El generador de funciones es un instrumento de prueba que puede generar formas de onda con formas comunes: sinusoidal, cuadrada, de pulso, triangular, diente de sierra, etc….
Un generador de funciones es una forma específica del generador de señales y que es capaz de generar formas de onda con formas comunes.
A diferencia de los generadores de radiofrecuencia y otros que sólo crean ondas sinusoidales, el generador de funciones es capaz de crear formas de onda repetitivas con una serie de formas comunes.
En particular, puede convertirse en un generador de ondas sinusoidales, de ondas cuadradas y de ondas triangulares.
Estás señales se podrían medir con un osciloscopio. Si quieres saber qué es un osciloscopio y como usarlo te recomiendo consultar nuestro otro artículo sobre el tema.
También un generador de funciones puede ser capaz de variar las características de las formas de onda, cambiando la longitud del pulso, es decir, la relación de espacio de marca, o las rampas de los diferentes bordes de las formas de onda triangulares o de dientes de sierra.
Sin embargo, sólo es capaz de crear las formas de onda que están incorporadas en el generador de funciones. No se puede programar para crear formas de onda adicionales para ello se necesita un generador de formas de onda arbitrarias, AWG, que ya hablamos en otro articulo.
Si estas interesado en saber más sobre el generado de pulsos te recomendamos leer nuestro artículo al respecto.
Aparte de generar las formas de onda propiamente dichas, este tipo de instrumento de prueba tiene la capacidad de añadir un desplazamiento de CC a la señal. Esto puede ser muy útil en varias aplicaciones de prueba.
Normalmente, los generadores de funciones sólo pueden funcionar a frecuencias relativamente bajas, algunos sólo funcionan a frecuencias de alrededor de 100kHz, aunque los instrumentos de prueba más caros pueden operar a frecuencias más altas, hasta 20 o 30MHz.
Capacidades del generador de funciones
Los generadores de funciones son capaces de generar un serie de formas de onda, las más comunes son las siguientes:
Onda sinusoidal
Un generador de funciones normalmente será capaz de actuar como un generador de onda sinusoidal. Esta es la forma de onda estándar que oscila entre dos niveles con una forma sinusoidal estándar. El uso del generador de funciones como generador de ondas sinusoidales es una de las aplicaciones más utilizadas. Las ondas sinusoidales se utilizan mucho en las aplicaciones de prueba.
Onda cuadrada
Otra forma de onda muy utilizada es la onda cuadrada. Consiste en una señal que se mueve directamente entre niveles altos y bajos. Utilizada como generador de ondas cuadradas, este instrumento de prueba proporciona una fuente muy útil de una forma de onda digital básica.
Forma onda de Pulso
Una forma de onda de pulso es otro tipo que puede ser producido por un generador de funciones.
Es efectivamente lo mismo que una onda cuadrada, pero con una relación de espacio de marca muy diferente a 1:1. Esta forma de onda se utiliza de nuevo a menudo en las aplicaciones digitales.
Forma onda triangular
Esta forma de señal producida por el generador de funciones se mueve linealmente entre un punto alto y uno bajo. Esta forma de onda suele generarse utilizando un amplificador operacional que actúa como integrador.
El generador de onda triangular suele tener también una salida de onda cuadrada, y se utiliza como base para generar todas las formas de onda en un instrumento de prueba de generadores de funciones.
La forma de onda triangular se utiliza a menudo en la prueba de amplificadores – es mucho más fácil ver la distorsión y el recorte en una forma de onda triangular que en una forma de onda sinusoidal.
Forma onda de diente de sierra
De nuevo, se trata de una forma de onda triangular, pero con el borde de subida de la forma de onda más rápido o más lento que el de bajada, haciendo una forma similar a la de un diente de sierra.
Se genera mediante el mismo circuito que la forma de onda triangular, pero con los diferentes tiempos de subida y bajada creados al cambiar la tasa de carga de los elementos de subida y bajada del integrado.
Y estas son las señales básicas que se producen dentro de un generador de este tipo.
Estas formas de onda satisfacen la mayoría de las necesidades para probar una serie de elementos. Cuando se necesitan formas de onda especializadas, se requiere un generador de formas de onda arbitrarias.
Otros controles del generador de funciones
Además de una selección de las formas de onda básicas disponibles, otros controles del generador de funciones pueden ser
- Frecuencia: Como es de esperar, este control altera la frecuencia básica a la que se repite la forma de onda. Es independiente del tipo de onda.
