Генератор сигналов специальной формы GFG-3015 компании GOOD WILL Instek

Генератор GFG-3015 разрабатывался как многофункциональный генератор сигналов специальной формы, обладающий достаточно хорошими техническими характеристиками, значительно выше, чем в серии GFG-8200, но в то же время с ценой, доступной и для бюджетных организаций.

До недавнего времени известная в России компания GOOD WILL Instek представляла на российском рынке многофункциональные генераторы серий GFG-8200 и SFG-830. Генераторы серии GFG-8200, включающие 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;
• в сервисных службах;
• при ремонте различных радиоэлектронных устройств;
• радиолюбителями и др.

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, научнотехнических исследований, метрологического обеспечения и т. д. — прежде всего из-за того, что погрешность установки выходного уровня не нормируется.

Генератор SFG-830 обладает прекрасными техническими характеристиками — вплоть до возможности формирования сигналов произвольной формы, но при цене порядка 56 тыс. рублей организации, имеющие ограниченное финансирование, могут только вздыхать и мечтать о нем.

Генератор GFG-3015 создавался как многофункциональный генератор сигналов специальной формы, обладающий достаточно хорошими техническими характеристиками, значительно выше, чем в серии GFG-8200, но в то же время с ценой, доступной и для бюджетных организаций.

Внешний вид генератора приведен на рис. 1.

Первое отличие генератора GFG-3015 от своих «младших братьев» состоит в том, что генератор GFG-3015 обладает нормированным значением установленного выходного уровня. Если раньше в большинстве генераторов калиброванными были только аттенюаторы 20, 40 и, иногда, 60 дБ (это тенденция не только GOOD WILL Instek, но и других компаний, производивших подобное оборудование), а о значении уровня выходного сигнала между ступенями аттенюатора можно было только гадать или измерять, пользуясь внешним вольтметром. Погрешность установки выходного уровня генератора GFG-3015 на нагрузке 50 Ом не превышает 3% и может быть установлена в пределах от 10 мВ до 10 В при выборе единиц выходного уровня «В» или от +23,9 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 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) (рис. 2). Результат измерения частоты поступает на центральный процессор (ЦП), где происходит 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 напряжение 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.

Такой уход частоты может быть вызван, например, температурной нестабильностью электронных компонентов. В результате такого схемного решения погрешность установки частоты удалось снизить до 0,02%, а диапазон выходных частот генератора составил от 0,01 Гц до 15 МГц. 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.

Режимы работы генератора GFG-3015:

1. Формирование сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы 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 синхронизируются с периодом качания отдельным кабелем. На экране осциллографа будет получено изображение АЧХ устройства (рис. 3).


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



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, 7, 8.



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 3,55 В/0,176 В = 20 раз. Или на частоте 815,4 Гц (рис. 8) оно составляет 3,58 В/1,46 В = 2,45 раз.

Бесспорно, такая реализация измерения АЧХ устройств далека от идеальной, но она наглядно показывает, как можно 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 также можно 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 непрерывного сигнала 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°.


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


5. Управление частотой и 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. Для формирования первой задачи достаточно просто подать сигнал постоянного напряжения на вход и получить сигнал различной частоты, пропорциональный входному напряжению. Для выполнения же 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. На рис. 13 изображено четыре ступени различного постоянного напряжения, которым соответствуют четыре значения различных выходных частот генератора GFG-3015.

6. Память и вызов девяти установленных режимов работы генератора. Это необходимо для записи в память и быстрого вызова наиболее используемых оператором настроек генератора, например, при проведении большого числа периодических измерений или при использовании данного генератора на конвейере для выполнения однотипных операций.
7. Внешний частотомер. В этом режиме генератор способен производить измерения внешней частоты до 150 МГц с погрешностью 20 ppm.

Генератор имеет следующие дополнительные выходы:

1. Выход синхронизации. На этом выходе появляются импульсы, синхронные с периодом качания частоты. Это необходимо в том случае, когда 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, позволяющий контролировать или использовать для дополнительных устройств постоянное напряжение, пропорциональное частоте выходного сигнала, или, по-другому, это выход преобразователя частота-напряжение. На рис. 14 приведена осциллограмма свип-сигнала (желтый цвет) и пропорциональное ему постоянное напряжение преобразователя частоты в напряжения.

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

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

Более подробные технические характеристики генератора GFG-3015 приведены в таблице.