Generator funkcyjny należy do źródeł sygnałów wykorzystywanych szeroko przy projektowaniu, produkcji, serwisowaniu, sprawdzaniu i kalibrowaniu urządzeń elektronicznych, a także w edukacji.

W poprzednim numerze „Nowoczesnego Warsztatu” przedstawiono zasadę działania generatora funkcyjnego, wygląd płyty czołowej typowego generatora oraz w skrócie parametry techniczne takiego przyrządu. W niniejszym artykule są opisane dokładnie własności prostych generatorów funkcyjnych dostępnych na rynku przyrządów pomiarowych, a oferowanych przez firmę Labimed Electronics. Porównanie tych przyrządów ułatwia załączona tablica z ich danymi technicznymi. Typowy laboratoryjny generator funkcyjny wytwarza sygnały elektryczne o różnych, choć ściśle określonych kształtach. Pasmo popularnego generatora funkcyjnego zwykle nie przekracza 5 MHz, choć spotyka się urządzenia o paśmie nawet 50 MHz.
Ze względu na konstrukcję generatory funkcyjne dostępne obecnie na rynku sprzętu pomiarowego można podzielić na: analogowe (z cyfrowym odczytem częstotliwości lub bez odczytu), cyfrowe (z wytwarzaniem częstotliwości metodą syntezy cyfrowej DDS) oraz generatory arbitralne, których użytkownik samodzielnie projektuje przebieg o dowolnym kształcie.

Górna częstotliwość graniczna
Jest to podstawowy parametr każdego generatora funkcyjnego mający bezpośredni wpływ na jego cenę, tzn. im maksymalna częstotliwość jest wyższa, tym większa jest cena takiego przyrządu. Należy też pamiętać, że częstotliwość maksymalna danego generatora zależy od rodzaju wytwarzanego przebiegu. Częstotliwość maksymalna wymieniana w danych technicznych dotyczy zwykle typowych przebiegów, sinusoidalnego i prostokątnego. Maksymalna częstotliwość przebiegów trójkątnego i piłokształtnego jest zwykle dużo od niej niższa, z kolei częstotliwość maksymalna przebiegu TTL może być kilkakrotnie wyższa. W wielu zastosowaniach pomiarowych nie ma potrzeby stosowania drogiego sprzętu o wygórowanych parametrach. Tym należy tłumaczyć ogromną popularność generatorów o paśmie, które nie przekracza 2-5 MHz. Takie generatory należą obecnie do najlepiej sprzedawanych urządzeń tego typu.

Rodzaje wytwarzanych przebiegów
Każdy z generatorów dostępnych na rynku wytwarza jako standardowe przebiegi: sinusoidalny, prostokątny i trójkątny oraz prostokątne o poziomach TTL i CMOS. Przebiegi o kształcie piły, piły pochylonej w prawo lub w lewo, impulsu i inne uzyskuje się w pewnym zakresie przez regulację kształtu przebiegu standardowego, np. przebiegu trójkątnego. Generatory, nawet te popularne, mają wbudowane funkcje regulacji symetrii (współczynnika wypełnienia) oraz offsetu polegającego na nałożeniu na standardowy przebieg przemienny składowej stałej. Sygnały TTL i CMOS są doprowadzane do osobnego wyjścia generatora.

Parametry przebiegów
Każdy rodzaj przebiegu charakteryzuje się różnym zestawem parametrów. W załączonej tablicy zamieszczono tylko ważniejsze z nich. Jak widać z niej najważniejszym parametrem sygnału sinusoidalnego są zniekształcenia harmoniczne, a prostokątnego wartości maksymalne czasów narastania i opadania przebiegu sygnału. Z kolei w przypadku sygnału trójkątnego istotnym elementem jest liniowość.

Regulacja częstotliwości sygnału wyjściowego
Ustawiając częstotliwość sygnału wyjściowego z generatora wybiera się najpierw przełącznikiem dekadowym potrzebny podzakres, a następnie precyzyjnie pokrętłem dostraja się ją do potrzebnej wartości.

Zakres regulacja amplitudy
Jak widać w załączonym zestawieniu, maksymalną, standardową wartością międzyszczytową napięcia, które można otrzymać na wyjściu typowego generatora funkcyjnego, jest 10 V – przy jego wyjściu obciążonym impedancją 50 Ω, a 20 V – przy braku obciążenia. Użytkownik ma zwykle do dyspozycji tłumik, którym może w razie potrzeby szybko zredukować amplitudę na wyjściu generatora, co jest ważne, gdy dba się o bezpieczeństwo urządzenia dołączonego do generatora.

Pomiar częstotliwości
Większość generatorów funkcyjnych ma wewnętrzny częstościomierz. Spełnia on dwie funkcje. Mierzy częstotliwość wytwarzanego sygnału (dzięki czemu odpada konieczność dołączenia zewnętrznego częstościomierza) oraz częstotliwość sygnału doprowadzonego z zewnątrz przez osobne wejście „EXT FREQ IN”. Są też generatory pozbawione częstościomierza (FG-8002 – patrz tablica), które wymagają przy potrzebie dokładnego ustawienia częstotliwości sygnału wyjściowego dołączenia do ich wyjścia osobnego częstościomierza. Należy przy tym zaznaczyć, że maksymalna częstotliwość mierzona przez wewnętrzny częstościomierz generatora jest zwykle większa od maksymalnej częstotliwości wytwarzanej przez ten generator. Taki generator można wykorzystywać jako podręczny częstościomierz.

Regulacja częstotliwości napięciem doprowadzonym z zewnątrz
Jest to funkcja obecna w wielu generatorach funkcyjnych. Do wejścia generatora oznaczonego zwykle symbolem „VCG” doprowadza się z zewnątrz napięcie stałe. Zmieniając wartość tego napięcia, reguluje się jednocześnie częstotliwość sygnału wyjściowego generatora, przy czym wartość częstotliwości jest wprost proporcjonalna do wartości doprowadzanego napięcia.

Inne funkcje użytkowe
Współczesne generatory, nawet te popularne, mają szereg dodatkowych funkcji zwiększających uniwersalność tych urządzeń. Należy do nich zaliczyć m.in. przemiatanie, wyzwalanie oraz bramkowanie sygnału.

Wyświetlacz
To istotny element każdego generatora, choć są też generatory ich pozbawione (np. FG-8002). Spotyka się zarówno wyświetlacze typu LED, jak i ciekłokrystaliczne (LCD). Pola cyfrowe wyświetlaczy służą najczęściej wyłącznie do wskazywania ustawionej wartości częstotliwości. Przydatną własnością wyróżnia się generator VC-2002 produkowany przez firmę VICTOR. Jest on wyposażony w dwa wyświetlacze. Na jednym wskazuje ustawioną wartość częstotliwości, a na drugim – amplitudy generowanego sygnału. Aby dokładnie ustawić te parametry, nie trzeba dołączać oscyloskopu do wyjścia generatora.

mgr inż. Leszek Halicki
Labimed Electronics Sp. z o.o.