ANALOGE SCHALTUNGSTECHNIK LABOR. Funktionsgeneratoren

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1 ANALOGE SCHALTUNGSTECHNIK LABOR Institut für Elektronik der Technischen Universität in Graz Funktionsgeneratoren Übungsinhalt: Sinus-, Dreieck- und Rechteckgeneratoren Funktionsgenerator mit Konstantstromquelle Digitaler Funktionsgenerator Monolithischer Funktionsgenerator XR06 Vorausgesetzte Kenntnisse: Übungsunterlagen Operationsverstärker und deren Anwendung Feldeffekttransistoren Grundkenntnisse in der Digitaltechnik Literatur: Übungsunterlagen Vorlesungsunterlagen Elektronische Schaltungstechnik U. Tietze Ch. Schenk Halbleiterschaltungstechnik

2 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -- FUNKTIONSGENERATOREN Allgemeines Schaltungen, die gleichzeitig eine Sinus-, Dreieck- und Rechteckschwingung erzeugen, bezeichnet man als Funktionsgeneratoren. Dabei wird mit Hilfe eines Schmitt-Triggers und eines Integrators eine dreieckförmige Wechselspannung erzeugt, die in einem weiteren Schritt dann in eine Sinusschwingung umgewandelt wird. Für diese Umwandlung werden sogenannte Sinusnetzwerke herangezogen. + U B U B Analog- Schalter Integrator Schmitt- Trigger U R U D Sinus- Netzwerk U S Abb..: Schematischer Aufbau eines Funktionsgenerators In der Abbildung. wird das Prinzip eines Funktionsgenerators gezeigt. An einem Integrator wird eine konstante Spannung angelegt, die entweder positiv oder negativ sein kann. Entsprechend der angelegten konstanten Spannung wird die Ausgangsspannung des Integrators solange ansteigen, bis die Schaltschwelle des nachfolgenden Schmitt-Triggers erreicht ist. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers bedient den Analogschalter, wodurch am Integrator die invertierte konstante Spannung anliegt und sich der Vorgang in umgekehrter Weise wiederholt.

3 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -- Prinzipielle Anordnungen. Funktionsgenerator mit Integrator In der Abbildung. ist das Blockschaltbild eines Funktionsgenerators mit Integrator abgebildet. Je nach der Stellung des Analogschalters wird der Integrator mit +U e bzw. U e beaufschlagt. + C + U e R U e + + Schmitt- Trigger U D U R Abb..: Funktionsgenerator mit Integrator Allgemein gilt folgende Beziehung für den Integrator in Abb..: U a t = RC U d U e( τ ) τ Q0 U0 = Q 0 Ladung, die sich zu Beginn der Integration in C befindet C Für eine konstante Spannung U e ergibt sich daher für U a : U a Ue = RC t + U 0. Funktionsgenerator mit Konstantstromquellen Bei der Schaltung in Abbildung. wird der Strom +I e bzw. I e über einen Analogschalter in den Kondensator C eingeprägt. Ein zeitlinearer Anstieg bzw. Abfall der Spannung am Kondensator ist die Folge. Der Impedanzwandler verhindert eine Verfälschung der dreieckförmigen Spannung am Kondensator, die sich durch eine Belastung ergeben würde. Im Gegensatz zur Methode mit Integrator ist hier eine Realisierung mit höheren Frequenzen möglich.

