Функціональний генератор. Як не помилитися?

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою Генераторів Сигналів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Ключові та критично важливі параметри, що визначають вибір функціонального генератора

Вибір настільного функціонального генератора для повсякденного використання дуже важливий. Ви повинні бути впевнені, що генератор видає ті типи сигналів, які потрібні для тестів, без небажаного тремтіння (джиттера), шуму, гармонійних спотворень або дефектів цих сигналів. Виникнення небажаних дефектів сигналу ненавмисно викликає відмови в тестах - і все через обраний вами функціональний генератор. Поширена помилка - купувати найдешевший із номенклатури цих приладів, який тільки можна знайти у місцевому магазині чи дистриб'юторі. Функціональні генератори побудовані по-різному. Більшість з них генерують одні й самі базові форми сигналів, а деякі - більш просунуті, такі як модульовані сигнали, деякі - пакетні сигнали. Однак різниця видно в найдрібніших деталях спотворення форми сигналу, джиттера або фазового шуму та цілісності сигналу в широкому діапазоні частот.

Якість має значення навіть серед найбільш поширених форм сигналів, що генеруються.

Функціональні генератори використовують у промисловості вже багато десятиліть. Найбільш поширеними формами сигналів з часів аналогових генераторів функцій є синусоїдальна хвиля, прямокутна хвиля, лінійна хвиля та трикутна хвиля.

1. Синусоїда

Рис.1 Синусоїдальна хвиля у часовій області

Якщо синусоїда виглядає як синусоїда, це зовсім не означає, що в середовищі тестування це буде бездоганна або чиста синусоїда. Видозміна за критичними характеристиками вимірюється в частотній області або загальному гармонійному спотворенні (THD). Гармонічний шум є, коли джерело синусоїдальної хвилі генерується з нелінійних компонентів або проходить через них. Функціональний генератор потребує нелінійних компонентів, таких як підсилювачі, для створення більш високих напруг або струмів. Ось і з'являється неідеальний вихід синусоїдальної хвилі. Гармонічні спотворення мають згубний вплив на електричні системи, викликаючи підвищену неефективність енергосистем, перешкоди в системах зв'язку та загальний шум для будь-якої системи.

Рис.2 Гармонічні спотворення синусоїди в частотній ділянці

2. Прямокутна хвиля

Рис.3 Прямокутна хвиля у часовій області

Прямокутна хвиля - це періодична форма хвилі з симетричними позитивними та негативними імпульсами у кожному циклі. Стандартна назва цього явища: 50% робочого циклу. Наприклад, можна змінити робочий цикл до 10% і тоді ви отримуєте дуже вузькі періодичні імпульси, які можна використовувати в багатьох додатках:
• Модулювати пакетні сигнали

• Використовувати у схемах запуску

• Комунікаційна сигналізація

Прямокутні та пульсові хвилі мають стандартизовану термінологію та специфікації, які нині використовуються у багатьох галузях промисловості. Надійний функціональний генератор має стабільну цілісність сигналу у всьому частотному діапазоні, як, наприклад, характеристика часу наростання імпульсу, яка залишається в межах допустимих меж у всьому діапазоні частот. На рис. 4 показано характеристику імпульсу, яка зазвичай використовується в багатьох галузях промисловості. Час наростання визначає час, протягом якого сигнал піднімається з 10 % його амплітуди до 90 %, а час спаду – навпаки, тобто це час, протягом якого форма хвилі впаде з 90 % амплітуди до 10 %. Ширина імпульсу вимірює проміжок часу між часом наростання та спаду, використовуючи позначки амплітуди 50 % як межу. Період - це те, скільки часу потрібно сигналу, щоб пройти один цикл повного патерну.

Рис.4 Метод визначення характеристик імпульсу, що використовується в багатьох галузях промисловості

Слід зазначити, що генератори функцій зовсім однакові. Деякі їх відрізняються характеристиками часу наростання і спаду сигналу завдяки цілісності цього сигналу в усьому діапазоні частот. Ці характеристики стають дуже важливими, особливо у додатках для високошвидкісного цифрового зв'язку.

Іншою важливою характеристикою, особливо для прямокутних та імпульсних хвиль, є джиттер. Джиттер – це відхилення від істинної періодичності періодичного сигналу. Він характеризується у часовій області як джиттер періоду, а частотної області як фазовий шум. Багато програм високошвидкісної передачі цифрових даних потрібні сигнали з низьким рівнем джиттера. Оскільки нові програми та технології прагнуть більш високої пропускної здатності та швидкості передачі, зростає необхідність застосовувати чисті сигнали з малим джиттером. Вища швидкість передачі означає менше простору для помилки. Нижчі форми коливань джиттера вказують на низьку похибку тестового сигналу. Ви можете знайти специфікації джиттера у більшості таблиць даних генераторів функцій.

Рис.5 Вимірювання джиттера на виході осцилографа; обидва вихідні сигнали знаходяться в часовій області

3. Хвиля рампи та хвиля трикутника

Рис.6 Хвиля рампи та хвиля трикутника, обидві у часовій області

Хвиля рампи та трикутна хвиля мають походження з одного сімейства генераторів функцій. У цих хвиль присутні налаштування симетрії підйому та спуску. Щоб згенерувати висхідну хвилю, вам необхідно встановити нахил на 100%. Щоб створити трикутну хвилю, потрібно встановити нахил вгору на 50 %, як показано на рис 7.

Рис.7 Налаштування симетрії рампи та трикутника на функціональному генераторі 33600A Trueform

Критичною характеристикою для хвилі наростання та трикутної хвилі є лінійність. Високочастотний діапазон для пилкоподібної та трикутної хвилі зазвичай нижчий, ніж у синусоїдальної або іншої форми хвилі через необхідність контролю лінійності. Таким чином, існує компроміс між характеристиками лінійності та частотним діапазоном у типовому функціональному генераторі. Знову ж таки, деякі генератори функцій мають кращі специфікації, ніж інші аналоги.

Висновки

Якщо функціональний генератор не може досить добре генерувати базові сигнали, то ваші фінансові вкладення виявилися марними.

У цьому технічному документі було представлено коротке пояснення того, як зрозуміти відмінності в ключових критичних специфікаціях функціональних генераторів через просте порівняння основних форм сигналів, що генеруються ними.

Не всі генератори функцій побудовано однаково; чітко визначтеся щодо основних вимог до цих приладів при наступній покупці.

Магазин Gtest™ пропонує розглянути відмінні генератори сигналів відомих світових виробників: SIGLENT, OWON, MATRIX (Все – Китай). Співвідношення ціна/якість пропонованих моделей істотно краще за багато аналогів з брендами зі США, Європи, Японії. Даний фактор необхідно постійно мати на увазі, з урахуванням того, що практично все виробництво побутової електроніки, так і високоточних контрольно-вимірювальних приладів винесено в Південно-Східну Азію.

Ці «Рекомендації користувачеві» складені з матеріалів, люб'язно наданих Магазину Gtest™ від компанії Keysight Technologies (США)

Магазин Gtest® - авторизований постачальник генераторів сигналів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/generatory