Генератор частоты

02.09.2013 21:05

Генератор частоты... Хм...Что же это получается? Генератор - значит устройство, которое что-то создает или излучает, например генератор электрического тока создает электрический ток. Это вроде бы понятно. Частота  - это то, что повторяется в какой то определенный период времени. Если вы бегаете в туалет ночью  один раз - значит частота посещения ночного туалета для вас - это один раз за ночь, если же вы бегаете в туалет два раза - значит два раза за ночь, три раза - частота три раза за ночь и так далее ;-). 

 

 

В электронике частотой назовем колебания электрического тока за какое то время, а точнее за секунду. Именно переменное напряжение создает генератор частоты, но его фишка в том, что он может изменять период и частоту колебаний этого самого напряжения и даже его форму.  Думаю, дальше читать бессмысленно, пока не прочитаете статью Осциллограф. Основы эксплуатации. В конце этой статьи дается определение частоте и периоду и о том, как их определить с помощью осциллографа. Выглядеть генератор частоты может абсолютно по-разному. На моем Рабочем столе радиолюбителя не так давно прямиком из Китая появился вот такой генератор частоты:

 

 

Сзади него находятся вот такие выводы:

 

 

Давайте же более подробно разберем для чего они нужны? Итак USB - это просто питание, которое подается на генератор частоты. Китайцы не стали заморачиваться и сделали его для питания генератора частоты. Один конец  шнура втыкаем в этот разъем

 

 

а другой в блок питания, который шел в комплекте

 

 

Также в комплекте шел и высокочастотный шнур (ВЧ шнур), который крепится к остальным разъемам.

 

 

Втыкаем в розетку блок питания и кнопочкой POWER (красненькая такая) запускаем ген.

Буковкой "F" принято обозначать частоту, от англ. frequency - частота. Hz - это Герцы (Hertz) - показывает количество колебаний в секунду. Следовательно и приставки "кило, мега, гига"  могут также присутствовать перед Герцами. Что это за приставки, думаю, стыдно не знать. Снизу FUNCtion  - функция (гребаная алгебра...) , WAVE - волна, в данном случае, форма сигнала.  Представленный в данной статье ген может формировать три формы сигналов - это синусоида (SIN), прямоугольная(SQR) и пилообразная (TRI) форма. Почему такие интересные названия форм сигналов Вы поймете далее.

 

 

 

Панель управления генератора частоты выглядит следующим образом:

Здесь мы с вами видим кнопку включения POWER, квадратную желтую кнопку WAVE, с помощью которой мы выбираем форму сигнала: синусоида, прямоугольный или пилообразный. SEL - переключение между  режимами задания частоты и формой сигнала. ОК - без комментариев. Верхняя крутилка предназначена для установки частоты, средняя для среза сигнала,  и нижняя для изменения величины амплитуды сигнала. Итак, теперь обо всем по порядку.

 

Для пробы вбиваем частоту 50 Герц для удобства вывода частоты на экран осцилла и для убирания мельканий при съемке с фотика.

 

 

Цепляем кабель генератора частоты к выходу OUT, а зажимы кабеля цепляем к щупам осцилла.

 

 

На осцилле наблюдаем вот такую картину:


Чистейшая синусоида 50 Герц!

 

 

 

Переключаем форму волны на пилообразную

 

 

Вуаля! Зубья пилы! Вот именно от этого и пошло название такой формы сигнала - пилообразная.

 

 

 

Знаете кто это?

Так... Причем здесь Спанчбоб? На английском языке он пишется как Spanch Bob Square Pants - что в переводе Спанч Боб Квадратные штаны. Square - ( с англ. квадрат, прямоугольник). Чтобы не запутаться в генераторе частоты или в другой какой-либо технике, вспомните СпанчБоба. SQR - прямоугольная форма сигнала.

 

 

А вот собственно и она, прямоугольная  форма сигнала.

 

 

Крутилкой OFFSET можно срезать форму сигнала сверху, снизу и сверху и снизу одновременно.

 

 

Есть в электронике такой параметр, как скважность. Это параметр применяется к прямоугольной форме сигналов.

где S - скважность, T - период импульса, t - длительность импульса.

