GENERACIÓN DE SEÑALES

 

 

 

La generación de señales en una faceta importante en la reparación y desarrollo electrónico. El generador de señales se utiliza para proporcionar condiciones de prueba conocidas para la evaluación adecuada de varios sistemas electrónicos y verificar las señales faltantes en sistemas que se analizan para reparación. Existen varios tipos de generadores de señales, los cuales tienen diversas características en común. Primero, la frecuencia de la señal debe ser estable y conocerse con exactitud. Segundo, se ha de controlar la amplitud, desde valores muy pequeños hasta relativamente altos. Por último, la señal debe estar libre de distorsión.

Hay muchas variaciones de estos requisitos en particular para generadores de señales especializados como los generadores de funciones, de pulsos, de barrido, etc, y dichos requisitos deben considerarse como generales.

 

GENERADOR DE ONDA SENOIDAL

En virtud de la importancia de la señal senoidal el generador de dicha onda representa la principal categoría de generadores de señales. Este instrumento cubre el rango de frecuencias a partir de algunos hertz hasta varios gigahertz, y su forma más sencilla es como se muestra en la figura No. 1

 

Figura 1. Diagrama de bloques de un

generador de onda senoidal básico.

 

El generador de onda senoidal simple consiste de dos bloques básicos, un oscilador y un atenuador. El comportamiento del generador depende de la funcionalidad de estas dos partes principales. Tanto la exactitud de la frecuencia y la estabilidad, la exactitud de amplitud depende del diseño del atenuador.

 

MODULACION DEL GENERADOR DE SEÑALES

La mayoría de los generadores de señales tiene la capacidad de modular tanto en frecuencia como en amplitud, con un índice o porcentaje de modulación conocido. La modulación de amplitud se puede aplicar al generador de señales nivelado electrónicamente, por medio de la modulación del atenuador de diodo PIN con la señal modulada. El problema serio que se presenta con esta modulación es que la amplitud varía desde dos veces la amplitud de la portadora hasta cero para un porcentaje del 100% de modulación, lo cual implica que el atenuador controla por voltaje debe tener al menos una atenuación nominal de 6 dB para que la amplitud se pueda incrementar a dos veces la portadora y proporcione, en teoría, una atenuación infinita para conseguir el cero requerido por el 100% de modulación. Sin importar la técnica de modulación, la mayoría de los generadores de señales proporciona una modulación de amplitud cercana pero no igual a 100%.

La modulación de frecuencia no sufre problemas atribuibles al porcentaje de modulación y no existe el 100% de modulación. Para modular la frecuencia el generador de señales requiere un método para cambiar electrónicamente la frecuencia del oscilador; por lo general; esto lo proporciona un diodo varactor en el circuito oscilador sintonizado. La cantidad de modulación suministrada por el diodo varactor depende de la frecuencia del oscilador y puede varias sobre el rango de sintonía del oscilador. Es decir, el generador de señales ha de contar con un método de corrección para este cambio en el índice de modulación de frecuencia. Aplicar la modulación a un generador de señales puede ser un problema complejo cuando este dispositivo es del tipo sintetizado. Cada uno de estos instrumentos es un caso único, y existen numerosos métodos para suministrar una fuente exacta de modulación.

 

Generador de Frecuencia de Barrido.

 

Comparado con generadores de señales de frecuencia única, el generador de frecuencia de barrido es un sistema relativamente nuevo, en los inicios de la electrónica la dificultad era encontrar un método para variar electrónicamente la frecuencia, de modo que se tuviera disponible que se tuviera disponible una salida de frecuencia de barrido rápido. Los moduladores con tubos de reactancia dieron muy poca variación en frecuencia y por lo general un generador de barrido hacía uso de métodos electromecánicos tal como los capacitores manejadores de motores. Estos primeros monstruos mecánicos presentaron desventajas significativas y frecuentemente la mayoría de las mediciones de respuesta se efectuaron con técnicas de punto por punto, utilizando generadores convencionales de señales de una sola frecuencia. El desarrollo de los sistemas de banda ancha trajo consigo la necesidad de los generadores de frecuencia de barrido de banda ancha de alta frecuencia.

El desarrollo del diodo de estado sólido de capacitancia variable hizo aún mas por el desarrollo de los generadores de frecuencia de barrido que ningún otro dispositivo electrónico. Este diodo establece el método para sintonizar electronicamente un oscilador y hace del generador de barrido un instrumento muy valioso.

La figura 2 muestra el diagrama de bloques de un generador de barrido básico. La semejanza con el generador de frecuencia única es evidente, sin embargo, el oscilador del generador de barrido se puede sintonizar electrónicamente, y se incluye un generador de voltaje de barrido con el generador para proporcionar el barrido en frecuencia.