- Tipo de onda : Permite seleccionar los distintos tipos de onda básicos:
- Sinusoidal o Senoidal
- Onda cuadrada
- Triangular
- Offset DC: Altera la tensión media de una señal con respecto a 0V o a tierra.
- Ciclo de trabajo: Este control en el generador de funciones cambia la relación entre el tiempo de alta tensión y el de baja tensión en una señal de onda cuadrada, es decir, cambia la forma de onda de una onda cuadrada con un ciclo de trabajo de 1:1 a una forma de onda de pulso, o una forma de onda triangular con tiempos iguales de subida y bajada a un diente de sierra.
Para que sirve un generador de funciones
Los generadores de funciones se utilizan normalmente en los departamentos de desarrollo electrónico, en pruebas de fabricación y de servicio.
Proporcionan una forma flexible de generación de formas de onda que puede utilizarse en muchas pruebas.
- Estándar 2 canales independientes totalmente funcionales (opción: para el modelo de un solo canal, que debe actualizarse a 2 canales). Función de seguimiento de canales predeterminados Si está habilitada, todos los parámetros de los canales duales se pueden cambiar sincrónicamente de acuerdo con las necesidades del usuario
- SiFi (Signal Fidelity) para una replicación de forma de onda del 100 %, Generador de armónicos incorporado para 8 órdenes, Contador incorporado de 7 dígitos/s hasta 200 MHz, 160 formas de onda preprocesadas incorporadas, Compatibilidad con modulación completa: AM, FM, PM, ASK, FSK, PSK y PWM, forma de onda fundamental: sinusoidal, cuadrada, rampa, pulso, ruido, Forma de onda arbitraria incorporada 160 tipos
- Interfaces estándar: Host USB, dispositivo USB, LAN (dispositivo LXI Core 2011), LCD TFT de 4,3 pulgadas, Accesorios: 1 cable de alimentación, 1 cable USB, 1 cable BNC, 1 guía de inicio rápido, opciones: memoria de 8 Mpts para Arb, atenuador de 40dB RA5040K, Amplificador de potencia de 10W PA1011, Convertidor USB GPIB
- El manual de usuario y la hoja de datos para descargar: https://rigolshop.eu/pub/media/wysiwyg/download/function_generator.rar Descarga de software: https://rigolshop.eu/pub/media/wysiwyg/download/function_generator_software.rar
Estos instrumentos de prueba son muy flexibles y no se consideran instrumentos específicos para algo concreto, ya que tiene un gran abanico de posibilidades.
Aunque a menudo pueden generar señales en el extremo inferior del espectro de RF, normalmente se utiliza un generador de radiofrecuencia específico para esto, a menos que no tengamos ninguno claro.
Además, generalmente no se utilizan para las pruebas de rendimiento de audio, ya que los niveles de distorsión de las señales sinusoidales que se utilizarían normalmente tendrían niveles de distorsión más altos que los que a veces requieren estas pruebas.
Una cifra típica para la distorsión de la onda sinusoidal podría ser de alrededor del 1%.
Si se requiere una estabilidad de frecuencia muy alta, algunos de estos instrumentos de prueba permiten bloquear la fase de la señal de salida a otra fuente.
Diferentes generadores de funciones
Estos generadores puede adoptar varias formas. Con la tecnología digital moderna, existen muchos formatos para este tipo de equipos de prueba.
- Instrumento de prueba de banco: La forma más utilizada en el laboratorio de pruebas. Este instrumento de prueba contiene la fuente de alimentación, los controles, la pantalla y, por supuesto, el conector de salida.
- Instrumento de prueba basado en un bastidor: Otro formato que puede adoptar este tipo de equipos de prueba es un módulo dentro de un sistema de rack como el PXI. Basado en PCI, el sistema de rack PXI se ha desarrollado específicamente para aplicaciones de prueba e incluye una ranura para un controlador o un enlace a un ordenador. Las tarjetas de instrumentos de prueba se introducen en el chasis, lo que permite crear un sistema de prueba que satisfaga las necesidades de la aplicación de prueba concreta requerida. Las tarjetas de instrumentos de prueba pueden incluir cualquier tipo de instrumento de prueba, incluidos voltímetros, osciloscopios y, por supuesto, un generador de funciones.
- Generador de funciones basado en ordenador: Un enfoque diferente es utilizar un software basado en un ordenador para proporcionar las formas de onda requeridas y luego utilizar una tarjeta digital de la salida de audio del ordenador para la señal. Aunque es muy barato, puede que no tenga la capacidad de salida y la precisión de otros tipos de instrumentos de prueba. Además, si la salida se daña como resultado de las pruebas y una posible desconexión, etc., puede dar lugar a costosas reparaciones.
