Генератор сигналов специальной формы GFG-3015 компании Good Will Instruments Co. Ltd.

Генератор сигналов специальной формы GFG-3015 компании Good Will Instruments Co. Ltd.

А.В. Пивак, АО «ПриСТ» Подробные технические характеристики прибора...

До недавнего времени компания GOOD WILL Instek, прекрасно известная в России, уже представляла на российском рынке свои многофункциональные генераторы. Это генераторы серии GFG-8200 и SFG-830. Генераторы серии GFG-8200, а это модели GFG-8215А, GFG-8216А, GFG-8217А,GFG-8219А, GFG-8250А, GFG-8255А, GFG-8210, разрабатывались с учетом применения в сфере образования (для изучения основ радиотехники), сервисных служб, при ремонте различных радиоэлектронных устройств, применения среди радиолюбителей и т.д. Эти генераторы имеют широкие функциональные возможности и очень низкую цену, они достаточно просты по конструкции, но не обладают техническими характеристиками достаточными для применения в сфере телекоммуникаций, научно-технических исследований, метрологического обеспечения и т.д. Прежде всего, из-за того, что погрешность установки выходного уровня не нормируется. Генератор SFG-830 наоборот - обладает прекрасными техническими характеристиками, вплоть до возможности формирования сигналов произвольной формы, но при цене, порядка 56000 руб, организации имеющие ограниченное финансирование, могут только вздыхая мечтать о нем.

Целью разработки генератора GFG-3015 было создать многофункциональный генератор сигналов специальной формы, обладающий достаточно хорошими техническими характеристиками, значительно выше чем в серии GFG-8200, но в то же время обладающий ценой, доступной даже для бюджетных организаций.

Первое отличие генератора GFG-3015 от своих «младших братьев» состоит в том, генератор GFG-3015 обладает нормированным значением установленного выходного уровня. Если раньше в большинстве генераторов калиброванными были только аттенюаторы 20 дБ, 40 дБ и иногда 60 дБ (и это тенденция не только GOOD WILL Instek, но всех других компаний производивших подобное оборудование), а о значении уровня выходного сигнала между ступенями аттенюатора можно было только гадать или измерить, воспользовавшись внешним вольтметром. Погрешность установки выходного уровня генератора GFG-3015 на нагрузке 50 Ом не превышает 3 % и может быть установлен в пределах от 10 мВ до 10 В, при выборе единиц выходного уровня «В» или от +23,9 дБм до -35,9 дБм, при выборе единиц выходного уровня «дБм». При этом калиброванным стал не только уровень выходного сигнала, но и значение постоянного напряжения в режиме «смещение» (регулировка смещения приводит к изменению постоянной составляющей на выходе сигнала от -5 В до +5 В). Это сразу позволило расширить область применения генератора для тех приложений, где калиброванное значение уровня выходного сигнала является необходимым.

Второе отличие это то, что для повышения стабильности частоты выходного сигнала, в цепи обратной связи применен многофункциональный интегрированный частотомер (GFC-9701), собственной разработки компании GOOD WILL Instek. Частотомер производит измерение частоты сигнала на выходе генератора управляемого напряжением (ГУН) (см. рис.2). Результат измерения частоты поступает на центральный процессор (ЦП), где происходи сравнение с частотой установленной оператором. В случает ухода частоты, ЦП подает на ЦАП значение кода формирования частоты выходного сигнала с учетом ошибки, в результате чего постоянное напряжения на выходе ЦАП изменяется; с выхода ЦАП на ГУН выдается напряжение с учетом ошибки генерации частоты, частота на выходе ГУН изменяется, цепь обратной связи замкнулась.

рис. 2

Такой уход частоты может быть вызван, например, температурной нестабильностью электронных компонентов. В результате такого схемного решения погрешность установи частоту удалость снизить до 0,02% а диапазон выходных частот генератора составил от 0,01Гц до 15МГц. Интегрированный частотомер способен измерять не только частоту, но и период сигнала, скважность, отношение частот, временные интервалы и длительность импульсов. Эти особенности позволили использовать генератор еще и в качестве частотомера при измерении частоты внешних сигналов.

Генератор обладает следующими режимами работы (и дадим пояснения к некоторым из них):

1. Формирование сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной форм с возможностью изменения скважности и регулировки постоянного смещения на выходе;

2. Режим внутренней и внешней АМ и ЧМ, при этом частота внутреннего модулирующего генератора находится в пределах от 0,01 Гц до 10 кГц и имеет форму синусоиды, прямоугольника или треугольника;

3. Возможность качания частоты по линейному или логарифмическому закону; Основное назначение этого режима - совместно с осциллографом произвести измерения АЧХ различных устройств. Генератор обладает стабильной амплитудой выходного сигнала, возможностью установки начальной и конечной частоты качания и возможностью установки времени качания. Сигнал с выхода генератора подается на испытуемое устройство, с выхода испытуемого устройства сигнал подается на вход осциллографа. Осциллограф находится в режиме «ждущая развертка» - внешний запуск и запуск развертки синхронизируется с периодом качания отдельным кабелем. На экране осциллографа будет получено изображение АЧХ устройства. Так на рис. 3 отображена АЧХ режекторного фильтра, с частотой режекции 2 кГц.

