Generador de funciones

En ingeniería eléctrica, un generador de funciones suele ser una pieza de equipo de prueba electrónico o software que se utiliza para generar diferentes tipos de formas de onda eléctricas en una amplia gama de frecuencias. Algunas de las formas de onda más comunes producidas por el generador de funciones son la onda sinusoidal, la onda cuadrada, la onda triangular y las formas de dientes de sierra. Estas formas de onda pueden ser repetitivas o de un solo disparo (lo que requiere una fuente de disparo interna o externa). Otra característica incluida en muchos generadores de funciones es la capacidad de agregar una compensación de CC. Los circuitos integrados utilizados para generar formas de onda también pueden describirse como circuitos integrados generadores de funciones.

Aunque los generadores de funciones cubren tanto frecuencias de audio como de radio, generalmente no son adecuados para aplicaciones que necesitan señales de baja distorsión o frecuencia estable. Cuando se requieren esos rasgos, otros generadores de señales serían más apropiados.

Algunos generadores de funciones pueden sincronizarse en fase con una fuente de señal externa (que puede ser una referencia de frecuencia) u otro generador de funciones.

Los generadores de funciones se utilizan en el desarrollo, prueba y reparación de equipos electrónicos. Por ejemplo, pueden usarse como fuente de señal para probar amplificadores o para introducir una señal de error en un bucle de control. Los generadores de funciones se utilizan principalmente para trabajar con circuitos analógicos, los generadores de impulsos relacionados se utilizan principalmente para trabajar con circuitos digitales.

Instrumentos electrónicos

Principios de funcionamiento

Los generadores de funciones simples generalmente generan formas de onda triangulares cuya frecuencia se puede controlar de manera suave y en pasos. Esta onda triangular se utiliza como base para todas sus demás salidas. La onda triangular se genera cargando y descargando repetidamente un condensador desde una fuente de corriente constante. Esto produce una rampa de voltaje linealmente ascendente y descendente. A medida que el voltaje de salida alcanza los límites superior o inferior, la carga o descarga se invierte usando un comparador, produciendo la onda triangular lineal. Variando la corriente y el tamaño del condensador se pueden obtener diferentes frecuencias. Las ondas de diente de sierra se pueden producir cargando el capacitor lentamente con baja corriente, pero usando un diodo sobre la fuente de corriente para descargar rápidamente: la polaridad del diodo cambia la polaridad del diente de sierra resultante, es decir, aumento lento y caída rápida, o aumento rápido y caída lenta.

Se obtiene fácilmente una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50 % observando si el condensador se está cargando o descargando, lo que se refleja en la salida del comparador de conmutación de corriente. Se pueden obtener otros ciclos de trabajo (teóricamente de 0% a 100%) utilizando un comparador y la señal de diente de sierra o triángulo. La mayoría de los generadores de funciones también contienen un circuito de configuración de diodos no lineal que puede convertir la onda triangular en una onda sinusoidal razonablemente precisa redondeando las esquinas de la onda triangular en un proceso similar al recorte en los sistemas de audio.

Un contador de anillo móvil, también llamado contador Johnson, y un circuito de conformación (lineal) solo de resistencia son una forma alternativa de producir una aproximación de una onda sinusoidal. Este es quizás el oscilador controlado numéricamente más simple. Dos de estos contadores de anillo ambulante son quizás la forma más sencilla de generar la manipulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua. utilizado en señalización multifrecuencia de doble tono y primeros tonos de módem.

Un generador de funciones típico puede proporcionar frecuencias de hasta 20 MHz. Los generadores de RF para frecuencias más altas no son generadores de funciones en sentido estricto, ya que normalmente producen únicamente señales sinusoidales puras o moduladas.

Los generadores de funciones, como la mayoría de los generadores de señales, también pueden contener un atenuador, varios medios para modular la forma de onda de salida y, a menudo, la capacidad de "barrer" la frecuencia de la forma de onda de salida (mediante un oscilador controlado por voltaje) entre dos límites determinados por el operador. Esta capacidad hace que sea muy fácil evaluar la respuesta de frecuencia de un circuito electrónico determinado.

Algunos generadores de funciones también pueden generar ruido blanco o rosa.

Los generadores de funciones más avanzados se denominan generadores de formas de onda arbitrarias (AWG). Utilizan técnicas de síntesis digital directa (DDS) para generar cualquier forma de onda que pueda describirse mediante una tabla de amplitudes y pasos de tiempo.

