Цифровые генераторы сигналов специальной формы

Генераторы сигналов специальной формы

Генераторы сигналов специальной формы (тип Г6 по ГОСТ 15094-69) представляют собой источники одиночных или периодических сигналов, форма которых отлична от прямоугольной. Наиболее распространенными формами сигналов являются пилообразная, треугольная, трапецеидальная, колоколообразная и т. п. Такие сигналы необходимы для моделирования входных воздействий при настройке и испытаниях каналов связи, медицинской, геофизической и измерительной аппаратуры.

К настоящему времени еще не разработаны стандарты, классифицирующие эти приборы и определяющие требования к их основным параметрам. Общий подход к нормированию параметров таких генераторов, очевидно, должен быть аналогичен подходу к нормированию параметров всех измерительных генераторов: необходимо указать форму сигнала, параметры, характеризующие форму, в том числе и параметры искажений, пределы регулировки параметров, пределы допускаемых погрешностей установки параметров, нестабильность параметров и т. д.

Для создания достаточно простых и дешевых генераторов сигналов специальной формы широко применяют схемы на основе интеграторов с нелинейной обратной связью через какой-либо пороговый элемент с гистерезисом (например, триггер Шмитта). Структурная схема такого генератора, называемого функциональным, представлена на рис. 1. В процессе интегрирования постоянного напряжения, присутствующего на выходе триггера Шмитта, интегратор формирует линейно изменяющееся напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера, триггер переключается, его выходное напряжение меняет знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не станет равным нижнему порогу срабатывания триггера. Далее этот процесс периодически повторяется и на выходе схемы формируется симметричное напряжение треугольной формы с одинаковым временем нарастания и спада. Размах этого напряжения и его стабильность определяются в основном установкой и соответственно стабильностью порогов срабатывания триггера. При использовании прецизионных схем нестабильность размаха сигнала может быть снижена до 0,1% за несколько часов работы.

Рис. 1

Частоту формируемого напряжения можно перестраивать в широком диапазоне частот от инфранизких до несколько десятков килогерц, изменяя постоянную времени интегратора. Перестройку частоты можно осуществлять также электрическим путем, регулируя напряжение на входе интегратора, коммутируемое триггером Шмитта. Усложняя схему регулировки этого напряжения, можно добиться формирования несимметричного треугольного (пилообразного) напряжения с регулируемым временем нарастания и спада. На основе полученного треугольного напряжения можно сформировать напряжения трапецеидальной, колоколообразной, синусоидальной формы. Для этого используют нелинейное преобразование сигнала треугольной формы с помощью диодно-резистивных схем, обеспечивающих кусочно-линейную аппроксимацию необходимой характеристики преобразования. Такие схемы достаточно просты и дешевы, однако обеспечивают ограниченный набор формируемых сигналов, критичны в настройке, имеют невысокую точность и стабильность.

Для формирования сигналов произвольной формы в последнее время начинают применяться функциональные генераторы, работающие на основе кусочно-линейного синтеза непосредственно самого сигнала (а не характеристики преобразования треугольного сигнала). В основе таких устройств лежит генератор линейно изменяющегося напряжения, длительностью и амплитудой которого можно управлять. Очевидно, что из серии таких элементарных линейно изменяющихся сигналов, каждый из которых начинается там, где окончился предыдущий, можно сформировать сигнал произвольного вида.

Обычно работой такого генератора управляет микропроцессор, в память которого вводятся параметры (длительность и амплитуда) каждого элементарного сигнала из заранее заданного набора дискретных значений.

Для того чтобы получить исходное значение сигнала, в конце каждого цикла формируется специальный сигнал возврата к началу.

Погрешность формирования сигнала, связанная с его кусочнолинейной аппроксимацией, определяется общим числом используемых элементарных сигналов и дискретностью установки их параметров. Кардинальным решением задачи формирования сигналов произвольной формы с широкими пределами регулировки и высокой стабильностью параметров является создание генераторов на основе цифровых запоминающих устройств (ЗУ) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Структурная схема такого генератора представлена на рис. 2. Тактовая частота работы устройства задается опорным кварцевым генератором, обеспечивающим высокую стабильность частотно-временных параметров сигнала.