рис. 3

Оно, конечно, отличается от отображения на экране измерителя АЧХ, но произвести измерения усиления или затухания, а так же измерения частоты не представляет ни какой трудности, а при использовании цифрового осциллографа возможности измерения АЧХ значительно возрастают. Так для определения точной частоты режекции необходимо примерно выбрать участок режекии с достаточной амплитудой (см. рис 4) и остановить сбор информации кнопкой «СТОП», просто подвести узкий участок картинки на середину экрана и растянуть до тех пор пока не будет отчетливо видно тест-сигнала (тут желательно использовать осциллограф с возможно большей длинной памяти), включить автоматические измерения и частота появится на экране (см. рис. 5). В нашем примере это 1,851 кГц.

рис. 4

рис. 5

Для измерения усиления или затухания достаточно подать на вход осциллографа два сигнала - один до устройства в котором производится измерение АЧХ, другой после и сравнить полученные значения. Пример приведен на рис. 6, рис.7 и рис.8.

рис. 6

рис. 7

Выбирая прокруткой осциллограммы различные участки АЧХ (частота будет индицироваться в поле измерения «частота») можно измерить затухание на частоте 1,859 кГц (рис.7), оно составляет 3, 55В / 0,176В=20 раз. Или на частоте 815,4 Гц (см рис. 8) оно составляет 3,58В / 1,46В = 2,45 раз

рис. 8

Бесспорно, такая реализация измерения АЧХ устройств далека от идеальной, но она наглядно показывает как это возможно измерить АЧХ используя режим свипирования функционального генератора.

4. Синхронизация формирования амплитудной манипуляции внешним или внутренним сигналом с возможностью изменения фазы запуска. В этом режиме на выходе генератора будет формироваться сигнал амплитудной манипуляции, при этом форму сигнала заполнения и его частоту можно установить любой в пределах допустимой в режиме АМ, а так же возможно установить коэффициент заполнения окна от 10% до 90%. Начальная же фаза сигнала может быть установлена в пределах от -90? до +80?. В режиме синхронизации возможно формирование как одного периода сигнала, так и непрерывный сигнал в пределах окна. На рис 9. приведен пример формирования одного периода сигнала без сдвига начальной фазы запуска, а на рис. 10 этот же сигнал, но со сдвигом +20?.

рис. 9

рис. 10

На рис 11 приведен пример формирования непрерывного сигнала без сдвига начальной фазы запуска а на рис. 12 этот же сигнал, но со сдвигом -20°.

рис. 11

рис. 12

5. Управление частой внешним постоянным напряжением. В некоторых приложениях возникает задача сформировать сигнал зависимый от постоянного напряжения или формировать сигнал последовательно разной частоты. В этих случаях необходим вход генератора обеспечивающий формирование частоты постоянным напряжением. Генератор GFG-3015 имеет такой вход. Если для формирования первой задачи достаточно просто подать сигнал постоянного напряжения на вход и получить сигнал различной частоты, пропорциональный входному напряжению. То для выполнения второй задачи необходимо предварительно смоделировать закон изменения частоты на постоянном напряжении, а потом подать его на вход генератора. Моделировать постоянное напряжения на выходе с привязкой ко времени могут, например, лабораторные источники серии PPE или PSЕ производства компании GOOD WILL Instek. Так на рис. 13 изображено четыре ступеней различного постоянного напряжения, которым соответствуют четыре различных выходных частот генератора GFG-3015.

рис. 13

6. Память и вызов 9 установленных режимов работы генератора. Это необходимо для записи в память и быстрого вызова наиболее используемых оператором настроек генератора, например при проведении большого числа периодических измерения или при использовании данного генератора на конвейере для выполнения однотипных операций.

7. Внешнего частотомера, в этом режиме генератор способен производить измерения внешней частоты до 150 МГц с погрешность 20 ppm;

Генератор имеет следующие дополнительные выходы:

1. Синхронизации. На этом выходе появляются импульсы синхронные с периодом качания частоты. Это необходимо в том случае, если генератор в режиме ГКЧ совместно с осциллографом используется в качестве измерителя АЧХ.

2. Выход ТТЛ – синхронный по частоте с основным выходом сигнал с уровнем ТТЛ и нагрузочной способностью 10.

3. Вход генератора ГУН, что позволяет контролировать или использовать для дополнительных устройств постоянное напряжение пропорциональное частоте выходного сигнала, или по другому это выход преобразователя частота-напряжение. Так на рис. 14 приведена осциллограмма свип – сигнала (желтый цвет) и пропорциональное ему постоянное напряжение преобразователя частота –напряжение.

рис. 14

4. Выход внутреннего модулирующего генератора. Это выход возможно использовать как второй независимый генератор, но с нерегулируемой амплитудой выходного сигнала.

Генератор имеет интерфейс RS-232 для связи с компьютером. В режиме дистанционного управления возможно управление всеми режимами работы генератора и установкой всех выходных параметров.

Автор:  Дедюхин А.А.
Дата публикации:  01.08.2003