Spis treści:
- 1 Was ist ein Funktionsgenerator?
- 2 Wie ist der Funktionsgenerator aufgebaut?
- 3 Welche Art von Wellenform kann mit einem Funktionsgenerator erzeugt werden?
- 4 Spezifikationen des Funktionsgenerators
- 5 Wozu werden Funktionsgeneratoren verwendet?
- 6 Arbiträrgenerator
- 7 Wie benutzt man den Funktionsgenerator?
- 8 Software und mechanische Generatoren
Die Bereitstellung einer Spannung mit spezifischen Eigenschaften ist in vielen Situationen von großer Bedeutung. Zu diesem Zweck werden Generatoren eingesetzt – was gibt es darüber zu wissen?
Was ist ein Funktionsgenerator?
Ein Funktionsgenerator ist ein elektronisches Gerät, dessen Funktion darin besteht, eine Stromwellenform mit einer bestimmten Form und Frequenz zu erzeugen. Es ist ein wichtiges Gerät , wenn es um Tests, Prototypen oder die Ermittlung von Fehlern und Ausfällen geht. Bei seiner Anwendung wird meist das gewünschte Signal an den Eingang gegeben und dann das Verhalten des Systems oder der Wert an seinem Ausgang beobachtet. Solche Geräte sind auch häufig an technischen Universitäten anzutreffen, wo sie ein nützliches Lehrmittel für den Laborunterricht darstellen.
Wie ist der Funktionsgenerator aufgebaut?
Die Grundlage der Funktionsgenerator-Konstruktion ist der Oszillator, der dazu dient, ein Signal gemäß den eingestellten Parametern zu erzeugen. Je nach Modell kann es eine Sinus-, Rechteck-, Sägezahn- oder Dreieckswellenform liefern – bei vielen Geräten kann man auch hier zwischen verschiedenen Optionen wählen. Für die Aufrechterhaltung der richtigen Frequenz ist in der Regel ein Quarzgenerator zuständig. Das Signal des Oszillators wird direkt an den Ausgang der gesamten Schaltung geleitet, der mit dem Zielgerät verbunden werden kann. Ein wichtiger Teil der Konstruktion des Generators ist auch der Rückkopplungskreis, an dessen Eingang ein Teil des Ausgangs des Systems geleitet wird – sein Vorhandensein ermöglicht gleichzeitig eine Phasenverschiebung um 180 Grad.
Welche Art von Wellenform kann mit einem Funktionsgenerator erzeugt werden?
Die einfachsten Funktionsgeneratoren erzeugen ein Dreieckssignal, dessen genaue Frequenz und Form mit anderen Komponenten gesteuert werden kann. Die Dreieckswellenform wird durch das Laden und Entladen eines Kondensators mit Hilfe einer konstanten Spannungsquelle erreicht. Wenn die Ausgangsspannung den oberen oder unteren Wert des Bereichs erreicht, kehrt der Komparator die Richtung seiner Änderung um und erzeugt so eine lineare Dreieckswellenform.
Um die Sägezahnspannung zu erreichen, wird eine niedrigere Spannung verwendet, um den Kondensator langsamer aufzuladen. Die Entladung hingegen erfolgt sehr schnell dank der Verwendung einer Diodedie es ermöglicht, die Polarität der Wellenform zu ändern. Wenn eine rechteckige Spannung benötigt wird, werden auch Komparatoren verwendet – in diesem Fall ist der Ausgang einfach davon abhängig, ob der Kondensator gerade geladen oder entladen wird. Das Erzielen einer “glatten” sinusförmigen Wellenform ist etwas problematischer. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen diodengesteuerte Schaltungen zur Wellenglättung verwendet.
