Spis treści:
V mnoha situacích má značný význam zajištění napětí se specifickými vlastnostmi. K tomuto účelu se používají generátory – co stojí za to o nich vědět?
Co je to generátor funkcí?
Funkční generátor je elektronické zařízení, jehož funkcí je poskytovat proudový průběh určitého tvaru a frekvence. Je to klíčové zařízení mimo jiné při testování, vytváření prototypů nebo identifikaci závad a poruch. Jeho použití nejčastěji spočívá v tom, že se na vstup přivede požadovaný signál a poté se sleduje chování systému nebo hodnota na jeho výstupu. S těmito přístroji se lze často setkat i na technických univerzitách, kde jsou užitečnou pomůckou při výuce v laboratorních hodinách.
Jak je generátor funkcí strukturován?
Základem konstrukce generátoru funkcí je oscilátor, který slouží k vytváření signálu podle nastavených parametrů. V závislosti na modelu může poskytovat sinusový, obdélníkový, pilovitý nebo trojúhelníkový průběh – mnoho jednotek umožňuje v tomto ohledu také volbu mezi různými možnostmi. Za udržování správné frekvence je obvykle zodpovědný křemenný generátor. Signál z oscilátoru je přiváděn přímo na výstup celého obvodu, který lze připojit k cílovému zařízení. Důležitou součástí konstrukce generátoru je také zpětnovazební obvod, na jehož vstup je směrována část výstupu systému – jeho přítomnost současně umožňuje posun fáze o 180 stupňů.
Jaký průběh lze získat pomocí generátoru funkcí?
Nejjednodušší generátory funkcí vytvářejí trojúhelníkový signál, jehož přesnou frekvenci a tvar lze řídit pomocí dalších součástek. Trojúhelníkového průběhu se dosáhne nabíjením a vybíjením kondenzátoru pomocí zdroje konstantního napětí. Když výstupní napětí dosáhne horní nebo dolní hodnoty rozsahu, komparátor obrátí směr jeho změny, čímž vytvoří lineární trojúhelníkový průběh.
K dosažení pilovitého napětí se používá nižší napětí, aby se kondenzátor nabíjel pomaleji. Na druhou stranu je vybíjení velmi rychlé, protože se používá diody která umožňuje měnit polaritu průběhu. Při potřebě obdélníkových napětí se používají také následující prvky. komparátory – v tomto případě je výstup jednoduše závislý na tom, zda se kondenzátor právě nabíjí nebo vybíjí. Dosažení “hladkého” sinusového průběhu je poněkud problematičtější. K tomuto účelu se obvykle používají diodově řízené obvody pro vyhlazování vln.
Specifikace funkčního generátoru
Jednotlivé modely generátorů funkcí se mohou lišit konkrétními hodnotami technických specifikací. Obvykle se však pohybují v obecně přijímaných mezích, které umožňují efektivní realizaci funkcí tohoto zařízení. Parametry typického generátoru jsou následující:
- dostupné výstupní průběhy zahrnují trojúhelníkové, obdélníkové, pilovité a sinusové vlny, v některých případech také s možností poskytnout průběhy libovolného tvaru (libovolné generátory);
- frekvenční rozsah je obecně poměrně široký – např. od 0,1 Hz do 10 MHz, i když lze nalézt modely nabízející např. až 60 nebo 100 MHz;
- stabilita frekvence, tj. rozsah kolísání výstupního signálu, je 0,1 % za hodinu;
- amplituda výstupního napětí – až 10 V, často konfigurovatelná;
- výstupní impedance – 50 Ω.
K čemu se používají generátory funkcí?
Generátor funkcí je především měřicí nástroj který lze použít mimo jiné při provádění testů, přípravě prototypů nebo analýzách v laboratoři. Je to také užitečné zařízení pro diagnostiku různých typů poruch a selhání v elektrických systémech, jejichž provoz závisí na typu napětí na vstupu. Mezi zařízení a obvody, které lze testovat pomocí funkčního generátoru, jsou zařazeny akustické zesilovače, filtry (“vysokofrekvenční”, “nízkofrekvenční” a “pásmové”) nebo křížové zesilovače. Kromě toho lze generátor použít ke studiu fázových charakteristik systému a určení frekvenční odezvy filtru.
Arbitrážní generátor
Speciálním typem generátoru funkcí je tzv. arbitrážní generátor . Jedná se o pokročilé zařízení, které umožňuje přenášet jakýkoli tvar signálu – nejen standardní trojúhelníkový, pilovitý, sinusový nebo obdélníkový průběh. V tomto případě je cílový průběh popsán jako pole amplitud a časových kroků, což umožňuje jemné doladění vzhledu celé funkce. Arbitrární generátory používají obvody DDS neboli přímé digitální syntézy.
Jak používat generátor funkcí?
Abyste mohli využívat všechny možnosti generátoru funkcí, je vhodné se nejprve seznámit s tím, jak se takové zařízení ovládá. Přesný způsob ovládání závisí na výrobci – podrobnosti lze obvykle nalézt v příručce dodávané se zařízením. Mnoho problémů však vypadá velmi podobně bez ohledu na model. Především je užitečné vědět, která nastavení lze upravit. Mezi proměnné ovlivňované uživatelem patří obvykle tvar signálu, amplituda a frekvence. Jejich hodnota se zpravidla mění pomocí tlačítek a ovladačů na zařízení – standardní formát zahrnuje digitální displej s náhledem aktuálního průběhu a parametrů, vedle kterého jsou tlačítka pro ovládání provozu zařízení.
Softwarové a mechanické generátory
Kromě standardních elektronických generátorů funkcí stojí za zmínku také dvě alternativy s podobným účelem. Ke generování signálu lze mimo jiné použít software a počítačové komponenty – zajímavé je, že je to možné i s použitím běžného počítače a zvukové karty jako výstupu. Existují také mechanismy, které fungují podobně jako generátor funkcí: patří mezi ně vačky nebo převody s proměnným převodovým poměrem. Obvykle však mohou produkovat pouze jeden typ vlnového průběhu a možnosti úpravy jeho vlastností jsou poměrně omezené. Z tohoto důvodu je pro naprostou většinu aplikací mnohem vhodnější standardní elektronický generátor. Abyste si byli jisti, že jeho funkčnost je na nejvyšší úrovni, vyplatí se vsadit na produkty osvědčených značek – např. Siglent nebo JDS6600.
