Измерительные генераторы создают контролируемые электрические сигналы, которые используются для имитации работы электрических цепей. Это позволяет инженерам проводить тесты и настройки, не прибегая к использованию реальных сигналов, что может быть опасно или невозможно в некоторых условиях.
Эти устройства генерируют сигналы, необходимые для изучения частотных зависимостей и передаточных характеристик, что является ключом к разработке и поддержке высококачественной электроники.
В этой статье мы рассмотрим различные типы измерительных генераторов, их классификацию по формам колебаний и частотному диапазону, а также их применение в лабораторных и промышленных исследованиях.
Источники измерительных сигналов
Измерительный генератор — это прибор, который создает электрические колебания различной формы. Эти колебания могут иметь различные значения мощности, напряжения и тока, что делает их незаменимыми в лабораторных и промышленных исследованиях. Измерительные генераторы отличаются тем, что они позволяют регулировать частоту и напряжение выходного сигнала, а также выходное сопротивление, в пределах определенных диапазонов.
Принципы работы и применение
Измерительные генераторы работают на основе различных электронных схем, которые могут включать LC-резонансные цепи, кварцевые резонаторы для стабилизации частоты и цифровые синтезаторы сигналов. Они находят применение в широком спектре областей, от базовой настройки аудиооборудования до сложных испытаний электромагнитной совместимости в аэрокосмической индустрии.
Измерительные генераторы остаются неотъемлемой частью инструментария специалистов в области электроники, обеспечивая разработку и поддержание надежности и точности электронных систем. Они помогают удостовериться, что продукция соответствует всем необходимым стандартам и требованиям, что в конечном итоге ведет к повышению качества и безопасности электронных устройств, окружающих нас.
Разделение измерительных генераторов
Измерительные генераторы можно классифицировать по типу выходного сигнала и области применения:
- Генераторы гармонического сигнала производят синусоидальные волны и используются для тестирования линейных систем.
- Функциональные генераторы могут генерировать различные формы волн, включая синусоидальные, прямоугольные и треугольные, что делает их универсальными инструментами для тестирования.
- Радиочастотные генераторы специализируются на создании высокочастотных сигналов для радио и телекоммуникационных приложений.
Для генераторов высокой частоты доступна настройка типа модуляции выходного напряжения, а для генераторов низкой частоты — регулировка коэффициента гармоник. Существует также импульсный измерительный генератор, который создает выходной сигнал в форме импульсов.
В зависимости от формы этих импульсов, генераторы могут быть классифицированы как генераторы прямоугольных сигналов или генераторы пилообразного напряжения. Помимо этого, имеются генераторы, способные формировать импульсные сигналы других форм, таких как треугольная или трапецеидальная.
Классификация измерительных генераторов по формам колебаний:
- Синусоидальные генераторы — используются для имитации естественных электрических процессов.
- Импульсные генераторы — предназначены для тестирования реакции устройств на кратковременные сигналы.
- Генераторы прямоугольной формы и пилообразного напряжения — применяются для специализированных испытаний и калибровки.
Генераторы также классифицируются по диапазону частот:
- Низкой частоты — используются в аудио устройствах и коммуникационном оборудовании.
- Высокой частоты — применяются в радио и телекоммуникациях.
- Сверхвысокой частоты — используются для спутниковой связи и радаров.
- Генераторы шума — предназначены для тестирования устойчивости устройств к внешним помехам.
Генераторы бывают внутренними и внешними. Внутренние генераторы встроены в измерительные приборы, в то время как внешние генераторы используются отдельно. Это разделение позволяет специалистам выбирать оптимальное оборудование для конкретной задачи.
Генератор калибровки (калибратор) — это специализированный измерительный генератор, применяемый для определения градуировочных характеристик различных измерительных приборов. Встроенные в приборы, они выполняют специфические функции. Например, калибратор осциллографа генерирует импульсное напряжение прямоугольной формы с высокой степенью точности, обеспечивая тем самым проверку коэффициентов отклонения на экране прибора.
На рисунке - калибратор, как известный источник сопротивления для получения наиболее точного измерения сопротивления с помощью мультиметра. Цифровой мультиметр генерирует ток и измеряет напряжение, а калибратор измеряет ток на обычных клеммах и подает напряжение на второй набор тестовых проводов для измерения напряжения на клеммах мультиметра. Это компенсирует любые потери на измерительных проводах.
Генератор синусоидального напряжения - это измерительное устройство, выдающее синусоидальный сигнал. Его применяют в различных областях, включая радиотехнику, электронику и измерительную технику. Он использует принцип положительной обратной связи, который реализуется комбинацией активных элементов, таких как усилители или интегральные микросхемы.