4 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE I e Impedanz- Wandler Schmitt- Trigger I e C U D U R Abb..: Funktionsgenerator mit Konstantstromquellen Als allgemeine Beziehung für die Aufladung eines Kondensators gilt: t U = I( τ) dτ + U C 0 0 Ist der Ladestrom I konstant, so ergibt sich der bereits erwähnte zeitlich lineare Anstieg bzw. Abfall der Spannung (U 0 = 0): U = I C t.3 Digitale Funktionsgeneratoren Die Ausgangsfunktion wird dabei nichtflüchtig in einem Speicher (z.b. EPROM) abgelegt. Mit einem Zähler wird nacheinander jede Adresse des Speichers angesprochen. Die Datenleitungen des Speichers werden einem D/A-Umsetzer zugeführt. Um Speicherplatz zu sparen und dadurch mehrere Funktionen abspeichern zu können, ist es mit einer entsprechenden Zählerlogik auch möglich, nur Halb- oder Viertelwellen abzuspeichern..4 Monolithische Funktionsgeneratoren Mit Hilfe von integrierten Funktionsgeneratoren lassen sich mit wenig Bauteilaufwand verschiedene Ausgangsfunktionen realisieren. Dabei ist auch vielfach eine Amplituden- oder Frequenzmodulation des Ausgangssignales möglich. Als Nachteil erweist sich die meist nur geringe Ausgangs-Maximalfrequenz.

5 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -4-3 Praktische Realisierungen 3. Funktionsgenerator mit steuerbarer Frequenz und variablem Tastverhältnis 3.. Schaltungsaufbau 8 IC-A / LF353 V 4 BST IC-B / LF353 BST7A V Abb. 3.: Funktionsgenerator mit steuerbarer Frequenz und variablem Tastverhältnis Die in der Abbildung 3. gezeigte Schaltung geht von dem in der Abbildung. angeführten Prinzip aus. Ist der Komparatorausgang des IC4 (LM3) low, dann wird der Integrator (IC mit R 4 und C ) mit der Gleichspannung V beaufschlagt. Die Integration einer Gleichspannung ergibt eine Rampenspannung. Sobald die Rampenspannung die Komparatorschwelle des IC4 erreicht, geht der Komparatorausgang auf high und es wird dem Integrator die Gleichspannung V zugeführt. Wir erhalten eine Rampe mit umgekehrtem Vorzeichen. Damit ergibt sich am Ausgang des IC die Dreieckspannung. Diese Dreieckspannung wird mittels eines Sinusformers (Operationsverstärker IC3) in eine angenäherte Sinusschwingung umgewandelt. Auf die Sinusformung mittels Integrator wird im Kapitel 3..4 näher eingegangen. 3.. Frequenzsteuerung Ist V = V ergibt sich der in Abbildung 3. gezeigte Spannungsverlauf. Die Spannung U R entspricht der Komparatorausgangsspannung.

6 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -5- U U R U D t U DSS U RSS U D SS... U R SS... Dreieckspannung Spitze-Spitze Rechteckspannung Spitze-Spitze Abb. 3.: Zeitlicher Verlauf von U D und U R Die Frequenz wird in Abhängigkeit der Spannung U e verändert. Die Spannungen V und V sind linear abhängig von der Spannung U e (für R = R = R 3 = R gilt: V = U e R/(R + 0,5 P )). Vergrößert man die Spannung U e so vergrößern sich auch die Beträge von V und V. Um den selben Faktor erhöht sich der Strom, der über den Widerstand R 4 zum virtuellen Nullpunkt des Operationsverstärkers IC (LF356) fließt. Daraus folgt, daß die Rampen des Dreiecksignales steiler werden. Somit werden die Schaltschwellen des Komparators in kürzerer Zeit erreicht, die Frequenz des Ausgangssignales erhöht sich. Für die Frequenz ergibt sich folgender Zusammenhang: f V U e R = = RCU RCU R+ P 4 DSS 4 DSS U e ist die Eingangsspannung (wird eingestellt mit dem Potentiometer P ). U D SS entspricht der Differenz der Schaltschwellen des Komparators (Schalthysterese). Hinweis: Die Spannung U e kann beim Laboraufbau an einer eigenen Klemme abgegriffen werden. Die Schaltschwellen des Komparators IC4 werden durch den Spannungsteiler R 8, R 9 und den Ausgangszustand des Komparators (high oder low) bestimmt. Anmerkung: Der Widerstand R 7 dient dabei als Pullup-Widerstand für den Open-Collector-Ausgang des Komparators. Ist der Komparatorausgang high, so ergibt sich eine obere Schaltschwelle von R9 UoS = UV R9 + R8+ R7 und eine untere Schaltschwelle von R9 UuS = UV. R9 + R8 Dabei ist U V die Versorgungsspannung (7,5 V). Die Differenz der Schaltschwellen beträgt somit: U = U U DSS os us = 75, 3..3 Variables Tastverhältnis 75, = 3, 388 V ( 3, 75 V) = 7, 38 V + + 4, 7 + Um eine Rechteckspannung mit einem einstellbaren Tastverhältnis zu erzeugen, kann man die Dreieckspannung mit Hilfe eines Komparators mit einer einstellbaren Gleichspannung

