¿Cómo se generan las señales de onda cuadrada, sinusoidal y triangular?
Los generadores de señales generalmente se dividen en generadores de señales funcionales y generadores de formas de onda arbitrarias, y el diseño de los generadores de formas de onda funcionales se divide en síntesis analógica y digital. Como todos sabemos, las fuentes de señal de función sintética digital son mejores que las analógicas en términos de frecuencia, amplitud e incluso relación señal-ruido (S/N). El diseño de su bucle de bloqueo de fase (PLL) hace que la señal de salida no. Solo la frecuencia precisa, pero también la fluctuación de fase (PhaseJitter) y la deriva de frecuencia pueden alcanzar un estado bastante estable, pero después de todo es una fuente de señal digital. La interferencia entre circuitos digitales y circuitos analógicos siempre es difícil de superar de manera efectiva, lo que también. da como resultado que la salida de señales pequeñas sea inferior a la de las señales de función analógicas.
Hablando de la fuente de señal de función analógica, el diagrama de estructura es el siguiente:
Esta es la estructura de un generador de señal de función analógica general, que se basa en el circuito de generación de onda triangular. y está compuesto por diodos. El circuito de formación de onda sinusoidal genera una onda sinusoidal y, al mismo tiempo, se genera una onda cuadrada mediante la comparación mediante el comparador.
La fórmula de cómo se genera una onda triangular es la siguiente:
En otras palabras, si se utiliza una fuente de corriente constante para cargar el condensador, se genera una onda de rampa con pendiente positiva. se puede generar. De la misma manera, la fuente de corriente constante de la derecha descarga la carga almacenada en el capacitor para generar una onda de rampa con pendiente negativa. La estructura del circuito es la siguiente:
Cuando I1=I2, es simétrico. Se puede generar una onda triangular si I1gt;gt;I2, en este momento, se genera una onda en diente de sierra con pendiente negativa. De la misma manera, I1lt;lt;I2 genera una onda en diente de sierra con pendiente positiva.
Como se muestra en la Figura 2, la selección del interruptor SW1 puede cambiar la velocidad de carga en múltiplos, es decir, cambiar la frecuencia de la señal. Este es el interruptor de selección de archivos de frecuencia en el panel de fuente de señal. De manera similar, cambiar I1 e I2 sincrónicamente también puede cambiar la frecuencia. Este es el potenciómetro en la fuente de señal que ajusta la frecuencia. Simplemente necesita convertir la señal de voltaje original en una corriente.
El diseño del ajuste del ciclo de trabajo tiene las siguientes dos ideas:
1. Mantener la frecuencia (período) sin cambios y cambiar el ancho del pulso. El método es el siguiente:
Cambiar la amplitud del nivel, es decir, cambiar la amplitud de referencia del comparador del circuito generador de onda cuadrada, puede lograr la característica de cambiar el ancho del pulso sin cambiar la frecuencia. El ciclo de trabajo generalmente no se puede ajustar a 20. Lo siguiente hace que la señal recopilada por la señal instantánea cambie durante el experimento del circuito de muestreo. Si esta señal se usa para la conversión de analógico a digital (A/D), la señal digital resultante cambiará. y estar perdido. Pero es innegable que es más fácil de utilizar.
2. Cuando el ciclo de trabajo cambia, la frecuencia cambia en consecuencia. El método es el siguiente:
Fije la amplitud de referencia del comparador del circuito generador de onda cuadrada (positiva y negativa). se puede cambiar usando el circuito), se puede lograr cambiando la pendiente de carga y descarga.
Los usuarios generalmente reaccionan ante este tipo de diseño como "difícil de ajustar", lo cual es una gran deficiencia. Sin embargo, puede producir un ciclo de trabajo de menos de 10, que es una condición necesaria para el muestreo.
Las dos ideas de diseño del circuito de ajuste del ciclo de trabajo anteriores tienen sus propias ventajas y desventajas, que por supuesto también afectan si se puede generar una onda de diente de sierra "decente".
