Generator de semnal sinusoidal cu frecvență reglabilă de până la 1 MHz

1.GENERATOARE DE SEMNALE.

GENERALITĂŢI.

Generatoarele de semnale sunt aparate electronice care, în laboratoarele de măsurări electronice, sunt utilizate ca surse de tensiune variabile în timp, cu o anumită formă de undă si cu nivel si frecvenţă reglabile. În esenţa lor, generatoarele de semnal conţin circuite electronice care transforma energia furnizata de sursa de curent continuu (de alimentare, ) în energie de curent alternativ furnizata la ieşirea aparatului, într-un singur punct (la borne), cu semnalul , reglabil într-un anumit domeniu de frecvente .

Sunt denumite generatoare de semnale datorita faptului ca, în cazul acestor aparate, accentul nu se pune pe randamentul conversiei energiei electrice, ci pe calităţile formei de unda a semnalului de curent alternativ.

Un prim criteriu de clasificare a generatoarelor de semnal se refera la forma de unda a semnalului de la bornele de ieşire; în funcţie de acest criteriu exista următoarele generatoare:

-sinusoidale sau armonice, când forma de unda a semnalului produs este sinusoidala;

- de semnale liniar variabile, când forma de unda este liniar crescătoare în timpul cursei active (crescătoare) si cu panta mare de cădere în timpul cursei inverse (descrescătoare);

- de semnale dreptunghiulare;

- de semnale triunghiulare;

- de semnale trapezoidale;

- de semnale cu forme de unda specifice unei anume aplicaţii (spre exemplu, de semnale dreptunghiulare defazate în timp - în cazul circuitelor de sincronizare a funcţionarii calculatoarelor electronice).

De notat este ca nu exista un criteriu unic de calitate pentru toate formele de unda generate, fiecare având definite mărimi specifice care, în fond, exprima cât de bine aproximează forma de unda de la ieşirea generatorului modelul matematic al oscilaţiei impuse de proces.

Pe lângă calitatea formei de unda, alt criteriu de calitate se refera la sta¬bilitatea oscilaţiei, în condiţiile în care asupra sistemului acţionează perturbaţii (cele mai importante perturbaţii constau în modificarea valorii tensiunii de alimentare a sursei de curent continuu si/sau în modificarea temperaturii la care funcţionează circuitul).

Un al doilea criteriu de clasificare al generatoarelor ia în consideraţie principiul de funcţionare. Din acest punct de vedere generatoarele de semnal pot fi;

-parametrice, atunci când generatorul conţine un dispozitiv neliniar a cărui caracteristica statica are o zona cu panta negativa (spre exemplu dioda tunel);

- cu amplificator, în cazul în care generatorul conţine unul sau mai multe circuite de amplificare prevăzute cu reacţii pozitive si negative (selective sau nu).

Se pot evidenţia si alte criterii de clasificare care sa exprime limitările în funcţionare (spre exemplu domeniul de frecventa) impuse de circuitele cu care au fost implementate sau de circuitul pe care îl deservesc.

Circuitele prezentate, în cadrul lucrării, au fost ordonate în funcţie de forma de undă generata si, când a fost cazul, s-a recurs si la alt criteriu de clasificare -fara a avea în obiectiv enumerarea tuturor circuitelor.

In primul rând, generatorul de semnal trebuie sa îndeplinească condiţiile impuse de sistemele cu care este interconectat în scopul realizării măsurării, condiţii care se refera, de cele mai multe ori, la următoarele aspecte;

- precizia formei de unda;

- amplitudinea semnalului generat;

- stabilitatea oscilaţiei;

- necesitatea modificării amplitudinii semnalului, a frecventei de oscilaţie sau a formei de unda;

- funcţionarea în condiţii de exploatare si de mediu impuse.

In scopul îndeplinirii tuturor condiţiilor cerute de sistemul de măsurat, uneori se impune "cuplarea" mai multor oscilatoare, comutarea unuia sau altuia realizându-se prin multiplexarea ieşirilor sau activarea în funcţie de aplicaţie.

In cadrul acestui capitol vor fi analizate numai aparatele care produc tensiuni electrice de forma si cu durate determinate (deci nu se vor trata generatoarele de zgomot). La forma de unda a tensiunii generate s-au făcut referiri anterior; în ceea ce priveşte repartiţia în timp, tensiunile pot fi: periodice (în cazul cel mai frecvent), impulsuri singulare sau trenuri de impulsuri.

In funcţie de tipul generatorului, durata unui impuls poate fi cuprinsa între câteva ore si câteva nanosecunde, iar frecventa de repetiţie a tensiunilor periodice poate lua valori de la câteva zeci de µHz până la câteva sute de MHz. Durata si frecventa de repetiţie ale tensiunilor generate sunt reglabile între anumite limite, raportul între valoarea maxima si cea minima fiind de la 102 la 1010.

In continuare vor fi analizate: generatoarele de semnal sinusoidal, gene¬ratoarele de impulsuri si asa-numitele generatoare de funcţii, adică cele mai importante si mai des utilizate generatoare de semnale în activitatea de măsurări electronice.

2. GENERATOARE DE SEMNAL SINUSOIDAL

Generatoarele sinusoidale formează o clasa larga de aparate, datorita proprietăţilor remarcabile pe care le are semnalul sinusoidal în tratarea circuitelor electronice în regim variabil.

în prezent, în funcţie de intervalul de frecventa pe care îl poate avea semnalul produs, generatoarele de semnal sinusoidal se clasifica în:

- generatoare de foarte joasa frecventa (0,00005 Hz la 50 kHz);

- generatoare de joasa frecventa-JF (0,1 Hz la 1 MHz);

- generatoare de audiofrecventa-AF(10 Hz la 100 kHz);

- generatoare de videofrecventa -VF (10 Hz la 10 MHz);

- generatoare de radiofrecventa - RF sau de înalta frecventa -IF( 10 kHz la 100 MHz);

- generatoare de foarte înalta frecventa (10 MHz la 5000 MHz) etc.

Multe firme producătoare de aparataj electronic întrebuinţează denumiri cu

caracter general ("comercial") ca : oscilator pentru aparatele la care se cunoaşte precis frecventa semnalului (tensiunii) generate; generator sau test-oscilalor pentru aparatele care au în plus un voltmetru pentru măsurarea tensiunii re ieşire si un atenuator calibrat; generatoare de semnal pentru aparatele la care semnalul produs poate fi modulat; versa-tester pentru aparatele care generează semnale de forma sinusoidala sau/si dreptunghiulara (la alegere, printr-un comutator de funcţii), au posibilitatea măsurării (si indicării) frecventei si amplitudinii semnalului si - înca -pot măsura si semnale externe (ca frecventa si nivel). în ce ne priveşte, vom folosi termenul de oscilator numai pentru etajul (etajele) care generează efectiv semnalul de tensiune si generator pentru întreg aparatul (format din oscilator si etajele auxiliare - v. fig. 4.1). Generatoarele care produc semnale sinusoidale cu o frecventa baleiata (scanata) automat - comandata electric - între doua frecvente (fmin si fmax) se numesc vobulatoare.