7 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -6- vergleichen. Gewünscht ist aber, daß auch die Dreieckspannung unsymmetrisch verläuft. Dies kann man dadurch erreichen, daß man die Potentiale V und V verschieden groß macht. In Abbildung 3.3 ist der entsprechende Teil der Schaltung aus Abbildung 3. angeführt. IC-A LF353 V αp IC-B LF353 V Abb. 3.3: Schaltungsteil für variables Tastverhältnis Die Änderung des Tastverhältnisses der Dreieckspannung wird durch eine Einstellung am Potentiometer P vorgenommen. Dadurch werden die beiden Potentiale V und V verändert und es verändert sich die Integrationszeit des Integrators je nach der Größe des Betrages der angelegten Spannung. Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Dreieckspannung im Bereich ±Û D (siehe Abbildung 3.4) betragen wie folgt: RCU 4 DSS t = Abfallzeit V RCU 4 DSS t = Anstiegszeit V T = t+ t = R4CU + DSS V V

8 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -7- U R t t t U D Û D t T Abb.3.4: Spannungsverlauf bei einem Tastverhältnis von t /T = 0% Aus Abbildung 3.3 können die Potentiale V und V hergeleitet werden. UR e UR e 3 V = V = R + αp R + ( α ) P α Symmetriefaktor des Potentiometers Setzt man diese Terme in die Gleichung für die Periodendauer ein, und setzt man für R = R = R 3 = R, so erhält man: U R C DSS 4 T = t+ t = ( R+ αp+ R+ ( α) P) UR e T UU RC R P DSS + = 4 e R Man erkennt aus der obigen Formel, daß für R = R = R 3 die Periodendauer unabhängig vom Symmetriefaktor α ist, da sich dieser herauskürzt. Damit ist die Summe der Integrationszeiten (Anstiegs- und Abfallzeit) und somit die Frequenz unabhängig von der Potentiometereinstellung! Mit dem Potentiometer P wird also nur das Tastverhältnis verändert. Hinweis: Beim Laboraufbau verändert sich beim Verstellen des Potentiometers P auch die Spannung U e ein wenig. Diese muß dann mit dem Potentiometer P nachgestellt werden Sinusschwingungserzeugung Bei geringen Anforderungen an den Klirrfaktor der Sinusschwingung kann durch Integration der Dreieckspannung näherungsweise eine Sinusschwingung erzeugt werden. Tatsächlich handelt es sich aber um aneinandergereihte Parabelbögen. In der folgenden Abbildung 3.5 ist die Schaltung des in der Abbildung 3. verwendeten Integrators angegeben. Der Widerstand R 6 dient dabei zur Einstellung einer definierten Gleichspannungsverstärkung. Durch Offset oder Unsymmetrie des Operationsverstärkers kann ansonsten der Integrator gegen seine Aussteuergrenze laufen. Der Klirrfaktor, der mit dieser Schaltung erreicht werden kann, beträgt ca. 4%.