El siguiente paso es el diseño del PA (amplificador de potencia). Primero, se usa un amplificador operacional (OP), y luego se usa un amplificador push-pull (preste atención para evitar la distorsión cruzada) para enviar la señal a la red de atenuación. Esta parte involucra los indicadores de la señal de salida de la fuente de señal. , incluida la relación señal-ruido, el tiempo de subida de la onda cuadrada y la respuesta de frecuencia de la fuente de señal. Una buena fuente de señal es, por supuesto, una onda sinusoidal con una alta relación señal-ruido, un tiempo de subida de onda cuadrada rápido y una buena forma triangular. linealidad de onda y buenas características de frecuencia de voltaje (es decir, aumento de frecuencia, la señal no se puede atenuar o no se puede reducir demasiado), esta parte del circuito es más complicada, especialmente a altas frecuencias, además de usar capacitores para la frecuencia. compensación, también implica el método de cableado de la placa de PC. Si no se tiene cuidado, es fácil provocar oscilaciones. Para diseñar esta parte del circuito, además de la base teórica de la simulación original, también se requiere experiencia práctica. la paciencia de "TryError" es indispensable.
Después de que sale la señal PA, pasa a través de la red de atenuación resistiva tipo π y se atenúa 10 veces (20 dB) o 100 veces (40 dB) respectivamente. En este momento, se utiliza un generador de forma de onda de función básica. terminado. (Nota: elegir una red de atenuación de tipo π en lugar de un circuito divisor de voltaje es mantener constante la impedancia de salida).
Un potente generador de formas de onda, que también tiene funciones como barrido de frecuencia, VCG, TTL, TRIG, GATE y contador de frecuencia. Su método de diseño también se menciona aquí:
2.VCG: es decir, FM general, ingresa una señal de audio y se puede comparar con el fuente de señal en sí La señal genera modulación de frecuencia;
Para los dos métodos de diseño anteriores, el primer elemento primero debe generar señales de onda de diente de sierra y de onda logarítmica, y seleccionarlas con la señal de entrada del segundo elemento a través de un multiplexor (Multiplexor), y luego a través del circuito de conversión de voltaje a corriente, se agrega sincrónicamente a I1 e I2 en la Figura 2;
3. Salida síncrona TTL: convierte la onda cuadrada en 0 (Baja). La señal TTL de 5 V (alta) es suficiente.
Pero tenga en cuenta que dichas señales TTL deben pasar a través de una puerta de búfer antes de poder emitirse para aumentar el número de distribuciones (FanOut). Por lo general, a veces se conectan varios búfer en paralelo. Para TTLINV, solo necesita agregar una NOTGate;
Función 4.TRIG: similar a la función OneShot, ingresar una señal TTL permite que la fuente de señal genere un ciclo de salida de señal. cuando no hay entrada de señal Cuando la entrada es Hola, simplemente conecte el SWI en la Figura 2 a tierra;
5.Función de puerta: ingrese una señal TTL, deje que la fuente de señal genere una salida de forma de onda cuando la entrada es Hola, hasta que la entrada esté BAJA, la Figura 2 SWI está conectada a tierra para apagar la salida de la fuente de señal;
6. Medidor de frecuencia: además de la pantalla de dial simple en el mercado, ya sea un LED. Tubo digital o frecuencia de visualización de cristal líquido LCD, se superpone con el circuito del medidor de frecuencia, el diagrama de bloques es el siguiente:
2. Generador de formas de onda arbitrarias, el mejor instrumento para experimentos de simulación
El generador de forma de onda arbitraria es un tipo de fuente de señal y tiene todas las características de la fuente de señal. Tradicionalmente creemos que la fuente de señal proporciona principalmente las señales conocidas requeridas (varias formas de onda) al circuito bajo prueba y luego utiliza otros instrumentos para medir los parámetros de interés. Se puede ver que la fuente de señal no mide ningún parámetro en experimentos electrónicos y procesamiento de pruebas, sino que simula varias señales de prueba de acuerdo con los requisitos del usuario y las proporciona al circuito bajo prueba para satisfacer las necesidades de la prueba.
Existen muchos tipos de fuentes de señal, incluidas fuentes de señal de onda sinusoidal, generadores de funciones, generadores de impulsos, generadores de barrido, generadores de formas de onda arbitrarias, fuentes de señales sintéticas, etc. En términos generales, un generador de formas de onda arbitrarias es una fuente de señal especial que tiene la capacidad de generar formas de onda a partir de otras fuentes de señal, por lo que es adecuado para las necesidades de diversos experimentos de simulación.