Рис. 2

Сформированные в формирователе адреса кодовые сигналы подаются на запоминающее устройство, в котором записаны коды дискретных отсчетов заданного сигнала. В результате последовательного опроса ячеек ЗУ на его выходе появляется последовательность цифровых сигналов, которая с помощью цифро-аналогового преобразователя преобразуется в необходимый аналоговый сигнал заданной формы. Таким способом можно сформировать сигнал практически любой формы, произвольно менять начальную фазу сигнала, «останавливать» в определенные моменты времени формирование сигнала, запоминать значение сигнала на необходимый интервал времени. Со стороны нижних частот диапазон такого генератора практически ничем не ограничен. Максимальная частота формируемого сигнала определяется быстродействием ЗУ и ЦАП. Характеристики точности такого генератора по выходному напряжению определяются объемом памяти и разрядностью используемого ЗУ, а также характеристиками ЦАП.

Генератор рассмотренного типа представляет собой, по сути дела, специализированную микро-ЭВМ, работающую по жесткой программе воспроизведения определенного набора записанных в ЗУ сигналов. Основной тенденцией дальнейшего развития таких цифровых измерительных генераторов сигналов произвольной формы является использование программируемых микро-ЭВМ на основе микропроцессоров, позволяющих неограниченно расширять набор синтезируемых сигналов, проводить необходимые операции коррекции параметров сигнала и сохранения их временной стабильности в реальном масштабе времени.

Генераторы cигналов специальной формы

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 20 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±2×10 -5 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик, Импульс- 2,5 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 14; Память (СПФ): 16 кБ; Виды модуляции: AM, ЧМ, ФM, ЧМн, SUM, ШИМ, АМн, ФМн; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): TFT, 480 х 272, 11 см; Особенности: Все выходы полностью гальванически развязаны. Встроенный усилитель до 20 Вт на нагрузке 8 Ом. Прямой цифровой синтез, разрешение по частоте 1 мкГц. Формы сигнала — стандартные (6 видов), произвольная форма (65 видов). Возможность редактирования СПФ без подключения к ПК. Встроенный частотомер до 150 МГц. Усиленная изоляция между выходами с поддержкой режима объединения с ИП постоянного тока (каскадное подключение) для увеличения амплитуды Uвых (AC-DC) до +42 В или -42 В. Программное обеспечение AWES для формирования сигналов произвольной формы.; Интерфейс: USB; Госреестр СИ: №78118-20 до 27.04.2025 г.

Количество каналов: 3; Частотный диапазон ОТ: 1мкГц; Частотный диапазон ДО: 60 МГц, Импульс- 25 МГц, ВЧ-выход- 320 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±2×10 -5 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик, Импульс- 2,5 Впик-пик, ВЧ-выход- 1 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 14; Память (СПФ): 16 кБ; Виды модуляции: AM, ЧМ, ФM, ЧМн, SUM, ШИМ, АМн, ФМн; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): TFT, 480 х 272, 11 см; Особенности: Все выходы полностью гальванически развязаны. Прямой цифровой синтез, разрешение по частоте 1 мкГц. Формы сигнала — стандартные (6 видов), произвольная форма (65 видов). Возможность редактирования СПФ без подключения к ПК. Встроенный частотомер до 150 МГц. Усиленная изоляция между выходами с поддержкой режима объединения с ИП постоянного тока (каскадное подключение) для увеличения амплитуды Uвых (AC-DC) до +42 В или -42 В. Программное обеспечение AWES для формирования сигналов произвольной формы.; Интерфейс: USB; Госреестр СИ: №78118-20 до 27.04.2025 г.

Генератор AКИП-3404 Arb-Студия

Количество каналов: 2; Цифровой выход: нет; Частотный диапазон ОТ: 2 мкГц; Частотный диапазон ДО: 125 МГц; Выходной уровень (максимум): 12 Впик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 2 МБ; Виды модуляции: ШИМ, АМ, ЧМ, ФМ, ЧМн, ЧМн, ФМн; ГКЧ: Да; Особенности: USB генератор произвольной формы по технологии ARB и прямого цифрового синтеза по технологии DDS. Частота дискретизации до 1 ГГц. Режим формирования произвольного сигнала из различных сегментов (1. 1024) с возможностью циклического повторения сегмента в последовательности (1. 8.589.934.591). Возможность формирования сигнала по заданной математической формуле. Поддержка мультиканального (до 8 генераторов) синхронного режима работы (макс. до 32 каналов).; Интерфейс: USB; Госреестр СИ: №73902-19 до 08.02.2024 г.