9 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -8- U S U D Abb. 3.5: Erzeugung einer Sinusschwingung mittels Integration 3. Sinusschwingung mittels Diodennetzwerk Bei diesem Sinus-Diodennetzwerk wird nach dem Prinzip der stückweisen Approximation die Sinusschwingung aus einer Dreieckeingangsspannung U e gewonnen. Man nützt dabei die Tatsache aus, daß eine Sinusschwingung im Bereich um den Nullpunkt wie eine Dreieckschwingung verläuft. Bei kleinen Eingangsspannungen muß das Sinus-Funktionsnetzwerk die Verstärkung annehmen, da für kleine Winkel (x <<) die Beziehung sin(x) x gilt. Für höhere Eingangsspannungen muß jedoch die Verstärkung des Sinus-Funktionsnetzwerkes abnehmen. Dadurch wird die Spitze der Dreieckschwingung "abgerundet". U U U 3 +.6V U e U a -U -U -.6V -U 3 Abb. 3.6: Einfaches Sinusfunktionsnetzwerk (Laboraufbau)

10 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -9- Das in der obigen Abbildung 3.6 gezeigte Sinus-Funktionsnetzwerk besitzt bei kleinen Eingangsspannungen die Verstärkung, da alle Dioden sperren. Wird die Spannung um die Durchlaßspannung der Diode D 04 größer als U, so wird die Diode D 04 leitend und der Spannungsteiler R 03 /R 04 /R 00 wird wirksam. U a steigt nun langsamer als U e. Wird U a um die Durchlaßspannung von D 0 größer als U so wird D 0 leitend, und es wird noch ein Spannungsteiler wirksam, der den Spannungsanstieg zusätzlich verlangsamt. Die Diode D 00 ist letztendlich für die horizontale Tangente im Maximum der positven Sinushalbwelle verantwortlich. D 05, D 03 und D 0 arbeiten entsprechend bei der negativen Halbwelle. Allgemein soll das Sinus-Funktionsnetzwerk folgende Funktion nachbilden: Ue Ua = U$ π asin U$ für den Bereich U$ + $ e Ue Ue e Für kleine Eingangsspannungen gilt die Vereinfachung sin(x) x: U = U a U $ π e a U $ e Bei der Wahl von U a soll in Nullpunktsnähe U a = U e werden. Somit ergibt sich für U $ a folgender Wert: U$ U$ a = e π Besitzt also die Dreieckschwingung bei π/ den Wert π/, so ist der Wert der Amplitude der Sinusschwingung. Die durch diese Methode erzeugte Sinusschwingung besitzt einen Klirrfaktor von ca. %, was gegenüber der Methode mittels Integrator (ca. 4%) eine wesentliche Verbesserung darstellt. Beim Laboraufbau können mit Hilfe der Jumper JMP3, JMP4, JMP3 und JMP4 die Knotenpunkte an Masse gelegt werden. Dies ermöglicht, die Wirkung der einzelnen Dioden zu verfolgen.

11 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE Funktionsgenerator mit Konstantstromquelle und Stromspiegel +U B +U B +U B 8 VCC -U B 6 +U B +U B -U B 6 R & 3 R7 0k S & 7 -U B 6 VEE VEE ' -U B Abb. 3.7: Funktionsgenerator mit Konstantstromquelle und Stromspiegel Diese Schaltung arbeitet nach dem im Kapitel. erläuterten Prinzip. Die Bandgapdiode D erzeugt eine Referenzspannung für die Konstantstromquelle (Transistor T ). Die Größe des Konstantstromes wird durch den %-Widerstand R 6 (680 Ω) bestimmt. Mit den Transistoren T und T 3 des Transistorarrays CA3096 ist ein Stromspiegel aufgebaut. Der Kondensator C und wahlweise zusätzlich C 3 wird über die Diode D mit dem Konstantstrom geladen. Sobald die Kondensatorspannung /3 des Versorgungsspannungsbereichs erreicht (also U B /6), geht der Ausgang des Timers NE555 auf low, und der p-kanal-fet T 4 wird leitend. Der Spannungsabfall an der Diode D sinkt unter die Diodenschwellspannung, sodaß die Diode sperrt. Der Konstantstrom fließt nun über den Stromspiegel. Es wird nun der Kondensator mit Hilfe des Stromspiegels entladen. Erreicht die Kondensatorspannung /3 des Versorgungsspannungsbereichs (also U B /6), geht der Timer- Ausgang auf high und der p-kanal Fet T 4 sperrt, sodaß der Konstantstrom wieder über die Diode D fließt. Die Zeit für die Aufladung des Kondensators ergibt sich aus der Formel: UC t = B mit U B = 5V (Versorgungsspannungsbereich) 3I Für die Dauer einer Periode wird der Kondensator geladen und für eine weitere entladen. Somit ergibt sich für die gesamte Periodendauer T: UC B T = 3I Der Strom der Konstantstromquelle ergibt sich nach folgender Formel:

