Funktionsgeneratoren  (614 Angebote unter 30.808.040 Artikeln)Zum Expertenwissen

Funktionsgeneratoren zur Erzeugung elektronischer Signale

Funktionsgeneratoren werden verwendet, um verschiedene Signale zu erzeugen. Diese Signale bestehen aus unterschiedlichen Kurvenformen und besitzen einstellbare Frequenzen sowie Amplituden. Unterschiedliche Kurvenformen sind beispielsweise Sinuswellen, Dreiecksignale, Rechtecksignale sowie Sägezahnsignale. Diese Wellenformen sind am Funktionsgenerator einstellbar und dienen dazu, elektronische Komponenten wie beispielsweise Verstärkeranlagen zu testen. Funktionsgeneratoren besitzen einstellbare Frequenzen im Bereich von bis zu mehreren Megahertz. Auch die Signalstärke, die sogenannte Amplitude, kann je nach Bedarf verändert werden. Grundsätzlich wird unterschieden zwischen analogen Funktionsgeneratoren und digitalen Ausführungen, welche auf unterschiedliche Weise die benötigten Schwingungen erzeugen.

Analoge und digitale Funktionsgeneratoren

Heute nur noch selten anzutreffen sind analoge Funktionsgeneratoren. In der Regel bestehen diese Baugruppen aus einstellbaren Dreieck-Oszillatoren. Andere Wellenformen, wie beispielsweise Rechtecksignale oder sinusförmige Signale, werden in Form von zusätzlichen Signalwandler erzeugt. In den meisten Fällen werden integrierte Schaltungen verwendet, die am Ausgang bereits mehrere unterschiedliche Signalformen zur Verfügung stellen. Wichtige Kriterien bestehen in der Frequenzgenauigkeit sowie im Tastverhältnis der erzeugten Wellenformen. Besonders die Genauigkeit der Frequenzeinstellung stellt bei analogen Funktionsgeneratoren häufig ein Problem dar. Gründe hierfür bestehen in relativ hohen Fertigungstoleranzen der verwendeten Kondensatoren als frequenzbestimmende Bauteile in der Oszillatorschaltung.

Digitale Funktionsgeneratoren, die heute eigentlich üblich sind, arbeiten meistens mit der digitalen Synthese und generieren unterschiedliche periodische Signalverläufe. Die Genauigkeit ist hierdurch wesentlich höher als bei analogen Geräten. Sie hängt hauptsächlich von der internen Auflösung der digitalen Signalsynthese ab. Die Taktquelle besteht bei einem digitalen Funktionsgenerator in der Regel aus einem Quarzoszillator, der für die erforderliche Frequenzgenauigkeit sorgt. Ein weiterer Vorteil vieler digitaler Funktionsgeneratoren besteht darin, dass diese neben den gängigen Signalverläufen (Sinus, Rechteck oder Dreieck) auch beliebig programmierbare Signalformen generieren können.

Die Amplitudenauflösung bei digitalen Funktionsgeneratoren

Wichtig bei der Verwendung digitaler Funktionsgeneratoren ist die sogenannte Amplitudenauflösung in Bit. Je höher dieser Wert ist, desto präziser kann die gewünschte Signalform erzeugt werden. Die Amplitudenauflösung steht für die Anzahl der möglichen Spannungswerte einer Signalform. Ein 8-Bit-Wandler beispielsweise ist in der Lage, 256 unterschiedliche Spannungswerte zu erzeugen. Je geringer die Amplitudenauflösung ist, desto höhere Spannungssprünge entstehen zwischen zwei unterschiedlichen Signalwerten. Eine Erhöhung der Amplitudenauflösung führt somit zu "feineren" und exakteren Signalverläufen.

Der Frequenzbereich des Funktionsgenerators

Dies ist eines der wichtigsten Merkmale des Gerätes. In der Regel wird der Frequenzbereich hauptsächlich nach oben begrenzt. Die unteren Grenzwerte liegen in vielen Fällen deutlich unter einem Hertz. Werden Signale mit Frequenzen im HF-Bereich benötigt, sollte das Gerät schon maximale Frequenzen im mehrstelligen Megahertzbereich erzeugen können. Funktionsgeneratoren mit maximalen Ausgangsfrequenzen im Bereich von bis zu mehreren hundert Megahertz sind heute ohne weiteres realisierbar. Diese Frequenzen sind aber nur dann erforderlich, wenn Baugruppen im Hochfrequenzbereich überprüft werden müssen.

Fertige Geräte und integrierte Schaltungen für Funktionsgeneratoren

Heute sind zahlreiche integrierte Schaltungen (IC) erhältlich, die auf relativ einfache Weise den Bau eines Funktionsgenerators ermöglichen. Allerdings sollte der Aufwand zum Bau eines entsprechenden Gerätes nicht unterschätzt werden, da in den meisten Fällen zusätzliche Einrichtungen zur genauen Frequenzbestimmung (beispielsweise durch eingebaute Frequenzzähler) erforderlich sind. Der Vorteil fertiger Geräte besteht neben der sofortigen Einsatzbereitschaft darin, dass diese in der Regel über entsprechende Einrichtungen zur Frequenzbestimmung verfügen.