- La forma de onda de salida principal: onda sinusoidal y onda cuadrada, onda triangular, onda de diente de sierra, diente de sierra inversa
- La amplitud de la señal DDS de la cantidad de compensación puede ajustarse por separado mediante dos potenciómetros
- Voltaje de funcionamiento: DC9V
Los generadores de funciones suelen ser muy fáciles de manejar.
Con la moderna tecnología de procesamiento que a menudo se incluye, esto da la posibilidad de muchas características adicionales, incluyendo la facilidad de operación, y el control remoto a través de uno o más de los muchos estándares disponibles.
Existe una gran variedad de generadores de funciones de diferentes fabricantes y también a través de diferentes distribuidores, como por ejemplo Walfront, KKmoon, Fafeicy, Walmeck, Yosoo.
Los costes suelen ser bastante razonables, ya que normalmente son bastante sencillos y no requieren componentes de muy alta frecuencia.
Estos instrumentos de prueba pueden ser analógicos o digitales. Los analógicos suelen utilizar amplificadores operacionales como base del diseño, pero los digitales pueden utilizar alguna forma de síntesis digital directa.
- ➤【FORMAS DE ONDA MÚLTIPLES】 El generador de funciones de la serie JDS6600 puede generar múltiples formas de onda como onda sinusoidal, onda cuadrada, onda triangular, onda de pulso y onda arbitraria.
- ➤【ALTA FRECUENCIA】 El rango de frecuencia de hasta 60MHz, con ajuste de ciclo de trabajo, frecuencia de barrido, frecuencia de señal de frecuencia y función de contador.La señal de salida, la amplitud y la frecuencia se pueden mostrar simultáneamente.
- ➤【EXCELENTE AMPLITUD】 El generador de señal en serie tiene excelentes características de amplitud y frecuencia, la apariencia de este instrumento es exquisita y hermosa.Este instrumento es ampliamente utilizado en fábricas, escuelas, institutos de investigación y laboratorios.
- ➤【TIPO DE FORMA DE ONDA】 Seno, Cuadrado, pulso (ciclo de trabajo ajustable, ajuste preciso del ancho y período del pulso), onda triangular, onda sinusoidal parcial, onda CMOS, nivel de CC (ajuste la amplitud de CC ajustando el desplazamiento), media onda, onda completa,onda de escalera positiva, onda anti-escalera, onda de ruido, aumento exponencial, caída exponencial, onda multisónica, pulso simpléctico y pulso de Lorenz y 60 formas de onda arbitrarias.
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Tipos de generadores de funciones
Existen varios tipos de generadores de funciones, cada uno con ligeras diferencias, por lo que es importante elegir el tipo correcto para cualquier aplicación.
Incluso dentro del sector de generadores de funciones del mercado de generadores de señales, hay varios tipos diferentes.
Estos diferentes tipos de generadores de funciones ofrecen capacidades y prestaciones sutilmente diferentes, y los precios también son diferentes, por lo que es importante elegir el tipo adecuado.
En consecuencia, cada tipo de generador de funciones será más adecuado para algunas aplicaciones que para otras.
Hay varias formas de diseñar circuitos generadores de funciones. Sin embargo, hay dos enfoques principales que se pueden utilizar:
Generador de funciones analógico
Este tipo de generadores fue el primero que se desarrolló. Los primeros modelos aparecieron a principios de los años 50, cuando la tecnología digital no estaba muy extendida.
A pesar de que utilizan tecnología analógica, estos generadores de funciones analógicos ofrecen una serie de ventajas.
- Rentabilidad: Los generadores de funciones analógicos son muy baratos, ya que se encuentran en el extremo inferior de la gama de precios de los generadores de funciones.
- Sencillez de uso: Los generadores de funciones analógicos proporcionan un instrumento de prueba eficaz y es capaz de satisfacer la mayoría de las necesidades de los usuarios, sin dejar de ser simple y fácil de usar.
- Frecuencias máximas: Los generadores de funciones analógicos no tienen las limitaciones de alta frecuencia en las formas de onda no sinusoidales, como los triángulos y las rampas, que tienen los generadores de funciones digitales.
- 【Tecnología DDS】 Debido a la alta precisión y frecuencia estable del DDS, también es muy adecuado para el factor de calibración del tiempo de exploración del osciloscopio.
- 【Salida de onda cuadrada】 La salida de onda cuadrada también es adecuada para atenuadores de osciloscopio y ajuste de pulso de sonda.