12 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -- I U = D U R 6 BET 3.4 Digitaler Funktionsgenerator 3.4. Blockschaltbild Funktionsgeneratorlogik * 4bit Aufwärts-/ Abwärtszähler A0...A7 EPROM D0...D7 D-Latch D0...D7 R/R - Leiternetzwerk Invertierender/nichtinvertierender Verstärker V out A8...A D/A-Umsetzer Codierschalter A0..A D0...D7 Adreßleitungen Datenleitungen Abb. 3.8: Prinzipschaltbild Digitaler Funktionsgenerator Eine Funktion y = f(x) läßt sich mit Hilfe eines EPROMs auf direkte Weise in Form einer im EPROM gespeicherten Tabelle realisieren. Die Werte der Tabelle werden einem D/A-Umsetzer übergeben. Die Ausgangsspannung ist proportional der eingegebenen Zahl. Der Vorteil der digitalen Funktionsgeneratoren liegt in der Möglichkeit, beliebige Zusammenhänge U a = f(u e ) auf einfache Weise zu realisieren. So ist es möglich, mehrere Funktionen im EPROM abzuspeichern. Natürlich kann das EPROM getauscht oder mit einer neuen Funktion geladen werden. Die Signalfrequenz von U a wird durch die Taktfrequenz der Schaltung bestimmt (hier wird die Funktionsperiode in 04 Schritte aufgeteilt; daher beträgt die Frequenz des Ausgangssignales /04 der Taktfrequenz der Schaltung). Durch Verwendung von ausschließlich ungeraden viertelsymmetrischen Funktionen läßt sich der Speicherbedarf auf ein Viertel senken. Die Werte der Halbwellen lassen sich durch zyklisches Vorwärts- /Rückwärtszählen realisieren (aus zwei Viertelwellen ergibt sich eine Halbwelle). Das Vorzeichen wird mit der Funktionsgeneratorlogik gebildet. Jede zweite Halbwelle wird mit Hilfe eines Verstärkers mit ( ) multipliziert (invertierender/nichtinvertierender Verstärker). Die EPROM-Ausgänge werden mittels eines D-Latch-Bausteines gepuffert. Als D/A-Umsetzer dient ein R/R-Leiternetzwerk mit anschließendem Operationsverstärker. Die Auflösung einer Viertelperiode beträgt 8 bit. Im Laboraufbau sind im EPROM zehn Viertelperioden verschiedener Funktionen abgespeichert (siehe Tabelle ). Mit einem Binärschalter kann eine Offsetadresse und somit eine bestimmte Funktion angewählt werden (siehe Abbildung 3.9). Die maximale Taktfrequenz der Schaltung wird durch den langsamsten Baustein (EPROM) auf 3.3 MHz begrenzt.

