Генераторы сигнала: схема, принцип действия, устройство и отзывы

Применяются генераторы сигналов при проектировании электронных устройств. Они используются для тестирования радиопередатчиков, приемников, усилителей звуковой частоты. Генератор позволяет создать сигнал с необходимой амплитудой, частотой и периодом. Тем самым происходит имитация сигналов, которые будут поступать на устройство во время работы. Прибор является незаменимым, так как он позволяет протестировать работу любого устройства во всех режимах.

Как выглядят генераторы?

Стандартные генераторы синусоидального сигнала представлены в виде небольшого короба, на передней панели имеется экран. С его помощью производится контроль колебаний и регулировки. В верхней части экрана имеется текстовое поле – это своеобразное меню, в котором присутствуют разные функции. Управление может производиться кнопками и переменными резисторами. На экране указывается вся информация, необходимая при работе.

Амплитуда и смещение сигнала регулируются при помощи кнопок. Новейшие образцы приборов оснащаются выходами, посредством которых можно произвести запись всех результатов на флеш-накопитель. Для изменения частоты дискретизации в генераторах синусоидального сигнала применяются специальные регуляторы. Благодаря им пользователь может очень быстро осуществить синхронизацию. Обычно внизу, под экраном, располагается кнопка включения, а рядом с ней выходы генератора.

Самодельные приборы

Можно сделать генератор сигналов своими руками из подручных средств. Основная часть любого генератора – это селектор (англ. select – выбор). В любой конструкции он рассчитан на несколько каналов. В стандартных конструкциях применяется не более двух микросхем. Этого для реализации простейших приборов оказывается достаточно. Идеально подойдут для изготовления генераторов микросхемы из серии КН148. Что касается преобразователей, то они используются только аналоговые.

В некоторых случаях допускается использовать персональный компьютер в качестве генератора сигналов. Своими руками можно сделать небольшой переходник – он устанавливается на выходе звуковой карты. Сигнал снимается с выхода и используется для тестирования аппаратуры. На ПК устанавливается программа, которая будет управлять звуковой картой. Недостаток такой конструкции – слишком узкий диапазон частот, поэтому его нельзя использовать при тестировании некоторых приборов.

Генераторы синусоидального сигнала

Синус – это наиболее распространенная форма сигнала генераторов. Он необходим для тестирования большей части аппаратуры. В конструкции применяются самые простые микросхемы. Они вырабатывают сигнал, который преобразовывается операционным усилителем. Чтобы производить регулировку сигналов, необходимо в схему включить переменные или постоянные резисторы. От типа используемых сопротивлений зависит, ступенчато или плавно будет осуществляться регулировка.

Генераторы синусоидального сигнала широко применяются для настройки не только радиоаппаратуры, но и высокочастотной техники – инверторов, блоков питания, преобразователей частоты для асинхронных двигателей и т. д. Эта техника позволяет производить преобразование исходного синуса бытовой сети (частота 50 Гц). Причем частота увеличивается в десятки раз – до 100 МГц. Это необходимо для нормальной работы импульсного трансформатора.

Низкочастотные генераторы

Такие конструкции применяются для настройки и тестирования аудиоаппаратуры. Если обратить внимание на схему простейшего низкочастотного генератора сигналов, то можно увидеть, что в нем устанавливаются переменные резисторы – с их помощью производится корректировка формы и величины сигнала. Чтобы осуществить изменение величины импульса, можно использовать модулятор серии КК202. Сигнал в этом случае должен генерироваться через конденсаторы.

Низкочастотный генератор сигналов используется для настройки любой аудиоаппаратуры – проигрывателей, усилителей звуковой частоты и т. д. В качестве такого генератора можно использовать персональный компьютер (даже старый ноутбук подойдет). Это бюджетный вариант, который не потребует больших затрат, если в наличии имеется старенький компьютер. Достаточно установить последнюю версию драйверов, программу для работы со звуковой картой и сделать переходник для подключения к аппаратуре.

Как работают генераторы звуковой частоты

Но если речь идет о стандартных конструкциях, выполненных на микросхемах, то в них напряжение подается на селектор. Происходит генерация сигнала одной или несколькими микросхемами.

Обычно схема состоит из одной микросхемы, которая задает частоту:

1. К одному входу подключается кварцевый резонатор, настроенный на определенную частоту.
2. К другому входу микросхемы подключается переменный резистор (номинал подбирается эмпирическим путем). С его помощью можно производить корректировку колебаний.
3. Микросхема позволяет увеличить или уменьшить частоту, вырабатываемую кварцем, на любое значение.
4. Производится прошивка микросхемы (при необходимости), чтобы при вращении ручки регулятора изменялась частота.

Максимальная частота, которую может сгенерировать прибор, зависит от используемой микросхемы и кварца. Значение в 3 ГГц является наибольшим для большинства конструкций. Для уменьшения погрешности устанавливаются ограничители.

Генераторы смешанного сигнала

В стандартной конструкции имеется многоканальный селектор. На передней панели генератора, вырабатывающего сигнал с минимальной частотой 70 Гц, расположено не меньше пяти выходов. Номиналы используемых в конструкции сопротивлений – 4 Ом, конденсаторов – 20 пФ. Генератор выходит на рабочий режим в течение 2,5 секунды.

Обратная частота прибора может регулироваться в более широком диапазоне – до 2000 кГц. При этом частота регулируется с помощью модуляционного устройства. Погрешность прибора (абсолютная) составляет не больше 2 дБ. Для стандартных генераторов сигналов используются преобразователи серии РР201.