Количество каналов: 1; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 5 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -4 опция ±2×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 2 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 14; Память (СПФ): 16 кБ; Виды модуляции: АМ ЧМ ФМ ШИМ АМн ЧМн; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): ЖК 320х240 9 см; Особенности: Прямой цифровой синтез (DDS). Стандартные формы сигнала — 5 видов. Режим формирования сигнала произвольной формы до 5 МГц, дискретизация до 125 МГц (46 форм). ПО для формирования сигналов СПФ (EasyWave).; Интерфейс: USB Опция — GPIB; Госреестр СИ: №66780-17 до 27.02.2022 г.

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 40 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 (опция ±2×10 -7 ); Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 8 МБ; Виды модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, АМн, ЧМн, ШИМ; ГКЧ: Да; BURST Пакетный режим: Да; Экран (см, разрешение): ЖК, сенсорный, 480х272, 11 см; Особенности: Прямой цифровой синтез (DDS). Технология TrueArb для формирования достоверных сигналов произвольной формы. Стандартные формы сигналов — 5 видов. Режим формирования сигнала произвольной формы до 20 МГц, дискретизация до 300 МГц. ПО для формирования сигналов СПФ (EasyWave). Частотомер до 200 МГц.; Интерфейс: USB, LAN, Опция — GPIB; Госреестр СИ: №66780-17 до 27.02.2022 г.

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 80 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±2×10 -6 опция ±2×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 14; Память (СПФ): 1 МБ; Виды модуляции: АМ ЧМ ФМ ШИМ СУМ ЧМн 4FSK QFSK ФМн 4PSK Амн OSK; ГКЧ: Да; BURST Пакетный режим: Да; Экран (см, разрешение): TFT 480х272 11 см; Особенности: Два полностью независимых источника колебаний. Стандартные формы сигналов — 7 вида. Режим формирования сигнала произвольной формы, дискретизация до 500 МГц (146 видов). Режим SUM, сложение 2-х выходных сигналов. Встроенный частотомер до 350 МГц. Формирование выходного сигнала путем задания гармоник (50 макс.) Опция — усилитель мощности до 2 Вт, 50 Ом.; Интерфейс: USB LAN; Госреестр СИ: №70738-18 до 28.03.2023 г.

Генератор АКИП-3421 (1М)

Количество каналов: 2; Цифровой выход: 16/32 опция; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 600 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 ; Выходной уровень (минимум): 5 мВ; Выходной уровень (максимум): 5 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 14; Память (СПФ): 1 МБ; Виды модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, ЧМн, ФМн, ШИМ; Пакетный режим: Да; Экран (см, разрешение): 17,8 см 1024х600; Особенности: Генератор 3 в 1 – функциональный генератор, генератор сигналов произвольных форм, генератор кодовых последовательностей (опция). Дифференциальные выходы, маркерные выходы. Высота 3U, возможность монтажа в 19” стойку.; Интерфейс: USB, LAN;

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 500 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 (опция ±2×10 -7 ); Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 20 МБ; Виды модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, АМн, ЧМн, ШИМ; ГКЧ: Да; BURST Пакетный режим: Да; Экран (см, разрешение): ЖК, сенсорный, 480х272, 11 см; Особенности: Прямой цифровой синтез (DDS). Технология TrueArb для формирования достоверных сигналов произвольной формы. Стандартные формы сигналов — 5 видов. Режим формирования сигнала произвольной формы до 50 МГц, дискретизация до 300 МГц (DSS), 2,4 ГГц (интерполяция в режиме TrueArb), память 20 МБ. ПО для формирования сигналов СПФ (EasyWave). Частотомер до 200 МГц.; Интерфейс: USB, LAN, Опция — GPIB; Госреестр СИ: №71343-18 до 01.06.2023 г.

Количество каналов: 1; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 20 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 опция ±1×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 1 МБ; Виды модуляции: AM ЧМ ФМ ЧМн BPSK ШИМ SUM опция — I/Q; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): да; Особенности: Технология генерации сигналов Trueform. Формы сигнала — стандартные (8 видов). Встроенный Web-сервер для дистанционного управления генератором.; Интерфейс: LAN USB GPIB; Госреестр СИ: №72915-18 до 26.10.2023 г.