13 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -- Funktion: Sinusfunktion Dreieckfunktion Parabelfunktion quadratische Funktion "Einzelzahn-"Funktion Rechteckfunktion Pseudorauschen "Diracfunktion" (Einzelimpuls) Treppenfunktion 3.OW.Sinusfunktion Codierschalterstellung Startadresse Tab. : Auflistung der im EPROM abgespeicherten Funktionen 3.4. Detailbeschreibung der Funktionsgeneratorlogik Die Auflösung einer Viertelperiode beträgt 56 Spannungswerte (8 bit). Die periodische Funktion wird aus vier Viertelwellen zusammengesetzt. Zwei Vorwärts-/Rückwärtszähler sprechen die Adressen der gespeicherten Funktionen an. Sobald die zwei 4-bit-Zähler gleichzeitig die Werte 0000 und 0000 oder und besitzen, ändern die Zähler ihre Zählrichtung. Auf diese Weise können Halbwellen gebildet werden. Der D/A-Umsetzer führt die 8-bit Binärwerte in analoge Spannungswerte über (Inkrement des Wandlers: 5 V / 56 = 9,5 mv). Die Funktionsgeneratorlogik bewirkt, daß jede zweite Halbwelle mit Hilfe eines invertierenden Verstärkers mit ( ) multipliziert wird. Aufgaben der Funktionsgeneratorlogik. Die Funktionsgeneratorlogik bewirkt die Änderung der Zählrichtung der Zähler. Dadurch wird aus zwei Viertelwellen eine Halbwelle gebildet.. Die Logik bewirkt eine Umschaltung von einer invertierenden zu einer nicht invertierenden Verstärkerschaltung durch Ansteuerung des BST7A. 3. Unterdrückung einer unerwünschten Inkrementierung des Zähler Beschreibung des invertierenden/nichtinvertierenden Verstärkers Für die Multiplikation einer Halbwelle mit entweder + oder mit ist der in Abb. 3.9 verwendete Schaltungsteil, der die zwei Operationsverstärker LF353 und den Feldeffekttransistor BST7A beinhaltet, verwendet. Liegt das Gate des FETs auf high, arbeitet der Schaltungsteil als invertierender Verstärker, liegt das Gate des FETs jedoch auf low, so arbeitet der Schaltungsteil als Folger.

14 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE BST7A Array 0k Array 0k Abb. 3.9:Laboraufbau 'Digitaler Funktionsgenerator'

15 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE Approximation einer Sinusschwingung Mit dem Laboraufbau "digitaler Funktionsgenerator" ist es auch möglich, eine geringere Auflösung zu simulieren. Es soll gezeigt werden, daß man aus einem Sinussignal geringer Auflösung eine Sinusschwingung erzeugt werden kann, indem die Grundschwingung mit einem Tiefpaß herausgefiltert werden kann. Dies führt jedoch zu einer frequenzabhängigen Erzeugung der Sinusschwingung, da der Tiefpaß eine konstante Grenzfrequenz aufweist. Abb. 3.0: Sinus geringer Auflösung (8 Stufen Auflösung: 3 bit)

16 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE XR-06 Monolithischer Funktionsgenerator 3.5. Beschreibung des XR-06 Der XR-06 ist ein monolithisch aufgebauter Funktionsgeneratorbaustein zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnfunktionen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Stabilität und eine große Genauigkeit aus. Mit einer externen Spannung können die Frequenz und Amplitude der Ausgangskurvenform moduliert werden. Die Frequenz läßt sich extern zwischen 0,0 Hz und MHz einstellen. Der Baustein XR-06 eignet sich besonders zum Aufbau für Meß- und Prüfautomaten, als Funktionsgenerator, als Sinusgenerator und als AM/FM-Generator. Der IC enthält vier Funktionsgruppen: a) Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) c) Analogmultiplizierer mit Sinuskonverter d) Pufferverstärker b) Stromschalter Abb. 3.: Funktionsblöcke des XR-06 Die Frequenz wird durch eine Kapazität und einen Steuerstrom festgelegt. Die Kapazität (am Pin timing capacitor ) wird proportional zum Strom geladen beziehungsweise entladen. Der Steuerstrom wird durch einen Widerstand zwischen einem der Pins timing resistors und ground bestimmt. Welcher der beiden Pins timing resistors für den Steuerstrom zuständig ist, wird durch die Stromschalter ( current switches ) bestimmt (Ansteuerung der Stromschalter durch den Pin FSK input ). Durch zwei umschaltbare Steuerströme ist es einfach, eine FSK- Anwendung zu implementieren.

