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, так як він дозволяє протестувати роботу будь-якого пристрою у всіх режимах.

Як виглядають генератори?

Стандартні генератори синусоїдального сигналу представлені у вигляді невеликого короби, на передній панелі є екран. З його допомогою здійснюється контроль коливань і регулювання. У верхній частині екрану є текстове поле – це своєрідне меню, в якому присутні різні функції. Управління може здійснюватися і змінними кнопками резисторами. На екрані зазначається вся інформація, необхідна при роботі.


Амплітуда і зсув 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-якої 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 серії КН148. Що стосується перетворювачів, то вони використовуються тільки аналогові. В деяких випадках допускається використовувати персональний комп'ютер в якості генератора 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 буде керувати звуковою картою. Недолік такої конструкції – занадто вузький діапазон частот, тому його 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 виробляти регулювання сигналів, необхідно в схему включити змінні або постійні резистори. Від типу використовуваних опорів залежить, ступінчасто або плавно буде здійснюватися регулювання. Генератори синусоїдального сигналу широко застосовуються для налаштування не тільки радіоапаратури, але і високочастотної техніки – інверторів, блоків живлення, перетворювачів частоти для асинхронних двигунів і т. д. Ця техніка дозволяє виконувати 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 і 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 здійснити зміну величини імпульсу, можна використовувати модулятор серії КК202. Сигнал у цьому випадку повинен генеруватися через конденсатори. Низькочастотний генератор сигналів використовується для настройки будь аудіоапаратури – програвачів, підсилювачів звукової частоти і т. д. В якості такого генератора можна використовувати персональний комп'ютер (навіть старий ноутбук підійде). Це бюджетний варіант, який не потребує великих витрат, якщо в наявності є старенький комп'ютер. Досить 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 конструкціях, виконаних на мікросхемах, то в них напруга подається на селектор. Відбувається генерація сигналу однієї або кількома мікросхемами.

Зазвичай схема складається з однієї мікросхеми, яка задає частоту: До одного входу підключається кварцовий резонатор, налаштований на певну частоту. До іншого входу мікросхеми підключається змінний резистор (номінал підбирається емпіричним шляхом). З його допомогою можна здійснювати коригування коливань. Мікросхема дозволяє збільшити або зменшити частоту, вироблювану кварцом, на будь-яке значення. Проводиться прошивка мікросхеми (при необхідності), щоб при обертанні ручки регулятора змінювалася частота. Максимальна частота, яку може згенерувати прилад, залежить від використовуваної мікросхеми і 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, який виробляє сигнал з мінімальною частотою 70 Гц, розташоване не менше п'яти виходів. Номінали використовуваних в конструкції опорів – 4 Ом, конденсаторів – 20 пФ. Генератор виходить на робочий режим протягом 25 секунди. Зворотна частота приладу може регулюватися в більш широкому діапазоні – до 2000 кГц. При цьому частота регулюється з допомогою маніпуляційного пристрою. Похибка приладу (абсолютна) становить не більше 2 дБ. Для стандартних генераторів сигналів використовуються перетворювачі серії РР201.

Генератор імпульсів довільної форми

У цих приладів є одна особливість – у них дуже маленька похибка. Також конструкція передбачає тонку регулювання вихідного сигналу – для цього використовується шестиканальний селектор. Мінімальна частота, вироблювана 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 із-за типу встановленого коннектора. Унаслідок цього наростання сигналу може відбуватися за час 15-40 нс. В залежності від моделі генератора в ньому може бути два види режимів – логарифмічний і лінійний. За допомогою відповідних перемикачів їх можна міняти, що спричинить за собою 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. Виробляється сигнал обов'язково посилюється, а для зміни режиму роботи застосовуються регулятори. Сумарний час наростання сигналу становить не більше 40 нс. Щоб зменшити час, використовуються конденсатори місткістю 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 - та високочастотні генератори сигналів дуже прості в налаштуванні. У них є кілька четырехпозиционных регуляторів, що дозволяють коригувати значення максимальної частоти. Час переходу на сталий режим в більшій частині моделей становить не більше 3 мс. Таке мале 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, вимірники, які потребують більш тонкої настройки. Коннектори, використовувані у таких генераторах – КР300. У конструкції резистори мають опір не менше 4 Ом. Завдяки цьому вдається підтримувати великий внутрішній опір усієї конструкції. В генераторах цифрових сигналів застосовуються трьох - і чотирьохядерні типи селекторів, побудовані на мікросхемі КА345. У конструкціях відбувається імпульсна модуляція, так як 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 в ланцюзі до 3 А. Викривлення на рівні 1 %. У високочастотних генераторах застосовуються тільки операційні підсилювачі. На початку і кінці ланцюга монтуються обмежувачі сигналів. Для роботи використовуються мікроконтролери 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, що використовується операційний підсилювач. На передній панелі стандартних конструкціях присутній 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 (догляд) частоти не більше ніж на 16 кГц. Серед недоліків конструкцій такого типу можна виділити великий час наростання сигналу, так як пропускна здатність мікроконтролера дуже низька.

Відгуки про генераторах

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