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 20 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 опция ±1×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 1 МБ; Виды модуляции: AM ЧМ ФМ ЧМн BPSK ШИМ SUM опция — I/Q; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): да; Особенности: Технология генерации сигналов Trueform. Формы сигнала — стандартные (8 видов). Встроенный Web-сервер для дистанционного управления генератором.; Интерфейс: LAN USB GPIB; Госреестр СИ: №72915-18 до 26.10.2023 г.

Количество каналов: 1; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 20 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 опция ±1×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 1 опция — 16 МБ МБ; Виды модуляции: AM ЧМ ФМ ЧМн BPSK ШИМ SUM опция — I/Q; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): да; Особенности: Технология генерации сигналов Trueform. Формы сигнала — стандартные (8 видов), произвольная форма (10 видов), дискретизация до 250 МГц. Встроенный Web-сервер для дистанционного управления генератором. Программное обеспечение для формирования сигналов произвольной формы. Возможность редактирования СПФ без подключения к ПК.; Интерфейс: LAN USB GPIB; Госреестр СИ: №72915-18 до 26.10.2023 г.

Количество каналов: 2; Частотный диапазон ОТ: 1 мкГц; Частотный диапазон ДО: 20 МГц; Опорный генератор (погрешность установки частоты): ±1×10 -6 опция ±1×10 -7 ; Выходной уровень (минимум): 1 мВпик-пик; Выходной уровень (максимум): 10 Впик-пик; Выходной импеданс (Ом): 50; ЦАП (бит): 16; Память (СПФ): 1 опция — 16 МБ МБ; Виды модуляции: AM ЧМ ФМ ЧМн BPSK ШИМ SUM опция — I/Q; ГКЧ: да; BURST Пакетный режим: да; Экран (см, разрешение): да; Особенности: Технология генерации сигналов Trueform. Формы сигнала — стандартные (8 видов), произвольная форма (10 видов), дискретизация до 250 МГц. Встроенный Web-сервер для дистанционного управления генератором. Программное обеспечение для формирования сигналов произвольной формы. Возможность редактирования СПФ без подключения к ПК.; Интерфейс: LAN USB GPIB; Госреестр СИ: №72915-18 до 26.10.2023 г.

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
вычислительные приборы;
инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Генераторы сигналов специальной формы АКИП-3420

Сводка
Описание типа
new Поверители 12

Генераторы сигналов специальной формы серии АКИП-3420 (далее по тексту — генераторы) предназначены для генерации сигналов стандартных форм: синусоидальной, прямоугольной, треугольной, импульсной, шумовой, постоянного тока, а также сигналов произвольной формы.

Скачать

Информация по Госреестру

Основные данные
Номер по Госреестру	70738-18
Наименование	Генераторы сигналов специальной формы
Модель	АКИП-3420
Межповерочный интервал / Периодичность поверки	1 год
Страна-производитель	КИТАЙ
Срок свидетельства (Или заводской номер)	28.03.2023

Производитель / Заявитель

Фирма «SHIJIAZHUANG SUIN INSTRUMENTS CO., Ltd.», Китай

Назначение

Описание

Генераторы представляют собой лабораторные многофункциональные измерительные приборы, принцип действия которых основан на технологии прямого цифрового синтеза, позволяющего получать стабильные, высокоточные сигналы с низким коэффициентом нелинейных искажений.

На передней панели генератора находится цветной жидкокристаллический дисплей, состоящий из двух частей: в верхнем окне отображается форма генерируемого сигнала, в нижнем окне — его параметры. Справа от дисплея находится вертикальный ряд функциональных кнопок, с помощью которых пользователь может выбрать различные формы генерируемых функций и типы функций модуляции, а под дисплеем расположен горизонтальный ряд кнопок управления меню, используемых для настроек параметров генераторов. В нижней части панели расположены выходные разъемы двух каналов, разъем внешней синхронизации и разъем для USB-накопителя.

Для ввода цифровых параметров на передней панели имеется три группы органов управления: курсорные кнопки (со стрелками), вращающийся регулятор параметров и цифровая клавиатура.

