TEMA 5 “GENERADORES Y SINTETIZADORES”

1.- FUNCIONES Y TIPOS:

Se denomina generador a toda fuente de señal calibrado y estable, estos no miden ninguna magnitud.

Sus aplicaciones son:

• Respuesta frecuencial de amplificadores.

• Análisis de linealidad, caracterización y sintonía de filtro.

• Sintonía de receptores.

• Caracterización de materiales y componentes a distintas frecuencias.

• Señales de test en sistemas digitales.

Fig: Esquema de bloques de un generador de funciones.

Clasificación.:

• Según frecuencias:

• Audiofrecuencia (AF) <0.01Hz/1-10Mhz

• Radiofrecuencia (RF) 1-10Mhz/520-1000Mhz

• Microondas 1/40Ghz

• Según forma de onda de Salida:

• Generador de funciones.

• Generador de señales (senoide modulada).

• Osciladores (senoide, con amplificador y frec. Fijas).

• Generador de Pulsos.

• Generador de ruido, de palabras digitales, etc.

• Método Generación:

• Osciladores de frecuencia variable.

• Síntesis de frecuencia (Directa, Indirecta, Digital)

2.- GENERADOR DE FUNCIONES:

Son equipos que producen señales que pueden describirse mediante fórmulas matemáticas simples, tienen una distorsión típica del 0.25%.

Las formas de onda obtenidas son:

Triangular: Medidas de nivel de disparo, estudios de linealidad.

Cuadrada: Análisis de respuesta transitoria.

Senoidal: Respuesta frecuencial.

Modulación Interna: A través de un generador de control, pudiendo obtenerse señales de menor frecuencia que las del generador principal.

Oscilador Principal: Produce señal triangular y cuadrada. Consiste en un bucle de realimentación no lineal que consta de un integrador y un conmutador por histéresis que compara la salida de aquel con una tensión de referencia.

Banda de frecuencias: 0.1Hz/1Mhz (0.00003Hz/50Mhz) ±5%

Para frecuencias muy bajas se usa un oscilador basado en un contador digital.

Modo de funcionamiento: Se refiere a la cadencia de salida; continua (freerum), previo disparo (triggered), en salva (burst, gated), etc.

Salida Senoidal: Modificación de señal triangular a través de diodos o transistores apareados, a cuya entrada se aplica la señal triangular. Para obtener distorsiones inferiores, se emplea un oscilador en puente de Wien o LC, o un sintetizador.

Generación de Señales TTL: Se emplea la señal triangular para acortar, mediante una puerta AND TTL, la duración de la cuadrada.

Controles de frecuencia y simetría: Ajuste de frecuencias de salida y duración de los semiciclos +/- , se basan en el control de la tensión que regula las fuentes de corriente (carga-descarga) del integrador.

Al aplicar una tensión externa a la entrada VCO (oVCF), esta junto con el dial determina la frecuencia de salida.

Impedancia de salida, debe ser adecuada a los circuitos donde se va a conectar.

Fig: Etapa de control de frecuencia y simetría

3.- GENERADORES DE PULSOS:

Ofrecen pulsos o trenes de pulsos de tensión o de corriente no como salida secundaria como en otros generadores, si no como salida fundamental, y a veces única.

Fig: Puntos para definir los parámetros de un pulso.

Los parámetros que definen un pulso son:

Las aplicaciones de los pulsos son:

Los pulsos dobles son interesantes para medidas de velocidad de recuperación de circuitos. Se obtienen haciendo que el monoestable que determina la duración sea disparado no sólo por el flanco posterior del pulso que sale del monoestable que determina el retardo, sino también por el flanco anterior de la señal.

4.- SINTETIZADORES DE FRECUENCIA:

Es un dispositivo cuya frecuencia de salida es un múltiplo racional de una frecuencia de referencia patrón (estándar) determinada.

Se obtiene una frecuencia exacta y estable debido a que la frecuencia de salida se obtiene mediante operaciones matemáticas realizadas en la frecuencia patrón.

Hay tres tipos principales de sintetizadores:

• Síntesis Directa: Consiste en operaciones aritméticas directas sobre la frecuencia de referencia o armónicos. Este método es muy caro.

• Síntesis Indirecta: Mediante un PLL se hace que un VCO sintonice a una frecuencia deducida de la de referencia. Este es el método habitual en los equipos normales.

• Síntesis Digital: Consiste en la Obtención digital de muestras de la señal deseada, y luego un convertidor D/A y un filtro se obtiene la senoide de salida.

4.1.- SINTESIS DIRECTA:

Señal del oscilador de referencia (5Mhz) es procesada secuencialmente mediante las “unidades de inserción de dígitos” empezando por el menos significativo.

Señales con fase sincronizada de 42Mhz y 3.0, 3.1, ...3.9Mhz se derivan del oscilador de referencia. Se aplica a las unidades de inserción para obtener sincronización.

La salida de la última unidad de inserción se mezcla con la salida de 5Mhz para obtener una frecuencia entre 0 y 100Mhz.

Frecuencia continuamente ajustable; sustitución de una unidad de década continuamente ajustable por cualquier unidad de inserción de dígitos.

4.2.- SINTESIS INDIRECTA:

Para sintonizar un oscilador de frecuencia variable ala frecuencia de un armónico derivado de la frecuencia patrón, se puede emplear el esquema de la fig.

Alta Resolución: Pequeño ancho de banda del lazo de realimentación, aunque supone tiempo de adquisición largo y no evita fluctuaciones rápidas del VCO.

División de frecuencia del VCO: Aumento de la resolución sin disminuir ancho de banda. Divisor del lazo debe opera a frecuencia excesiva; lazos de realimentación múltiples.

Bajo Coste: Ausencia de filtros selectivos. Uso solamente circuito integrados.

Inconvenientes: Difíciles de modular, tiempos de conmutación largos(≈ms), alta susceptibilidad a bandas laterales de ruido F.M. a alta frecuencia.

4.3.- SINTESIS DIGITAL:

Este es un caso particular de la síntesis directa, es el método habitual, una Tabla (memoria ROM) con valores instantáneos de la forma de onda deseada y un reloj de frecuencia fija.

Consta de un acumulador de fase que determina las muestras instantáneas almacenadas a buscar.

El Convertidor Fase-amplitud obtiene el valor correspondiente.

Para ahorrar memoria solo se almacena los valores Senθ correspondientes al primer cuadrante y se añade un control de cuadrante externo. Al mismo tiempo un circuito complementario permite simplificar el direccionamiento de la memoria. Para ahorrar aun más memoria se emplea identidades trigonométricas, y la sección del ángulo se hace mediante una parte gruesa y una parte fina.

Caso Senoide: Cálculo de un ángulo de fase linealmente creciente.

Señal en diente Sierra: Paso de la salida del acumulador al convertidor D/A.