Alles über Funktionsgeneratoren

Funktionsgenerator oder Signalgenerator: was ist der Unterschied?

Als Signalgeneratoren bezeichnet man alle Arten signalerzeugender Geräte. Das kann beispielsweise ein Lichtschalter sein, der eine Glühbirne zum Leuchten bringt und damit die analogen Signale „Ein“ und Aus“ gibt. Funktionsgeneratoren sind eine spezielle Form von Signalgeneratoren, die auf das Erzeugen von periodischen elektrischen Signalen ausgelegt sind. Weitere Formen sind Tongeneratoren, die sinusförmige Niederfrequenzsignale erzeugen, Logikgeneratoren für digitale Signale oder Hochfrequenzgeneratoren (HF-Generatoren) zum Abbilden von Signalen im Gigahertzbereich.

Frequenzzähler als zusätzliches Feature

Zur Bestimmung von Schwingungen innerhalb eines festgelegten Zeitraums in Wechselspannungssystemen enthalten Funktionsgeneratoren optional Frequenzzähler. Sie zählen also Schwingungen, während Funktionsgeneratoren diese erzeugen. Und das funktioniert so: Aus der Anzahl der eingehenden Impulse in einem vorgegebenen Zeitraum oder der Dauer eines einzelnen Impulses kann das Gerät die Frequenz einfach berechnen. Um sowohl hohe als auch niedrige Frequenzen zuverlässig zu bestimmen, kombiniert ein Gerät am besten beide Methoden. Noch besser, es verfügt über die sogenannte reziproke Frequenzmessung.

Wie funktioniert ein Frequenzgenerator?

Mit einem Frequenzgenerator überprüft man das Ausgangssignal elektrischer Geräte auf die korrekte Funktion. Mit ihm erzeugt man die gewünschte Signalform und kann diese dann mit dem Signal des zu überprüfenden Gerätes abgleichen. So begründet sich auch die synonyme Bezeichnung Funktionsgenerator.

Einfache Funktionsgeneratoren generieren mit analoger Schaltungstechnik ein Dreieckssignal, das als Basis für alle anderen Signalformen dient. Mittels eines Kondensators und einer nicht linearen Schaltung wandeln sie dieses in Rechtecks- und Sinussignale um. Außerdem lassen sich Pulssignale und Sägezahnmuster ableiten. Größe des Kondensators und Ladestrom bestimmen über die Frequenzbreite.

Moderne Frequenzgeneratoren verarbeiten Signale digital und verfügen über einen Speicher, auf dem verschiedenste Signalformen abgelegt sind. Er speichert auch beliebige Spannungskurven, die Anwender selbst programmieren können. Dazu dient ein integrierter Mikroprozessor, der alle Daten digital verarbeitet. Ein A/D-Wandler konvertiert die Signale dann in Ausgangsspannung.

Anwendungsbeispiele: Welches Signal wofür?

Elektrische Signale sind Informationsträger für das Senden elektronischen Daten. Dabei kann man auf verschiedene Signalformen zurückgreifen, die für unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet sind. Funktionsgeneratoren erzeugen ausschließlich periodische elektrische Signale, die eine regelmäßige Struktur besitzen und sich nach einer bestimmten Zeit wiederholen. Dazu gehören Dreieckssignal, Rechteckssignal und Sinussignal.

Rechteck- und Dreiecksignale kommen oft als Taktsignale in der Elektronik zum Einsatz. Sinussignale übertragen Schall und Tonsignale und finden sich vor allem in der Audiotechnik. Sägezahnsignale bilden Oberschwingungen ab, die als harmonisch komplexe Töne bei musikalischen Anwendungen eine wichtige Rolle spielen.

Worauf Sie beim Kauf eines Funktions-/ Frequenzgenerators achten sollten

Nutzbarer Frequenzbereich: Die Frequenz gibt die Anzahl der erzeugten Schwingungen pro Sekunde an. Frequenzgeneratoren können Signale stufenweise oder kontinuierlich ab einer Frequenz von wenigen Mikrohertz bis in den dreistelligen Megahertz-Bereich ausgeben. Für höhere Frequenzbereiche bis in den Gigahertz-Bereich gibt es spezielle Hochfrequenz-Funktionsgeneratoren.

Einstellbare Amplitude: Die Amplitude bezeichnet den Ausschlag eines Signals und wird durch den Spannungsbereich bestimmt. Er kann von wenigen Minivolt bis zu einigen Volt reichen. Quantisierung: Sie gibt die Bitzahl des Analog-Digital Konverters (A/D-Wandler) bei arbiträren Funktionsgeneratoren an. Je höher sie ist, desto feiner kann der Frequenzgenerator die Amplitude abbilden.

Anzahl der Ausgangskanäle: Einfache Geräte besitzen in der Regel nur einen Ausgang. Das Prüfen komplexerer Signale kann mehrere Ausgänge erforderlich machen, welche bei höherwertigen Frequenzgeneratoren zu finden sind.

Schnittstellen: Neben klassischen USB-Schnittstellen verfügen einige professionelle Frequenzgeneratoren auch über IEEE-488 und RS-232-Schnittstellen. Für externe Triggersignale und Modulationen gibt es ebenfalls spezielle Eingänge.

Kalibrierung: Für den professionellen Einsatz müssen Funktionsgeneratoren kalibrierbar sein und bestimmten Normen, zum Beispiel ISO oder DAkkS, entsprechen.

Bei Arbiträren Funktionsgeneratoren sollten Sie außerdem auf die Abtastrate, die arbiträre Auflösung und die maximale Länge der Signale achten.

Wichtige Zusatzfunktionen für Frequenzgeneratoren

Je nach Modell verfügen Funktionsgeneratoren auch über umfangreichere Zusatzfunktionen:

Modulationstechniken: Funktionsgeneratoren bieten verschiedene Modulationsarten für Frequenzen und Amplituden, können Einzelschwingungen oder Bursts erzeugen. Mit der Wobbler- oder Sweep-Funktion kann man die gewünschte Signalform in einem individuell festgelegten Intervall durchlaufen lassen. Die Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying) ermöglicht es, digitale Informationen über Frequenzänderungen eines Trägersignals zu übermitteln.

Rauschen: Für Audio-Anwendungen, zum Beispiel die Beurteilung von Lautsprechern, sollten Frequenzgeneratoren auch ein weißes oder rosa Rauschen erzeugen können.

Integrierter Frequenzzähler: Er misst die Anzahl der Schwingungsperioden eines Signals während eines festgelegten Zeitraums und erlaubt damit die präzise Kontrolle der Ausgangsfrequenz externer Signale.