На задней панели генераторов имеется разъем для подключения шнура питания, разъемы интерфейсов USB и LAN для подключения генераторов к ПК, входные разъемы для подачи внешнего тактового сигнала 10 МГц, сигнала внешней модуляции и запуска отдельно для каждого канала, вход встроенного частотомера для контроля частоты сигнала и выходной разъем внутреннего опорного генератора 10 МГц.

Генераторы выпускаются в следующих модификациях: АКИП-3420/1, АКИП-3420/2, АКИП-3420/3, которые отличаются верхней границей диапазона частот.

Внешний вид генераторов и место нанесения знака утверждения типа приведены на рисунке 1. Вид задней панели генераторов и схема пломбировки от несанкционированного доступа (один из винтов задней панели) приведена на рисунке 2.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) генераторов установлено на внутренний контроллер и служит для управления режимами работы, выбора встроенных основных и дополнительных функций.

Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений — «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики программного обеспечения

Идентификационные данные (признаки)

Идентификационное наименование ПО

Номер версии (идентификационный номер ПО)

не ниже 1800B.1.0.0

Примечание — номер версии ПО определяется по последним трем цифрам

Рисунок 2 — Вид задней панели генераторов и схема пломбировки от несанкционированного доступа (Б)

Технические характеристики

приведены в таблицах 2 — 10.

Таблица 2 — Метрологические и технические характеристики

Виды цифровых генераторов

Синусоидальный сигнал есть, по сути, решение уравнения Y= Sin(X), при линейно изменяющемся значении аргумента X. Для получения цифрового сигнала из микроконтроллера нам необходимо подать значения функции на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Это значит, что для получения синусоидального сигнала, нам необходимо знать значения функции Y при каждом значении аргумента X (по сути X определяет значение фазы сигнала). Можно вычислять все значения функции прямо в микроконтроллере, но для обеспечения высокой точности вычисляемых значений необходим высокопроизводительный процессор, или модуль для работы с плавающей точкой. Вычисление значений в микроконтроллере может занять продолжительное время, поэтому для обеспечения быстроты вычисления берут готовые значения функции и загружают их в память. Для обеспечения плавности выходного сигнала, для уменьшения погрешности связанной с нелинейностью характеристики цифроаналогового преобразователя, необходимо как можно большее количество значений синуса. Таким образом, в памяти будут готовые отсчеты синуса. Для того чтобы эти отсчеты превратились в синус, их нужно каким-то образом растянуть по времени, чтобы каждый отсчет подавался на ЦАП через определенный промежуток времени после предыдущего. Для этого необходим генератор опорной частоты. Такой генератор будет выдавать импульсы постоянной скважности. Эти импульсы, в простейшем случае, поступают на счетчик, а счетчик в свою очередь выдает на выходе последовательность возрастающих кодов. Код на выходе счетчика будет указывать на адрес очередного отсчета в памяти (ПЗУ). ПЗУ соответственно кодам выдает на своем выходе значения функции, содержащиеся в памяти по этим адресам, которые передаются в ЦАП и на выходе ЦАПа будет синус с идеальной частотой. Частота синуса будет соответствовать частоте тактового генератора. Для обеспечения перестройки по частоте нужно каким-либо образом регулировать частоту опорного генератора. В простейшем случае между счетчиком и генератором ставят делитель частоты. Такой делитель позволяет перестаивать частоту в определенных пределах. Предел перестройки зависит от разрядности сумматора и частоты опорного генератора. Перестройка в таком случае будет возможна только на определенные значения, так как деление возможно только на числа, кратные 2.

Простейшая схема такого генератора показана на рисунке 1. В его состав входит генератор опорной частоты (G). Делитель, в который загружается код частоты (коэффициент деления), счетчик (СТ), ПЗУ, ЦАП и фильтр. Фильтр в данном случае необходим для того, чтобы сглаживать цифровой сигнал на выходе. ЦАП – цифровое устройство, которое выдает только определенный уровень сигнала. Чем меньше частота дискретизации, тем более ярко выражена ступенчатая характеристика выходного сигнала. Для того чтобы убрать погрешность, вносимую частотой дискретизации, на выходе применяется фильтр сигналов. В простейшем случае, это простая RC-цепочка, но необходимо учитывать скоростные характеристики ЦАП, так как на высоких частотах может отфильтровываться полезный сигнал.