Генератор Мейснера - это схема генерации синусоидальных колебаний, широко используемая в радиотехнике и электронике. Основан на усилителе-четырехполюснике, работающем на базе электронной лампы, транзистора или интегральной микросхемы. Генератор Мейснера применяет трансформаторную связь для создания положительной обратной связи, подавая часть выходного сигнала обратно на вход усилителя.
Генераторы импульсов генерируют последовательности прямоугольных импульсов, для которых можно задавать амплитуду, нарастающий и спадающий фронты, коэффициенты заполнения, длину положительных и отрицательных импульсов и т. д. Они в основном предназначены для тестирования логических схем.
Генератор сигналов прямоугольной формы - выходной сигнал этого измерительного генератора имеет прямоугольную форму. Оператор может устанавливать амплитуду, частоту и длительность импульсов. Источником прямоугольного напряжения может быть синусоидальный генератор с последующим формированием импульсов или схема релаксационных колебаний, генерирующая несинусоидальное напряжение.
Генератор пилообразного напряжения, также известный как генератор развертки - это измерительное устройство, выдающее напряжение с формой пилы. Все методы создания пилообразного напряжения основаны на принципе линейного заряда конденсатора, за которым следует быстрый разряд. Существуют следующие основные варианты:
- Интегратор Миллера: использует только нижнюю линейную часть кривой заряда.
- Синхронное зарядное напряжение: во время заряда конденсатора напряжение повышается. Применяется в усилительных схемах развертки.
- Заряд постоянным током: конденсатор заряжается постоянным током, используя генератор тока.
Генератор сверхвысокой частоты - это измерительное устройство, формирующее смодулированные или модулированные синусоидальные сигналы с частотой свыше 300 МГц. Для получения высоких частот используются объемные резонаторы и специальные усилительные элементы СВЧ-техники.
Генераторы сигналов произвольной формы позволяют пользователю определять как форму сигнала, так и его частоту. Во внутренней памяти прибора хранятся значения, определяющие амплитуды отдельных выборок, которые вводятся в память пользователем.
Генератор сигналов FNIRSI SG-003A — компактное устройство размером 112x77x21 мм и весом 66 г. Оно обладает встроенным аккумулятором на 3000 мАч, обеспечивающим до 24 часов работы в режиме ожидания. Генератор поддерживает Type-C зарядку и оснащен цветным TFT-ЖК дисплеем, а также индикацией заряда батареи. 4 внутренних диаметра портов, поддержка множественного переключения, а также работа с током 0-24 мА, напряжением 0-24 В и импульсными сигналами Гц. Применение включает отладку ПЛК, настройку сервоприводов и калибровку приборов, а также визуализацию изменений сигналов.
Параметры генераторов
Ключевые параметры измерительных генераторов включают:
- Частотный диапазон: определяет спектр частот, которые может генерировать устройство.
- Уровень выходного напряжения: важен для соответствия уровню сигнала, необходимому для тестируемой цепи.
- Колебания амплитуды: стабильность амплитуды сигнала критична для точности измерений.
- Фазовая стабильность: обеспечивает, что фаза сигнала остается постоянной во времени, что необходимо для синхронизации в сложных измерительных системах.
- Гармонические искажения: низкий уровень искажений указывает на то, что генератор может производить чистый сигнал без нежелательных частотных компонентов.
- Шумовые характеристики: важны для определения минимального уровня сигнала, который может быть отличен от фонового шума устройства.
- Интерфейсы управления: современные измерительные генераторы часто оснащены цифровыми интерфейсами для программирования и контроля параметров сигнала, что упрощает интеграцию в автоматизированные тестовые системы.
Эти параметры в совокупности определяют функциональность и применимость измерительных генераторов в различных областях, от лабораторных испытаний до промышленного производства и научных исследований. Понимание и правильная настройка этих параметров являются ключевыми для достижения высокой точности и надежности в измерениях.
Заключение
Измерительные генераторы создают контролируемые электрические сигналы для имитации работы электрических цепей, что позволяет проводить тесты и настройки без использования реальных сигналов.
Генераторы классифицируются по типу выходного сигнала и области применения, включая гармонические, функциональные, радиочастотные и импульсные генераторы.
Они используются в лабораторных и промышленных исследованиях для изучения частотных зависимостей и передаточных характеристик, что важно для разработки высококачественной электроники.
Измерительные генераторы обеспечивают разработку и поддержание надежности и точности электронных систем, способствуя повышению качества и безопасности электронных устройств.