 

 

Figura 2. Diagrama de bloques de un ciclo de fase fija PLL.

Ya que la relación entre el voltaje de barrido y la frecuencia del oscilador no es lineal, se proporciona un circuito de compensación entre el voltaje de la frecuencia de barrido y el voltaje de sintonía del oscilador. La cantidad requerida de no linearidad, y en consecuencia la cantidad de corrección depende del tipo de oscilador utilizado y del rango de frecuencias cubierto por el oscilador. Mientras mas estrecho sea el rango de frecuencia de barrido, mas lineal será la relación voltaje – frecuencia. Por lo general hay un límite de 2 a 1 de la frecuencia máxima - mínima de cualquier oscilador de barrido. Muchos sistemas modernos, como los utilizados para la transmisión de televisión por cable o satélite, tienen anchos de banda cercanos a cientos de Megahertz y requieren técnicas de barrido para la solución de problemas.

 

Generadores de Pulso y de Onda Cuadrada

 

Los generadores de pulsos y onda cuadrada se utilizan a menudo con un osciloscopio como dispositivo de medición. Las formas de onda obtenidas en el osciloscopio en la salida o en puntos específicos del sistema bajo prueba proporcionan información tanto cualitativa como cuantitativa acerca del dispositivo o sistema a prueba.

La diferencia fundamental entre un generador de pulsos y uno de onda cuadrada está ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo se define como la relación entre el valor promedio del pulso en un ciclo y el valor pico del pulso. Puesto que el valor promedio y el valor pico se relacionan en forma inversa a sus tiempos de duración, el ciclo de trabajo se define en términos de ancho del pulso y el periodo o tiempo de repetición del pulso.

 

Ciclo de trabajo = Ancho del pulso / Periodo

Los generadores de onda cuadrada producen un voltaje de salida con tiempos iguales de voltajes altos y bajos de manera que el ciclo de trabajo es igual 0.5 o al 50%. El ciclo de trabajo permanece en este valor aún cuando varíe la frecuencia de oscilación.

El ciclo de trabajo de un generador de pulsos puede variar; los pulsos de poca duración dan un ciclo de trabajo bajo y, por lo general, el generador de pulsos puede suministrar mas potencia durante el periodo de voltaje alto que un generador de onda cuadrada. Los pulsos de corta duración reducen la disipación de potencia en el componente a prueba. A propósito, las mediciones de la ganancia del transistor se pueden efectuar con pulsos de corta duración que eviten el calentamiento de las uniones, o de esta forma se minimizan el efecto de la temperatura de la unión sobre la ganancia.

Los generadores de onda cuadrada se utilizan siempre que se desea investigar las características de baja frecuencia de un sistema; por ejemplo, para pruebas de sistemas de audio. Las ondas cuadradas son preferibles a los pulsos de corta duración si la respuesta transitoria de un sistema requiere algún tiempo para asentamiento.

 

Dominio del tiempo.

 

Un osciloscopio estandar es un instrumento de dominio del tiempo. La pantalla en el tubo de rayos catódicos CRT despliega una representación de una amplitud contra el tiempo de la señal de entrada y se le suele llamar una forma de onda de una señal. En esencia, una forma de onda de una señal muestra la forma y la magnitud instantánea de la señal, con respecto al tiempo, pero no necesariamente indica su contenido de frecuencia. Con un osciloscopio la deflexión vertical es proporcional a la amplitud de la señal para la entrada total y la deflexión horizontal es una función del tiempo (razón de Barrido).

 

Dominio de la frecuencia.

 

Un analizador de espectros es un instrumento de dominio de la frecuencia. En esencia, ninguna forma de onda se muestra en el CRT. En vez de esto se muestra una gráfica de la amplitud contra la frecuencia (esto se llama un espectro de frecuencia). Con una analizador de espectros el eje horizontal representa la frecuencia y el eje vertical la amplitud. Por lo tanto existe una deflexión vertical para cada frecuencia presente en su entrada. Efectivamente, la forma de onda de la entrada es barrida con una frecuencia variable, y se sincroniza la frecuencia central de un filtro para bandas de alta Q, a la razón barrido horizontal del CRT. Cada frecuencia presente en la forma de la onda de la entrada produce una línea vertical sobre el CRT (estos son llamados los componentes espectrales). La deflexión vertical (altura) de cada línea es proporcional a la amplitud de la frecuencia que presenta. Una representación en el dominio de la frecuencia de una onda muestra el contenido de frecuencia pero no necesariamente indica la forma de onda o la amplitud combinada de todos los componentes de entrada de información en un tiempo específico.

 

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