- 【Formas de onda múltiples】 La forma de onda de salida principal es onda sinusoidal y onda cuadrada, onda triangular, onda de diente de sierra.
- 【Filtro de onda】 Tiene un filtro (se puede encender/apagar) para adaptarse a la salida de onda sinusoidal y onda de pulso.
- 【Fácil de operar】 Tamaño pequeño, múltiples funciones, operación simple, fácil de transportar.
Generador de funciones digital
Utilizan tecnología digital para generar las formas de onda.
Hay varias maneras de hacerlo, pero la técnica más versátil y más utilizada para los generadores de funciones digitales es utilizar la síntesis digital directa, DDS.
La DDS utiliza un acumulador de fase, una tabla de búsqueda que contiene una representación digital de la forma de onda y un DAC. El acumulador de fase se desplaza una posición más cada vez que recibe un impulso de reloj.
A continuación, se accede a la siguiente posición de la tabla de consulta para obtener el valor digital de la forma de onda en ese punto.
Este valor digital se convierte entonces en un valor analógico mediante un convertidor digital-analógico, DAC.
Estos generadores de funciones digitales pueden ofrecer altos niveles de precisión y estabilidad porque el reloj del sistema está controlado por un cristal.
Además, los generadores de funciones digitales ofrecen una gran pureza espectral y un bajo ruido de fase.
Un generador de funciones digital basado en DDS también puede barrer una gama de frecuencias mucho más amplia que un generador analógico.
También puede realizar otras funciones, como el salto de frecuencia continuo de fase, debido a la acción del sintetizador digital directo.
La desventaja de los generadores de funciones digitales es que son más completos que sus primos analógicos, requieren un DAC de alto rendimiento y otros circuitos digitales y esto significa que son más caros y también más complicados de fabricar como resultado de su funcionalidad adicional.
Generador de funciones de barrido
Puede barrer su frecuencia. Normalmente, los generadores de funciones de barrido más versátiles utilizan tecnología digital, pero también es posible utilizar versiones analógicas.
Los generadores de funciones de barrido pueden barrer en rangos de hasta 100:1 o más, aunque esto depende mucho del tipo de generador en cuestión. La velocidad de barrido también puede ser importante.
Otra característica que puede ser importante es si el barrido es lineal o logarítmico. Algunos generadores de funciones pueden tener un interruptor para ello.
La mayoría de los generadores de funciones actuales adoptan un enfoque digital para la generación de la forma de onda.
Algunos generadores de funciones antiguos pueden utilizar técnicas analógicas, pero es poco probable que los nuevos lo hagan.
Especificaciones del generador de funciones y parámetros de rendimiento
Estos generadores tienen una serie de parámetros de rendimiento que se incluyen en la especificación general para definir su rendimiento.
Para seleccionar el mejor generador de funciones para cualquier aplicación, es necesario comprender los parámetros de rendimiento y las especificaciones.
Puede haber algunas especificaciones ocultas, por lo que es importante saber qué buscar dentro de las especificaciones del instrumento de prueba.
Las especificaciones de los generadores de funciones varían mucho porque hay varios tipos diferentes de este instrumento de prueba, desde los analógicos hasta los digitales, y según su coste.
Principales especificaciones
Aunque hay muchas especificaciones diferentes a continuación se resumen las principales:
Formas de onda
Los generadores de funciones suelen producir formas de onda sinusoidal, cuadrada, de pulso, triangular y de diente de sierra o rampa. Conviene comprobar las especificaciones de cada una de estas formas de onda.
- Distorsión de la onda sinusoidal: Los generadores de funciones analógicos crean una onda sinusoidal a partir de la forma de onda triangular utilizando un par de diodos espalda con espalda para dar forma a la forma de onda. Aunque esto produce una buena representación de una onda sinusoidal, los niveles de distorsión serán más altos que los de las ondas sinusoidales producidas por otros instrumentos de prueba, como los generadores de ondas sinusoidales diseñados especialmente, que utilizan técnicas diferentes internamente para generar la onda sinusoidal.
Por lo tanto, es necesario comprobar la especificación del generador de funciones para la distorsión de la onda sinusoidal si esto pudiera ser un problema. Los niveles típicos pueden ser < 2%.
Los generadores de ondas sinusoidales específicos pueden ofrecer niveles de distorsión mucho más bajos.
- Linealidad de la onda triangular: La onda triangular se desvía un poco de la línea recta. Normalmente, la linealidad es superior al 99% entre los niveles del 10 y el 90% de la amplitud de la onda.