17 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE Funktionsgenerator mit XR-06 Amplitude OUTPUT Sinusverzerrung DC-Offset Frequenz Abb. 3.: Funktionsgenerator mit Baustein XR-06 (Applikation laut Datenblatt) Beschreibung der Potentiometerfunktionen des Laboraufbaues: P 3...Frequenzeinstellung P 4...Sinussymmetrie (dient zur Optimierung der Sinussymmetrie) P 5...Sinusverzerrung P 6...DC-Offset-Einstellung P 7...Amplitudeneinstellung (verändert die Amplitude des Sinus- oder Dreieckssignales) Frequenzeinstellung Die Signalfrequenz wird durch externe Kondensatoren (zwischen Pin 5 und 6) und den Widerständen an Pin 7 bestimmt. Die Frequenz ergibt sich aus der Formel f 0 = /RC [Hz]. Daraus folgt, daß eine Frequenzänderung durch Veränderung von R oder C vorgenommen werden kann.

18 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE Frequenzgrobeinstellung Der Frequenzgenerator ist für 4 überlappende Frequenzbereiche entworfen worden: Hz bis 00 Hz 0 Hz bis khz 00 Hz bis 0 khz khz bis 00 khz Der Frequenzbereich wird durch Hinzuschalten verschiedener Kondensatoren eingestellt. Die einzelnen Kondensatoren können mit einem Binärschalter angewählt werden (Stellung "on" bedeutet, daß der jeweilige Kondensator angewählt wurde) Frequenzfeineinstellung In jedem Frequenzbereich kann die Frequenz mit dem Potentiometer P 3 in einem Verhältnis :00 variiert werden Sinus-/Dreieckausgangssignal In Abhängigkeit der Jumperstellung JMP liefert der Funktionsgenerator XR-06 ein Sinusoder Dreiecksignal (im Schaltplan wurde die Jumperstellung für ein Dreieckausgangssignal eingezeichnet). Der Sinus- und Dreieckausgang sind von 0 bis 6 V ss veränderbar. Die Amplitude wird mit dem Potentiometer P 7 eingestellt. Bei jeder Amplitudeneinstellung ist die Dreieckausgangsamplitude nahezu doppelt so groß wie die Sinusamplitude. Die Ausgangsimpedanz beträgt 600 Ohm Amplitudenmodulation Ist der Jumper JMP auf Stellung AM, kann dem "AM/FM-Eingang" ein Signal zur Amplitudenmodulation zugeführt werden. Die Ausgangsamplitude ändert sich linear mit der Modulationsspannung. Die Ausgangsamplitude erreicht ihr Minimum, sobald die Amplitudenmodulationsspannung die halbe Versorgungsspannung erreicht. Zu beachten ist, daß sich bei Erreichen der halben Versorgungsspannung auch die Phase umkehrt. Abbildung 3.3 zeigt, daß die Amplitude des Ausgangssignales mit einem Amplitudenkontrollsignal von ±4 V moduliert werden kann. Diese Eigenschaft kann für PSK (phase shift keying) oder für die Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger genutzt werden.

19 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE -8- Normalisie rte Ausgangsa mplitude 0.5 V+/ DC Spannung am Pin Abb. 3.3: Normierte Ausgangsamplitude in Abhängigkeit der Amplitudenmodulationsspannung Frequenzmodulation Verbindet man einen externen Funktionsgenerator mit dem "AM/FM-Eingang" und ist der Jumper JMP auf Stellung FM, kann die Frequenz mittels der externen Spannung gewobbelt oder moduliert werden. Die Frequenz ist proportional dem Strom I T am Pin 7. Die Frequenz ändert sich linear für I T zwischen µa und ma. Es gilt: f = CR ( + P ) 4 3 R + P V 4 3 C + R 3 3 Für R 3 = kω und P 3 = MΩ kann V C Werte von 0 3 V annehmen. Anmerkung: Der Anschluß "AM/FM-Eingang" ist bei Nichtbenutzen offen zu lassen und darf nur bei Amplituden- oder Frequenzmodulation beschalten werden.

20 LABOR - FUNKTIONSGENERATOREN SEITE Datenblatt XR-06: Abb. 3.4: Datenblatt XR-06