Генератор импульсов произвольной формы

У этих приборов имеется одна особенность – у них очень маленькая погрешность. Также конструкция предусматривает тонкую регулировку выходного сигнала – для этого используется шестиканальный селектор. Минимальная частота, вырабатываемая генератором, составляет 70 Гц. Такими генераторами воспринимаются положительные импульсы. В схеме применяются конденсаторы, емкость не меньше 20 пФ. Сопротивление выхода устройства составляет не больше 5 Ом.

Все генераторы сигналов произвольной формы отличаются по параметрам синхронизации. Происходит это из-за типа установленного коннектора. По причине этого нарастание сигнала может происходить за время 15-40 нс. В зависимости от модели генератора в нем может быть два вида режимов – логарифмический и линейный. При помощи соответствующих переключателей их можно менять, что повлечет за собой коррекцию амплитуды. Суммарная погрешность частоты составляет не больше 3 %.

Генераторы сложных сигналов

DDS-генератор сигналов можно назвать конструкцией, которая позволяет получить импульсы сложной формы. В таких конструкциях применяются исключительно многоканальные типы селекторов. Вырабатываемый сигнал обязательно усиливается, а для смены режима работы применяются регуляторы.

Суммарное время нарастания сигнала составляет не больше 40 нс. Чтобы уменьшить время, используются конденсаторы емкостью не больше 15 пФ. Сопротивление выхода устройства составляет около 50 Ом (стандартное значение). При работе с частотой 40 кГц искажение не превышает 1 %. Широко используются такие конструкции генераторов для тестирования радиоприемников.

Встроенные редакторы

Все низко- и высокочастотные генераторы сигналов очень просты в настройке. У них имеется несколько четырехпозиционных регуляторов, позволяющих корректировать значение максимальной частоты. Время перехода на установившийся режим в большей части моделей составляет не больше 3 мс. Такое малое время можно достичь благодаря использованию микроконтроллеров.

Микроконтроллеры монтируются на основной плате, в некоторых конструкциях они съемные – буквально одним движением можно установить новый элемент. В конструкциях со встроенным редактором не устанавливаются ограничители. После селекторов по схеме расположены преобразователи. Иногда в схемах можно встретить синтезаторы. Максимальная частота генерируемого сигнала может составлять 2000 кГц, суммарная погрешность не более 2 %.

Генераторы цифрового сигнала

Вы рассмотрели, как работает генератор звуковых сигналов для тестирования усилителей НЧ. Но в наше время широкая популярность у цифровой техники – различные контроллеры, измерители, которые нуждаются в более тонкой настройке. Коннекторы, используемые в таких генераторах – КР300. В конструкции резисторы имеют сопротивление не меньше 4 Ом. Благодаря этому удается поддерживать большое внутреннее сопротивление всей конструкции.

В генераторах цифровых сигналов применяются трех- и четырехканальные типы селекторов, построенные на микросхеме КА345. В конструкциях происходит импульсная модуляция, так как коэффициент прохождения очень высокий. Широкополосный шум крайне низкое значение имеет – не больше 10 дБ. Данные конструкции позволяют генерировать сигналы прямоугольной формы. Они необходимы для тонкой настройки работы цифровых схем.

Высокочастотные конструкции

Внутреннее сопротивление высокочастотного генератора сигналов около 50 Ом. При этом устройство способно отдавать большую мощность. У высокочастотных конструкций полоса пропускания составляет около 2 ГГц. В схеме применяются постоянные конденсаторы емкостью свыше 7 пФ. Это позволяет поддерживать максимальный ток в цепи до 3 А. Искажения на уровне 1 %.

В высокочастотных генераторах применяются только операционные усилители. В начале и конце цепи монтируются ограничители сигналов. Для работы используются микроконтроллеры из серии РРК211 и шестиканальный селектор. При помощи регуляторов можно установить частоту выходного сигнала – минимальное значение 90 Гц.

Логические сигналы

В конструкции применяются постоянные резисторы, номинал которых не превышает 4 Ом. Благодаря этому выдерживается очень высокое внутреннее сопротивление. Чтобы уменьшить скорость, с которой передается сигнал, используется операционный усилитель. На передней панели в стандартных конструкциях присутствует три выхода, которые соединены с ограничителем полосы пропускания перемычками.

В схеме генератора сигналов применяются переключатели. Чаще используется поворотный тип, позволяющий выбрать один из двух режимов. Такие типы генераторов могут применяться для фазовой модуляции. Максимальный уровень шумов у большинства конструкций не превышает 5 дБ. Девиация (уход) частоты не более чем на 16 кГц. Среди недостатков конструкций такого типа можно выделить большое время нарастания сигнала, так как пропускная способность микроконтроллера очень низкая.

Отзывы о генераторах

Отзывы о простых конструкциях, которые продаются в магазинах, разнообразные. Одни покупатели отмечают, что в генераторах слишком заметны ступеньки (хотя кривая должна быть плавной). Из-за этого нет возможности нормально настроить звуковую технику. Другие покупатели отмечают, что генераторы не работают в одном или нескольких диапазонах. Если необходимо качество и надежность, то приобретите многофункциональный генератор. Он позволит производить настройку любой аппаратуры – от усилителей звуковой частоты до радиопередатчиков сотовых телефонов. Дешевые конструкторы, которых в магазинах достаточно, позволяют производить только грубую настройку техники. Такой генератор сигнала частоту поддерживает хорошо, но вот форма кривой оставляет желать лучшего.