Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-027 Generátory funkcí OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-027

Generátory funkcí Tyto generátory vytváří zpravidla více časových průběhů generovaného signálu stejného kmitočtu. Většinou dokáží generovat napětí obdélníkového, trojúhelníkového a sinusového průběhu. Obsahují elektronické obvody, které tvoří tzv. funkční měnič. Ten dokáže generovat napětí požadovaných průběhů. Frekvenční rozsah generovaných periodických signálů je v rozmezí od desetin Hz až do desítek MHz. Funkční generátor může být složen z pasivních elektrických součástek, nebo může být alespoň z části tvořen integrovanými obvody.

Obr. 1 Blokové schéma funkčního generátoru kmitů Generátory funkcí Obr. 1 Blokové schéma funkčního generátoru kmitů

Generátory funkcí Princip generování a zpracování signálu funkčního generátoru je znázorněn blokovým schématem na obr. 1. Generované průběhy periodického signálu z popisovaného funkčního generátoru mohou být: Obdélníkový Trojúhelníkový Harmonický (sínusový)

Generátory funkcí Funkční generátor je složen z prvků upravujících generovaný signál. Obsahuje části: Multivibrátor Integrátor Invertor Tvarovač

Schéma zapojení multivibrátoru Generátory funkcí Obr. 2 Schéma zapojení multivibrátoru Multivibrátor, nazývaný také astabilní klopný obvod, je generátorem obdélníkového signálu (obr. 2). Multivibrátory upravují generovaný nelineární trojúhelníkový signál na lineární obdélníkový signál.

Generátory funkcí Na schématu je uveden jednoduchý multivibrátor s hysterezí tvořený invertujícím komparátorem, který sleduje nabíjení kondenzátoru C. Tento kondenzátor je nabíjen přes rezistor R z napájecího stejnosměrného napětí +U. Dosáhne-li napětí kondenzátoru komparační úrovně, je komparátor překlopen na napětí –U a kondenzátor se vybije přes rezistor R. Poté se proces opět periodicky opakuje. Multivibrátor lze také realizovat pomocí integrovaného obvodu, např. NE 555, který lze použít pro periodické signály do frekvencí 20 kHz.

Obr.3 Princip integrátoru napětí Generátory funkcí Integrátor upravuje obdélníkový signál generovaný multivibrátorem na trojúhelníkový signál. Obr.3 Princip integrátoru napětí

Generátory funkcí Elektrické zapojení integrátoru lze vytvořit pomocí operačního zesilovače. Konstantní kladné napětí na vstupu generuje lineárně rostoucí průběh signálu na výstupu. Strmost průběhu je závislá na kapacitě kondenzátoru C a hodnotě rezistoru R. Při obrácení polarity vstupního signálu na záporné konstantní napětí je kondenzátor C vybíjen a na výstupu dochází k postupnému lineárnímu klesání napětí. Tímto způsobem vzniká trojúhelníkový signál s lineárním průběhem.

Generátory funkcí Invertorem lze zrcadlově obrátit průběh zpracovávaného signálu. Elektrické zapojení je možné vytvořit např. za pomoci operačního zesilovače v invertujícím zapojení. Obr. 4 Princip invertoru

Generátory funkcí Obr.5 Tvarovač signálu Tvarovač upravuje trojúhelníkový signál na harmonický sinusový signál. Je možné použít pasivní diodovou síť, anebo aktivní zapojení s operačním zesilovačem, případně tranzistorem typu FET. Na obr. 5 je použita jednoduchá diodová síť, kde je signál utlumen vždy po 30° sinusového průběhu signálu.

Generátory funkcí Funkční generátory vyrábí více výrobců. Kromě trojúhelníkového, obdélníkového a sinusového průběhu mohou tyto generátory vytvářet ještě další časové průběhy napětí, především pilovitý a exponenciální. Mohou obsahovat též generátory šumu a impulzní generátory. Dnes se používají digitální technologie, takže je možné editovat a upravovat jakýkoliv průběh signálu, který se uloží do paměti přístroje.

Generátory funkcí Nastavitelné parametry funkčních generátorů jsou: Frekvence Amplituda Offset Činitel plnění obdélníkových impulzů   Někdy je možné též generovat rozmítaný signál na daném spektru frekvencí. Je možné modulovat výstupní signál amplitudovou a frekvenční modulací. Dnešní moderní generátory funkcí je též možné propojit s počítačem přes rozhraní USB nebo sériové RS-232.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura Vitejček E. a Hos V.: Elektrické měření, SNTL Praha 1979 Fajt V. a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987 Bejček L. a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 2003 Belza J. : Operační zesilovače pro obyčejné smrtelníky, BEN, Praha 2004 Srovnal V. a kol.: Elektrotechnická měření – Měřící přístroje, Informatorium Praha 2008