En ingeniería eléctrica , un generador de funciones es generalmente un equipo de prueba electrónico o un software que se utiliza para generar diferentes tipos de formas de onda eléctricas en un amplio rango de frecuencias . Algunas de las formas de onda más comunes producidas por el generador de funciones son la onda sinusoidal , la onda cuadrada , la onda triangular y las formas de diente de sierra . Estas formas de onda pueden ser repetitivas o de un solo disparo (lo que requiere una fuente de activación interna o externa). [1] Otra característica incluida en muchos generadores de funciones es la capacidad de agregar un desfase de CC . Los circuitos integrados utilizados para generar formas de onda también pueden describirse como circuitos integrados de generador de funciones.
Aunque los generadores de funciones cubren tanto las frecuencias de audio como las de radio , por lo general no son adecuados para aplicaciones que necesitan señales de baja distorsión o de frecuencia estable. Cuando se requieren esas características, otros generadores de señales serían más apropiados.
Algunos generadores de funciones pueden estar sincronizados en fase con una fuente de señal externa (que puede ser una referencia de frecuencia) u otro generador de funciones. [2]
Los generadores de funciones se utilizan en el desarrollo, prueba y reparación de equipos electrónicos. Por ejemplo, se pueden utilizar como fuente de señal para probar amplificadores o para introducir una señal de error en un bucle de control . Los generadores de funciones se utilizan principalmente para trabajar con circuitos analógicos , mientras que los generadores de pulsos relacionados se utilizan principalmente para trabajar con circuitos digitales .
Los generadores de funciones simples suelen generar formas de onda triangulares cuya frecuencia se puede controlar de forma suave y en pasos. [3] Esta onda triangular se utiliza como base para todas sus otras salidas. La onda triangular se genera cargando y descargando repetidamente un condensador desde una fuente de corriente constante . Esto produce una rampa de voltaje ascendente y descendente lineal . A medida que el voltaje de salida alcanza límites superiores o inferiores, la carga o descarga se invierte utilizando un comparador , produciendo la onda triangular lineal. Al variar la corriente y el tamaño del condensador, se pueden obtener diferentes frecuencias . Las ondas de diente de sierra se pueden producir cargando el condensador lentamente con baja corriente, pero utilizando un diodo sobre la fuente de corriente para descargar rápidamente - la polaridad del diodo cambia la polaridad del diente de sierra resultante, es decir, subida lenta y caída rápida, o subida rápida y caída lenta.
Se puede obtener fácilmente una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50 % observando si el condensador se está cargando o descargando, lo que se refleja en la salida del comparador de conmutación de corriente. Se pueden obtener otros ciclos de trabajo (teóricamente, del 0 % al 100 %) utilizando un comparador y la señal de diente de sierra o triangular. La mayoría de los generadores de funciones también contienen un circuito de modelado de diodos no lineal que puede convertir la onda triangular en una onda sinusoidal razonablemente precisa redondeando las esquinas de la onda triangular en un proceso similar al recorte en los sistemas de audio.
Un contador de anillo móvil , también llamado contador Johnson , y un circuito de modelado de resistencias (lineales) son una forma alternativa de producir una aproximación de una onda sinusoidal. Este es quizás el oscilador controlado numéricamente más simple . Dos de estos contadores de anillo móvil son quizás la forma más simple de generar la modulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua utilizada en la señalización multifrecuencia de tono dual y los primeros tonos de módem . [4]
Un generador de funciones típico puede proporcionar frecuencias de hasta 20 MHz. Los generadores de RF para frecuencias más altas no son generadores de funciones en sentido estricto, ya que normalmente solo producen señales sinusoidales puras o moduladas.
Los generadores de funciones, como la mayoría de los generadores de señales , también pueden contener un atenuador , varios medios para modular la forma de onda de salida y, a menudo, la capacidad de "barrer" de forma automática y repetitiva la frecuencia de la forma de onda de salida (por medio de un oscilador controlado por voltaje ) entre dos límites determinados por el operador. Esta capacidad hace que sea muy fácil evaluar la respuesta de frecuencia de un circuito electrónico determinado .
Algunos generadores de funciones también pueden generar ruido blanco o rosa . [ cita requerida ]
Los generadores de funciones más avanzados se denominan generadores de formas de onda arbitrarias (AWG). Utilizan técnicas de síntesis digital directa (DDS) para generar cualquier forma de onda que pueda describirse mediante una tabla de amplitudes y pasos de tiempo.
Las especificaciones típicas para un generador de funciones de propósito general son:
Un enfoque completamente diferente para la generación de funciones es utilizar instrucciones de software para generar una forma de onda, con previsión de salida. Por ejemplo, se puede utilizar una computadora digital de uso general para generar la forma de onda; si el rango de frecuencia y la amplitud son aceptables, se puede utilizar la tarjeta de sonido instalada en la mayoría de las computadoras para generar la onda generada.
Elemento de circuito electrónico utilizado para generar formas de onda dentro de otros aparatos que se pueden utilizar en circuitos de comunicaciones e instrumentación, y también en un instrumento generador de funciones. Algunos ejemplos son los circuitos integrados Exar XR2206 [7] y Intersil ICL8038 [ cita requerida ] , que pueden generar formas de onda sinusoidales, cuadradas, triangulares, de rampa y de pulso a una frecuencia controlable por voltaje .
Elemento de circuito electrónico que proporciona una salida proporcional a alguna función matemática (como la raíz cuadrada) de su entrada; estos dispositivos se utilizan en sistemas de control de retroalimentación y en computadoras analógicas . Algunos ejemplos son el tubo de ley cuadrada Raytheon QK329 [8] y el amplificador logarítmico/antilogarítmico Intersil ICL8048. [9]
Los generadores de funciones mecánicas son mecanismos de leva , seguidores de leva o engranajes no circulares , diseñados para reproducir distintos tipos de funciones, ya sean periódicas (como funciones seno o coseno), o de un solo disparo (funciones logarítmicas, parabólicas, tangentes, etc.). [10]
Los instrumentos de medición como manómetros, altímetros y barómetros incluyen generadores de funciones de tipo articulado como medios de linealización. Antes de la llegada de las computadoras digitales, los generadores de funciones mecánicos se utilizaban en la construcción de sistemas de control de disparo de armas y calculadoras mecánicas .
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