Especificaciones

Las especificaciones típicas de un generador de funciones de uso general son:

• Produce sine, cuadrado, triangular, sierra (ramp) y salida de pulso. Los generadores de onda arbitrarios pueden producir ondas de cualquier forma.
• Puede generar una amplia gama de frecuencias. Por ejemplo, el Tektronix FG 502 (ca 1974) cubre 0.1 Hz a 11 MHz.
• Estabilidad de frecuencia de 0,1% por hora para generadores analógicos o 500 ppm para un generador digital.
• Máxima distorsión de sinewave de aproximadamente 1% (exactitud de red de modelado de diodos) para generadores analógicos. Los generadores de onda arbitrarios pueden tener distorsión menos que -55 dB infra 50 kHz y menos que -40 dB arriba 50 kHz.
• Algunos generadores de función se pueden bloquear en fase a una fuente de señal externa, que puede ser una referencia de frecuencia u otro generador de función.
• Se puede apoyar la modulación de amplificación (AM), modulación de frecuencia (FM), o modulación de fase (PM).
• Ampliación de salida hasta 10 V pico a pico.
• La amplificación puede ser modificada, generalmente por un atenuador calibrado con pasos de decenio y ajuste continuo dentro de cada década.
• Algunos generadores proporcionan un voltaje de compensación DC, por ejemplo ajustable entre -5V a +5V.
• Impedancia de salida 50 Ω.

Software

Un enfoque completamente diferente a la generación de funciones es utilizar instrucciones de software para generar una forma de onda, con provisión para salida. Por ejemplo, se puede utilizar un ordenador digital de uso general para generar la forma de onda; si el rango de frecuencia y la amplitud son aceptables, la tarjeta de sonido instalada en la mayoría de los ordenadores se puede utilizar para producir la onda generada.

Elementos del circuito

Generador de formas de onda

Un elemento de circuito electrónico utilizado para generar formas de onda dentro de otros aparatos que pueden usarse en circuitos de instrumentación y comunicaciones, y también en un instrumento generador de funciones. Algunos ejemplos son el Exar XR2206 y el Intersil Circuitos integrados ICL8038, que pueden generar formas de onda sinusoidal, cuadrada, triangular, de rampa y de pulso a una frecuencia controlable por voltaje.

Generador de funciones

Un elemento de circuito electrónico que proporciona una salida proporcional a alguna función matemática (como la raíz cuadrada) de su entrada; Estos dispositivos se utilizan en sistemas de control de retroalimentación y en computadoras analógicas. Algunos ejemplos son el tubo de ley cuadrada Raytheon QK329 y el amplificador Log/Antilog Intersil ICL8048.

Generadores de funciones mecánicas

Los generadores de funciones mecánicos son varillajes, mecanismos seguidores de levas o engranajes no circulares, diseñados para reproducir diferentes tipos de funciones, ya sean periódicas (como funciones seno o coseno) o de un solo disparo (logaritmos). , funciones parabólicas, tangentes, etc.).

Los instrumentos de medición como manómetros, altímetros y barómetros incluyen generadores de funciones de tipo varillaje como medio de linealización. Antes de la llegada de las computadoras digitales, se utilizaban generadores de funciones mecánicas en la construcción de sistemas de control de disparos de armas y calculadoras mecánicas.

• <a class="mw-file-description" href="https://en.wikipedia.org/wiki/File:Func_Geen_Log(u).gif" title="Four-bar function generator of the function Log(u) for 1 < u <img alt="Four-bar function generator of the function Log(u) for 1 < u
  Generador de funciones de cuatro barras de la función Log(u) para 1 won u 10
• <a class="mw-file-description" href="https://en.wikipedia.org/wiki/File:RRRT_Func_Geen_Log(u).gif" title="Rocker-slider function generator of the function Log(u) for 1 < u <img alt="Rocker-slider function generator of the function Log(u) for 1 < u
  Generador de función Rocker-slider de la función Log(u) para 1 iere u 0 10
• <a class="mw-file-description" href="https://en.wikipedia.org/wiki/File:TRRR_Func_Geen_Tan(u).gif" title="Slider-rocker function generator of the function Tan(u) for 0 < u <img alt="Slider-rocker function generator of the function Tan(u) for 0 < u
  Generador de función deslizante-rocker de la función Tan(u) para 0 made u se realizó 45°.