Spezifikationen des Funktionsgenerators
Einzelne Modelle von Funktionsgeneratoren können sich in Bezug auf bestimmte technische Spezifikationen unterscheiden. Sie liegen jedoch in der Regel innerhalb der allgemein akzeptierten Bereiche, die eine effektive Nutzung der Funktionen dieses Geräts ermöglichen. Die Parameter eines typischen Generators lauten wie folgt:
- Zu den verfügbaren Ausgangswellenformen gehören Dreiecks-, Rechteck-, Sägezahn- und Sinuswellen, in einigen Fällen auch mit der Möglichkeit, Wellenformen beliebiger Form zu erzeugen (Arbiträrgeneratoren);
- Der Frequenzbereich ist im Allgemeinen recht breit – z. B. von 0,1 Hz bis 10 MHz, obwohl es auch Modelle gibt, die z. B. bis 60 oder 100 MHz reichen;
- Die Frequenzstabilität, d. h. die Schwankungsbreite des Ausgangssignals, beträgt 0,1 % pro Stunde;
- Amplitude der Ausgangsspannung – bis zu 10 V, häufig konfigurierbar;
- Ausgangsimpedanz – 50 Ω.
Wozu werden Funktionsgeneratoren verwendet?
Der Funktionsgenerator ist in erster Linie ein Messwerkzeugdas u.a. bei der Durchführung von Tests, der Erstellung von Prototypen oder bei Analysen im Labor eingesetzt werden kann. Es ist auch ein nützliches Gerät für die Diagnose verschiedener Arten von Fehlern und Ausfällen in elektrischen Systemen, deren Betrieb von der Art der Spannung am Eingang abhängt. Zu den Geräten und Schaltungen, die mit dem Funktionsgenerator getestet werden können, gehören akustische Verstärker, Filter (Hochpass, Tiefpass und Bandpass) oder Frequenzweichen. Außerdem kann der Generator zur Untersuchung der Phaseneigenschaften des Systems und zur Bestimmung des Frequenzgangs des Filters verwendet werden.
Arbiträrgenerator
Eine besondere Art von Funktionsgenerator ist der sogenannte Arbiträrgenerator. Dabei handelt es sich um fortschrittliche Geräte, die jede beliebige Signalform liefern können – nicht nur die übliche Dreiecks-, Sägezahn-, Sinus- oder Rechteckwellenform. In diesem Fall wird die Zielwellenform als eine Reihe von Amplituden und Zeitschritten beschrieben, so dass das Aussehen der gesamten Funktion fein abgestimmt werden kann. Arbiträrgeneratoren verwenden DDS-Schaltungen(direkte digitale Synthese).
Wie benutzt man den Funktionsgenerator?
Um alle Möglichkeiten eines Funktionsgenerators nutzen zu können, ist es ratsam, sich zunächst mit der Bedienung eines solchen Geräts vertraut zu machen. Die genaue Kontrollmethode hängt vom Hersteller ab – Einzelheiten sind in der Regel in der mit dem Gerät gelieferten Bedienungsanleitung zu finden. Viele Probleme sehen jedoch unabhängig vom Modell sehr ähnlich aus. Zunächst einmal ist es nützlich zu wissen, welche Einstellungen geändert werden können. Zu den vom Benutzer beeinflussbaren Variablen gehören in der Regel Signalform, Amplitude und Frequenz. Ihr Wert wird in der Regel mit Tasten und Reglern am Gerät verändert – das Standardformat umfasst eine digitale Anzeige mit einer Vorschau der aktuellen Wellenform und der Parameter, daneben befinden sich Tasten zur Steuerung des Betriebs des Geräts.
Software und mechanische Generatoren
Neben den standardmäßigen elektronischen Funktionsgeneratoren sind auch zwei Alternativen mit ähnlichem Zweck erwähnenswert. Zur Erzeugung des Signals können u.a. Software und Computerkomponenten verwendet werden – interessanterweise ist dies sogar mit einem Standardcomputer und einer Soundkarte als Ausgang möglich. Es gibt auch Mechanismen, die ähnlich wie ein Funktionsgenerator funktionieren: Dazu gehören Nocken oder Zahnräder mit variablem Übersetzungsverhältnis. Sie können jedoch in der Regel nur eine Art von Wellenform erzeugen, und die Möglichkeiten zur Veränderung ihrer Eigenschaften sind recht begrenzt. Aus diesem Grund ist für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen ein elektronischer Standardgenerator wesentlich besser geeignet. Um sicher zu sein, dass die Funktionalität höchsten Ansprüchen gerecht wird, lohnt es sich, auf Produkte bewährter Marken zu setzen – wie Siglent oder das JDS6600.