1. Función de función, entorno de simulación para diseñadores de laboratorio básicos.
La fuente de señal de función es la fuente de señal general más utilizada. Puede proporcionar onda sinusoidal, onda de diente de sierra, onda cuadrada y pulso. tren y otras formas de onda, y algunas también tienen capacidades de modulación y escaneo. Como todos sabemos, en nuestros experimentos básicos (como laboratorios de electrónica universitarios, laboratorios de investigación de instituciones de investigación científica, laboratorios de desarrollo de fábricas, etc.), hemos diseñado un circuito. Para verificar su confiabilidad y estabilidad, es necesario aplicarle una forma de onda ideal para identificar la autenticidad. Por ejemplo, podemos usar la función de compensación de CC de la fuente de señal para controlar el nivel de polarización de CC de un circuito de estado sólido; podemos usar la salida de onda cuadrada de la fuente de señal como reloj del circuito digital para un digital sospechoso; circuito, y utilizar la onda cuadrada más CC al mismo tiempo. La compensación produce salidas analógicas de nivel lógico válidas para observar el funcionamiento del circuito y confirmar defectos defectuosos en su lugar. En resumen, utilizando las funciones básicas del generador de formas de onda arbitrarias, puede simular las señales necesarias para su laboratorio básico.
2. Forma de onda arbitraria, simulación de requisitos de señal más complejos.
Como todos sabemos, en el funcionamiento de circuitos diseñados en nuestro entorno electrónico actual, debido a la existencia de diversas interferencias y Respuestas Los circuitos reales a menudo tienen varios defectos de señal y señales transitorias, como sobrepulsos, picos, transitorios de amortiguación, mutaciones de frecuencia, etc. (consulte la Figura 1, Figura 2, si no se tienen en cuenta). El comienzo del diseño, algunos tendrán consecuencias catastróficas. Por ejemplo, si hay un pulso de pico excesivo en el punto a en la Figura 1, si se proporciona un circuito con poca capacidad antiimpulso, puede causar que todo el dispositivo se "queme". Al confirmar la sensibilidad del circuito a tal situación, podemos evitar pérdidas innecesarias. Este requisito es especialmente importante en el sector aeroespacial, militar, ferroviario y en algunos campos importantes con situaciones complejas.
Debido a las funciones especiales del generador de formas de onda arbitrarias, para mejorar la capacidad de generar formas de onda arbitrarias, a menudo depende de la comunicación por computadora para generar datos de formas de onda. En la transmisión por computadora, las formas de onda se generan a través de un software de edición de formas de onda dedicado, lo que resulta beneficioso para ampliar las capacidades del instrumento y seguir simulando experimentos. Al mismo tiempo, editar una forma de onda arbitraria a veces requiere mucho tiempo y esfuerzo, y la forma de onda puede ser diferente cada vez. Algunos generadores de formas de onda arbitrarias tienen una cierta cantidad de memoria no volátil incorporada y acceso aleatorio para editar formas de onda. lo cual es beneficioso para la comparación de referencias; o transmitir a la computadora a través de una comunicación de interfaz aleatoria para su posterior análisis y procesamiento.
3. Descargar y transmitir, mayor simulación en tiempo real
En algunos campos militares, de aviación, de fabricación de transporte y otros, algunos entornos operativos de circuitos son difíciles de estimar después del diseño experimental. Una vez completado, se necesitan más experimentos en el entorno real. Algunos experimentos son muy costosos o arriesgados (como el cambio de rieles durante los experimentos con trenes de alta velocidad, el funcionamiento de las hélices durante las pruebas de aviones, etc.). realizar experimentos durante mucho tiempo para juzgar los resultados la viabilidad y estabilidad de los productos diseñados (como trenes de alta velocidad y aviones, podemos utilizar la función de descarga de formas de onda de algunos generadores de formas de onda arbitrarias para realizar algunas tareas problemáticas, costosas o riesgosas); Experimentos a través de osciloscopios digitales y otros instrumentos. La forma de onda se registra en tiempo real, luego se transmite a la fuente de señal a través de la interfaz de la computadora y se descarga directamente al circuito diseñado para una verificación experimental adicional.
En resumen, el generador de formas de onda arbitrarias es la mejor herramienta para que los ingenieros electrónicos realicen experimentos de simulación de señales. Al comprar, además de prestar atención a las deficiencias de las fuentes de señales tradicionales: precisión de frecuencia, estabilidad de frecuencia, precisión de amplitud y distorsión de la señal, también debemos preocuparnos por sus capacidades de edición, supervivencia de formas de onda y descarga. su número de canales de salida para comparar sincrónicamente las características de cambio de fase de las dos señales, alcanzando aún más el estado del experimento de simulación.
Figura 1 Señal digital con pulso agudo
Figura 2 Onda cuadrada con frecuencia repentina