6. Функціональні генератори

6.1. Методи побудови, основні технічні характеристики

6.2. Помножувачі ємності

6.3. Перетворювачі трикутник–синус

6.1. Методи побудови, основні технічні характеристики

Функціональний генератор (ФГ) являє собою пристрій, на виході якого можуть бути сигнали різної форми (тобто різні функції часу). Ці пристрої відрізняються великою різноманітністю форм вихідних сигналів (синусоїдна, трикутна, прямокутна, пилоподібна, ступінчаста, експоненційна, трапецеїдальна, імпульсна, радіоімпульсна (пачка імпульсів), виду sinХ/X, sin²X і цілий ряд інших), високими метрологічними характеристиками та широкими функціональними можливостями .

Крім того, вони мають малi габарити, масу, енергоспоживання, невелику вартість через відсутність дорогих та громіздких механічних вузлів і електронних блоків.

Класична структура ФГ зображена на рис.6.1. [60].

РЕ – релейний елемент; ПР – перетворювач трикутник–синус

Рис. 6.1 - Класична структура функціонального генератора

Інтегратор та релейний елемент охоплені зворотним зв'язком (33) і створюють коливну систему, яка генерує двополярнi сигнали прямокутної та трикутної форми. Із сигналу трикутної форми в перетворювачi трикутник-синус ПР формується синусоїдний сигнал. Якщо при увімкненні ФГ вихідна напруга РЕ рівна U₂, то на виході інтегратора буде лiнiйно-спадна в часі напруга U_i. При досягненні нею значення U₁, релейний елемент перекидається в протилежний стан і на виході інтегратора буде лiнійно-наростаюча в часі напруга U (рис. 6.2). Далі процес продовжується аналогічно. Якщо петля гістерезису РЕ симетрична відносно осей X та Y, тобто, якщо рівні пороги спрацювання РЕ (+U) та рівні його вихідного сигналу (+U), то частота коливань визначається з рівняння:

(6.1)

де к_п=R₃/R_f – коефіцієнт поділу вхідного резистивного подільника; τ_i=R_iС_i – стала часу інтегратора.

Рис. 6.2. Епюри напруг в схемі функціонального генератора

а) формування прямокутних сигналів; б) формування трикутних сигналів; в) часова епюра всіх напруг

З рівняння (6.1) видно, що шляхом зміни коефіцієнта К_п можна керувати частотою f ФГ. В сучасних ФГ з цією метою використовують електронні подільники, які складаються із керованих напругою резисторів. Частотний діапазон знизу обмежений значеннями сталої τ_i та адитивними похибками підсилювача інтегратора і елементу РЕ, а зверху – їх паразитними ємностями та частотними властивостями. При використанні підсилювачів на дискретних компонентах верхня межа генерованих частот може сягати десятків МГц.

6.2. Помножувачі ємності

При розробленні інфранизькочастотних ФГ в діапазоні частот f=0,001...0,000001 Гц потрібні прецизійні конденсатори С_і ємністю десятки мкФ. Конденсатори такої великої ємності мають незадовільний комплекс технічних характеристик: великі похибки та нестабільність, великі струми витоку та малий опір ізоляції. Тому у цьому випадку використовують помножувачі ємності (рис. 6.3), в яких вихідна ємність С_m рівна

_. (6.2)

Як видно з рівняння (6.2) метрологічні характеристики помножувача в основному визначатимуться похибками опорного конденсатора С₁, та резистивного подільника R₁, R₃.

Як релейні елементи широко використовуються компаратори, найважли-

Рис. 6.3. Схема помножувача ємності

вішими характеристиками яких є точність та швидкодія. Сучасна електронна техніка пропонує широку гаму компараторів, як прецизійних, так і швидкодійних.