 

 

Величина D (Duty), обратная величине S, называется коэффициентом заполнения

 

 

 

Иллюстрация сигналов с различным коэффициентом заполнения

 

 

Вот так выглядит сигнал с коэффициентом заполнения 50%. У этого сигнала длительность импульса ровно в два раза меньше его периода, следовательно S=2, а D=50%.  Такой сигнал прямоугольной формы называют меандр.

 

 

Меняем коэффициент заполнения D на 20%

 

 

то же самое, но на 80%

 

 

Также в этом генераторе есть такие примочки, как выход TTL. TTL по-русски звучит, как транзисторно-транзисторная логика. Короче говоря - этот выход предназначен для тактирования импульсов на логические микросхемы.  Еще более понятным языком - задает рабочую частоту для различных микросхем, чтобы они работали и выполняли свои функции. Здесь выходит тупо прямоугольная форма сигнала амплитудой более 3 Вольт. Короче говоря, для гурманов электроники ).

Частота 1 килоГерц.

 

 

Теперь о примочках, которые китайский производители затолкали в этот ген. Есть  один интересный вывод - Ext.IN. Думаю, нетрудно догадаться. что IN - это вход. В этом генераторе частоты встроен частотомер и счетчик периодов сигнала. Для этих функций как раз и используется вывод Ext IN.

 

 

Я хочу измерить частоту электрического тока в розетке. Если вы помните, там переменный ток, который имеет частоту 50 Герц. Так ли это? Сейчас узнаем. Напряжение для входа Ext.IN должно быть от 0,5 и до 20 Вольт. В розетке же 220 Вольт, чтобы его убавить, используем трансформатор. На выходе я получил напряжение в  2 Вольта. Чтобы вы увидели, что есть напряжение на вторичной обмотке транса, я туда поставил светодиод. Цепляемся за выводы вторичной обмотки крокодильчиками нашего генератора частоты

 

 

 и начинаем производить замеры. Опа на! Ровно 50 герц ;-).

 

 

Можно также посчитать периоды или импульсы какого-нибудь периодического сигнала за какое то время. Выглядит это примерно как-то так:

 

 

Вот характеристики генератора частоты, кому интересно:

1. Signal Output function

       Output waveforms           Sine wave, Square wave and Triangle wave

       Output amplitude            ≥10Vp-p(signal output, no load)

       Output impedance           50Ω±10%(signal output)

       DC offset                       ±2.5V(no load)

       Display                          LCD160

       Frequency range             0.01Hz ~ 2MHz                          

       Resolution                      0.01Hz

        Frequency Stability         ±1×10-6

         Frequency accuracy        ±5×10-6

       Sine wave distortion      ≤0.8% (reference frequency is 1kHz)

       Trinagle linearity            ≥98%  (0.01Hz~10kHz)

       Rise and fall time of square wave   ≤100ns

       Square Wave Duty range               1%~99%

 

2.TTL Output  function

      Frequency range            0.01Hz ~ 2MHz

      Amplitude                      >3Vp-p

      Fan Out                         >20 TTL loads

 

3.COUNTER  function

      Counter Range                  0-4294967295

      Frequency Meter Range      1Hz~60MHz

      Input Voltage Range          0.5Vp-p~20Vp-p

      Storage and transferred: 10 set of parameters with storage and recall functions.

 

В заключении хотелось бы сказать пару слов. Как же правильно выбрать генератор частоты? Здесь, конечно, все зависит от функционала, а точнее от того, какую максимальную частоту может выдать генератор. Чем большую частоту может выдавать генератор, тем он дороже. Начинающему электронщику, думаю, 2 МегаГерца сигналов синуса, пилы и прямоугольного хватит до попы, да еще и частотомер+счетчик.  На момент написания статьи этот генератор стоил 47$.  Много? Да нисколечко! Но зато с этим прибором можно выделывать такие фокусы, что вам и не снилось ;-) Брал как всегда с Китая, можете присмотреть себе такой же ;-)

 

Читайте также:

Осциллограф. Основы эксплуатации

 

Цифровой осциллограф OWON SDS6062

 

Электрические сигналы и их виды 

 

Параметры переменного напряжения