- Tiempos de subida y bajada de la onda cuadrada: Otra especificación importante del generador de funciones puede ser el tiempo de subida y bajada del borde de la onda cuadrada. Esto puede ser un problema cuando se manejan algunos chips lógicos. Los chips que son síncronos y utilizan un reloj pueden requerir un flanco de cierta velocidad.
Normalmente, pueden proporcionar un tiempo de subida de 100ns entre el 10 y el 90% de la forma de onda. El tiempo de caída también puede ser del mismo orden, aunque posiblemente diferente al tiempo de subida.
- Simetría de salida: La especificación del generador dará un rango sobre el cual se puede cambiar la simetría de salida. Puede ser 20% – 80% ± 10%.
- Nivel de salida: El nivel de salida en la mayoría de los generadores de funciones será continuamente variable. A menudo se podrá ajustar fácilmente para que sea compatible con TTL. Sin embargo, los límites máximos variarán de un generador a otro. Los niveles máximos típicos pueden ser de 10 o 12 voltios pico a pico.
Impedancia de salida
En muchos casos es importante la carga que puede manejar el generador de funciones.
La cifra se mide en ohmios, Ω y suele ser de 50Ω. Cualquier lectura de nivel de salida asumirá esto, y en esta impedancia la salida caerá a la mitad de su valor sin carga.
Desplazamiento de la corriente continua
Una de las facilidades que ofrecen algunos generadores de funciones es un offset de CC. Esto permite variar el nivel de tensión base de la señal en un rango determinado. Puede ser variable en un rango de +5V a -5V, por ejemplo
Gama de frecuencias
Los generadores de funciones tienen un rango de frecuencia limitado. Hay una serie de elementos en la especificación:
- Límite inferior de frecuencia: Los límites inferiores de frecuencia suelen estar por debajo de 1 Hz, a menudo 0,1 o 0,2 Hz. A menudo, los límites inferiores pueden estar muy por debajo de los requisitos normales.
- Límite de frecuencia superior: El límite de frecuencia superior suele ser una especificación tope para el generador de funciones. Los límites varían considerablemente desde cifras en torno a 1 MHz hasta 20 MHz o más.
- Rangos: Puede haber varios rangos conmutados para la cobertura. A menudo tienden a cubrir una década en frecuencia, es decir, de 1 a 10. Sin embargo, esta especificación depende del instrumento de prueba concreto.
Estabilidad de la frecuencia
La estabilidad de los generadores de funciones puede variar considerablemente.
Los instrumentos de prueba analógicos tienden a ser mucho menos estables, pero los digitales utilizan un cristal para el reloj del generador.
Las cifras típicas pueden rondar el 0,1% por hora en el caso de los generadores de funciones analógicos, y 500 partes por millón en el caso de los instrumentos de prueba de base digital.
La especificación puede darse en términos de estabilidad de la base de tiempos.
Capacidad de bloqueo de fase
Algunos generadores pueden ser capaces de bloquear la fase del generador de señales a una señal de reloj externa.
Esto permitiría al generador de funciones proporcionar una salida mucho más precisa o sincronizada.
Modulación
Algunos instrumentos de prueba pueden tener la capacidad de modular la señal de salida, normalmente con modulación de amplitud o de frecuencia, pero no es el caso de muchos instrumentos de prueba.
Requisitos de alimentación: muchos instrumentos de prueba pueden funcionar con una variedad de tensiones de línea eléctrica, pero aún así merece la pena comprobarlo.
Medio ambiente
Para algunas aplicaciones, cuestiones como las consideraciones medioambientales pueden ser importantes. Se indicará la temperatura de almacenamiento y funcionamiento, así como las especificaciones de humedad.
Por lo general, las especificaciones de estos aspectos indicarán que es poco probable que el equipo funcione en un entorno complicado, por lo general una sala de laboratorio, o un taller de electrónica aunque puede haber algunos equipos reforzados para algunas aplicaciones especializadas.
Mecánica
El tamaño, el peso y los aspectos mecánicos generales pueden no ser especialmente importantes para la mayoría de las aplicaciones, pero merece la pena comprobar que no hay problemas importantes.
Es importante comprobar que los parámetros de rendimiento y las especificaciones generales del generador de funciones cumplen los requisitos antes de invertir en la compra o el alquiler de uno de estos instrumentos de prueba.
La mayoría de las especificaciones y parámetros de rendimiento son relativamente sencillos y se han detallado aquí como ideas para una lista de comprobación.
Donde comprar un generador de funciones
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Los precios son los más baratos del mercado y más que suficiente para la mayoría de aplicaciones, sin contar con una garantía muy buena y gastos de envío gratis en casi todos ellos.
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