1.2. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

1.2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Генераторы сигналов сложной формы представляют собой источники сигналов общего назначения, формирующие сигналы различной формы, включая синусоидальную, прямоугольную и треугольную. Форма сигналов, амплитуда и частота выбираются оператором.

В некоторых моделях генераторов сигналы различной формы одновременно снимаются с различных выходов. Частоты сигналов генераторов устанавливаются в широком диапазоне - от 1 мГц или 1 мкГц до нескольких мегагерц. Обычно частоты генераторов общего назначения 0,01 Гц - 10 МГц.

Низкочастотные генераторы предназначены для генерирования неискаженных синусоидальных колебаний низкой частоты в ограниченном диапазоне частот, обычно от 20 Гц до 20 кГц, иногда до 100 кГц. Лабораторные генераторы имеют прецизионные аттенюаторы и приборы на выходе, позволяющие точно устанавливать амплитуду сигнала.

Многие низкочастотные генераторы формируют прямоугольные импульсы. Задающим генератором обычно является низкочастотный генератор с фазосдвигающей /?С-цепочкой или мостом Вина. Прямоугольные импульсы формируются из колебаний синусоидальной формы с помощью ограничителей.

Низкочастотные генераторы колебаний треугольной формы обычно представляют собой мультивибраторы генерирующие колебания прямоугольной формы. Эти колебания интегрируются операционным усилителем с емкостной обратной связью, формирующим колебания треугольной формы. Процесс основан иа то I, что интеграл от постоянной величины- прямая линия, т, е. интеграл, от фиксированного уровня есть линейно нарастающее напряжение:

f Edt = Et.(1.15)

Если Е положительно, напряжение Et имеет положительный наклон; если Е отрицательно, напряжение Et имеет отрицательный наклон.

Такое электронное интегрирование обычно связано с поворотом фазы иа 180°, и выходное, линейно нарастающее напряжение оказывается» линейно падающим. Треугольная форма выходного сигнала образуется: при чередовании линейно нарастающего и линейно падающего nanpni . жеиий.

Инвертирующий операционный усилитель, имеющий резистивныь? вход и емкостную обратную связь (интегратор напряжения, показанный на рис. 1.11), может быть представлен в виде емкости, заряжаемой от источника тока, поскольку напряжение иа конденсаторе равно Ue,

заряд, накопленный емкостью,

Q = L Г с с J

Так как ток i постоянен, напряжение Uc линейно нарастает во времени. В генераторах колебаний сложной формы прямоугольные импульсы напряжения попеременно изменяют полярность. Токи через емкость соответственно заряжают и разряжают ее; так формируются колебания треугольной формы.

Мультивибратор часто включает в себя компаратор, выход которого переключается напряжением треугольной формы, так что одна схема генерирует два колебания - прямоугольной и треугольной формы (рис. 1.11). Выход компаратора переключается на + U, когда неинвер-

Камларатор напряжений

Интегратор С „

Рис. 1.П. Схема формирования сигналов прямоугольной и треугольной

тирующий вход приобретает слегка положительный потенциал, и на -II, когда потенциал того же входа станет слегка отрицательным. Так как уровень +С/ зафиксирован в интервале от t\ до h, а инвертирующий вход имеет потенциал, близкий к 0, емкость С заряжается постоянным током. Аналогичное условие выполняется, если иа входе компаратора -U. Если изначально иа выходе +U, то инвертирующий интегратор формирует линейно падающее напряжение. Резисторы Ri, R2 н R3 образуют цепь связи; комбинация выходных напряжений интегратора и компаратора подается на неннвертирующий вход компаратора. Поскольку на выходе интегратора - линейно падающее напряжение, напряжение обратной связи оказывается отрицательным и на выходе компаратора возникает уровень -U. Теперь интегратор генерирует линейно возрастающее напряжение, пока на входе компаратора снова не возникает положительное напряжение, и т. д.

Напряжениие синусоидальной формы формируется путем выделения

из колебаний прямоугольной формы основной гармонической составляющей. Изменения параметров фильтра при изменении частоты генерируемых колебаний достигаются механическим соединением соответствующих перестраиваемых элементов схемы. Процесс выделения основной гармонической составляющей связан с уменьшением амплитуды синусоидального сигнала, поэтому перед соответствующим выходом ставится усилитель.

В некоторых моделях генераторов синусоидальное напряжение формируется путем кусочно-линейной аппроксимации. Напряжение треугольной формы подается иа резистивио-диодиую схему, формирующую сигнал синусоидальной формы (при этом можно использовать операционный усилитель). Мгновенное значение напряжения треугольной формы изменяет напряжение смещения диодов и определяет число диодов,

Регулировка, частоты

Вы оЗнпй усилители

РегутраВка уровня постоянной свставш

сигнала

Рис.. 1.12. Упрощенная структурная схема генератора сигналов сложной формы. Напряжение синусоидальной формы создается синусоидальным

преобразователем

проводящих в данный момент времени, что, в свою очередь, определяет уровень выходного напряжения.

Сопротивления резисторов выбраны так, что мгновенные значения колебания треугольной формы создают на выходе сигнал приблизительно синусоидальной формы.

На рис. 1.12 показана общая структурная схема типового генератора сигналов сложной формы.

1.2.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ГЕНЕРАТОРОВ

Многие современные генераторы имеют дополнительные (к описанным) устройства, существенно расширяющие возможности их применения. Ниже кратко описываются основные из них.

I. Регулировка уровня постоянной составляющей выходного напряжения. С помощью этой регулировки можно добавлять постоянную со-