Здесь рассмотрена самая простая схема DDS. Многие элементы в ней можно заменить и доработать. Например, если заменить счетчик на более сложное устройство, т.н. аккумулятор фазы, то у нас появятся больше возможностей, таких как перестройка по частоте без фазового сдвига или, например, возможность использовать четверть периода значений синуса, вместо полного периода, но в рамках данной статьи такие усложнения рассматриваться не будут.

Сейчас DDS выполняются как отдельные микросхемы. В такую микросхему достаточно загрузить параметры нужного сигнала и подключить генератор опорной частоты, а на выходе мы получим цифровую синусоиду, которую достаточно лишь отфильтровать с заданными параметрами. Такие генераторы позволяют получать частоту до 1.4 ГГц. У них в свою очередь есть один недостаток. Генераторы прямого цифрового синтеза чаще всего используются именно как генераторы частоты, поэтому амплитуда выходного сигнала не стабильна.

Другим способом генерации сигнала синусоидальной формы с помощью контроллера, является метод ШИМ + пассивный RC фильтр. ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Она позволяет, регулируя скважность импульсов, получать нужную постоянную амплитуду сигнала. Чем шире импульс, тем выше выходное напряжение на фильтре. Напряжение можно менять в пределах от нуля до напряжения питания. Таким образом, если задать определенную программу для регулирования скважности импульсов, то на выходе можно получить сигнал любой формы, в том числе синусоидальный. В самом простом случае схема показана на рисунке 2.

Такой генератор является дешевым, и самое главное наиболее легко реализуемым способом преобразования цифрового сигнала в аналоговый с помощью микроконтроллера. Он не требует специальных микросхем или каких-либо сложных схемотехнических решений. Единственное, что необходимо при создании такого генератора, это расчет выходного фильтра на заданную частоту среза, чтобы он не срезал полезный сигнал. Правда, достигнуть высоких метрологических характеристик на таком генераторе невозможно, так как трудно добиться низкого коэффициента гармонических искажений. Низкий уровень гармонических искажений можно достичь с помощью еще одного варианта генератора.

Третий вариант генератора основывается на схеме, которая называется «мост Вина». Суть этой схемы в том, что используется усилитель с двумя RC-цепочками в обратной связи. Одной последовательной и одно параллельной. Схема такого генератора представлена на рисунке 3.

Для данной схемы необходимо учесть то, что элементы в RC-цепочке должны быть строго одинаковыми. Иначе схема не будет стабильной. Для уменьшения этих эффектов применяют разные хитрости, например автоматическое управление усилением и другие хитрости. В простейшем случае автоматическое управление осуществляется каким-либо нелинейным элементом, например лампочкой. Но перестройка такого генератора по частоте затруднена. Нужно использовать переменные конденсаторы, что усложняет схему еще на порядок. Такой метод хорош, но в основном для генерации какой-либо определенной частоты, либо частоты с малым диапазоном регулировки.

Существуют разные варианты и модификации представленных выше схем. Кроме этих схем существуют аналоговые решения, которые не были здесь описаны из-за несоответствия тематике статьи. В заключении хочу сказать, что каждая схема должна выбираться и прорабатываться возможная ее реализация в зависимости от задачи, которую необходимо выполнить. Передо мной стоит задача создать прецизионный генератор синусоидального сигнала, который может одновременно выдавать высокостабильный синусоидальный сигнал и добавлять в сигнал гармоники более высокого порядка. Для выполнения этой задачи наилучшим выходом будет расчет значений функции синуса непосредственно в микроконтроллере с передачей значений на ЦАП. Такая реализация позволит мне учесть недостатки каждой схемы и проработать техническую реализацию, необходимую конкретно для моей задачи. Можно одновременно сделать стабильную амплитуду, убрать гармонические искажения, вносимые особенностью схемы и получить довольно стабильный генератор. И конечные погрешности будут зависеть только от того, какие элементы будут выбраны, и какая степень упрощения алгоритма взята. Таким образом, при неизменности основной структуры, можно получить гибкое решение определенного класса задач.

Если вас интересует какой-либо материал на схожую тему, или вообще что-то из сферы измерительных приборов и их проектирования, то я бы мог попробовать написать какой-либо материал, чтобы осветить ваш вопрос в более простом и понятном ключе