.
• Stabilità di frequenza dello 0,1% all’ora per i generatori analogici o di 500 ppm per un generatore digitale.
• Distorsione massima dell’onda sinusoidale di circa l’1% (precisione della rete di modellazione dei diodi) per i generatori analogici. I generatori di forme d’onda arbitrarie possono avere una distorsione inferiore a -55 dB sotto i 50 kHz e meno di -40 dB sopra i 50 kHz.
• Alcuni generatori di funzioni possono essere bloccati in fase a una fonte di segnale esterna, che può essere un riferimento di frequenza o un altro generatore di funzioni.
• Può essere supportata la modulazione di ampiezza (AM), la modulazione di frequenza (FM) o la modulazione di fase (PM).
• Ampiezza di uscita fino a 10 V picco-picco.
• L’ampiezza può essere modificata, di solito da un attenuatore calibrato con passi di decade e regolazione continua all’interno di ogni decade.
• Alcuni generatori forniscono una tensione di offset DC, ad esempio regolabile tra -5V e +5V.
• Un’impedenza di uscita di 50 Ω.

SoftwareEdit

Un approccio completamente diverso alla generazione di funzioni è quello di utilizzare istruzioni software per generare una forma d’onda, con disposizioni per l’uscita. Per esempio, un computer digitale generico può essere usato per generare la forma d’onda; se la gamma di frequenza e l’ampiezza sono accettabili, la scheda audio montata sulla maggior parte dei computer può essere usata per emettere l’onda generata.