Измерительный генератор — это специализированный прибор, основная задача которого заключается в создании электрических колебаний заданной формы с точно определёнными параметрами мощности, напряжения или тока. В зависимости от того, какой параметр является ключевым, приборы могут называться генераторами мощности, напряжения или тока.
Классификация и основные виды
Измерительные генераторы можно классифицировать по нескольким признакам. По способу использования они делятся на внутренние (встроенные в состав других измерительных приборов) и внешние (автономные устройства). По форме генерируемого сигнала выделяют генераторы синусоидального напряжения и импульсные генераторы, среди которых особенно распространены приборы, формирующие сигналы прямоугольной и пилообразной формы. Важным критерием является также диапазон рабочих частот, в соответствии с которым различают генераторы низкой (НЧ), высокой (ВЧ), сверхвысокой (СВЧ) частоты и генераторы шума.
Применение и особенности
В измерительной технике эти приборы нашли широчайшее применение. Они используются для исследования характеристик активных и пассивных четырёхполюсников, поиска неисправностей в электронных схемах, выступая в роли источника испытательного сигнала. Отличительной чертой измерительных генераторов является возможность плавного регулирования в заданных пределах таких параметров выходного сигнала, как частота и напряжение. Кроме того, для них характерна настройка выходного сопротивления, типа модуляции (у ВЧ-генераторов) и коэффициента гармоник (у НЧ-генераторов).
Подробный обзор типов генераторов
В электротехнической и радиоэлектронной промышленности, а также в системах связи применяется множество разновидностей измерительных генераторов:
1. Импульсный генератор — прибор, вырабатывающий сигнал в форме импульсов. Конкретное название зависит от формы этих импульсов, например:
• Генератор сигналов прямоугольной формы;
• Генератор пилообразного напряжения.
Также существуют генераторы, формирующие сигналы треугольной, трапецеидальной и других сложных форм.
2. Кварцевый генератор — устройство с исключительно высокой стабильностью частоты, которая обеспечивается использованием кварцевого резонатора (кварцевая стабилизация). Такие генераторы незаменимы в технике связи, цифровых вольтметрах, универсальных счётчиках, а также в качестве тактовых генераторов в вычислительной технике.
3. Генератор низкой частоты (НЧ) — прибор, работающий в диапазоне низких частот. Для генерации сигнала в его схемах обычно применяются RC-генераторы, астабильные мультивибраторы или блокинг-генераторы.
4. Образцовый генератор — высокоточный прибор с нормированными параметрами выходного сигнала (мощность, напряжение, ток). Он предназначен для поверки и калибровки других измерительных устройств. Высокая стабильность частоты, как правило, достигается за счёт использования кварцевого генератора.
5. Генератор пилообразного напряжения (генератор развёртки) — формирует напряжение, график которого напоминает зубья пилы. Принцип работы основан на линейном во времени заряде конденсатора с последующим его быстрым разрядом. Основные схемные реализации:
• Использование нижней линейной части кривой заряда (интегратор Миллера).
• Повышение напряжения заряда на конденсаторе (способ синхронного зарядного напряжения), применяемый в усилительных схемах развёртки.
• Заряд конденсатора постоянным током от измерительного генератора тока.
6. Генератор сверхвысокой частоты (СВЧ) — генерирует модулированные или немодулированные синусоидальные сигналы с частотой выше 300 МГц. Для работы на таких высоких частотах используются объёмные резонаторы (высокодобротные колебательные контуры, являющиеся частью волновода) и специальные усилительные элементы СВЧ-техники.
7. Генератор сигналов прямоугольной формы — позволяет оператору устанавливать амплитуду, частоту и длительность импульсов прямоугольной формы. Источником такого сигнала может быть синусоидальный генератор с последующим формированием импульсов или генератор релаксационных колебаний. Этот прибор служит ключевым инструментом для испытаний цифровых и аналоговых схем: по степени искажения прямоугольной формы сигнала на выходе тестируемого устройства можно судить о его передаточных характеристиках.
8. Генератор синусоидального напряжения — работает на принципе положительной обратной связи, которая реализуется с помощью усилительного элемента и цепи обратной связи. В зависимости от типа этой цепи различают:
• LC-генераторы (например, генератор Мейснера) с колебательным контуром.
• RC-генераторы с RC-фазовращательной цепью или мостом Вина.
Для получения определённых частот могут использоваться два LC-каскада со смесительной схемой, что позволяет создать генератор биений.
9. Генератор телевизионной развёртки — прибор специального назначения для настройки и проверки цветных телевизоров. Он формирует комбинированный тестовый сигнал в видео- или СВЧ-диапазоне, позволяющий вывести на экран специальную испытательную таблицу (например, в виде сетки или цветного шахматного поля).
10. Генератор шума — создаёт шумовой сигнал для измерений. Поскольку шумы, возникающие в электронных компонентах, искажают передаваемую информацию, для их оценки необходим эталонный источник шума. В качестве такого источника в приборе обычно используется шумовой электровакуумный диод, работающий в режиме насыщения (реже — нагретый резистор). Он генерирует шумовую мощность, постоянную в широком частотном диапазоне. Уровень выходной мощности такого генератора регулируется и отображается на индикаторе.