Les Générateurs de fréquence ou Générateurs de signaux sont des dispositifs largement utilisés dans le domaine de l'électronique pour injecter un signal dans d'autres appareils électroniques.
Qu'est-ce qu'un générateur de signaux ?
Un générateur de signaux est un appareil largement utilisé dans l’industrie électronique depuis de nombreuses années. Même si les modèles initiaux étaient assez basiques par rapport à ceux d'aujourd'hui, la technologie a énormément évolué, offrant un large éventail de fonctionnalités et des performances améliorées. Les premiers générateurs de signaux étaient analogiques et assez limités. Avec l’ère du numérique, tous les générateurs ont évolué et sont désormais capables de réaliser des fonctions bien plus complexes. Nous allons maintenant examiner les principaux types de générateurs de signaux.
Types de générateurs de signaux
Cette catégorie couvre différents types d'appareils, tels que les générateurs de fonctions, les générateurs de fonctions arbitraires (AFG) et les générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG). Il existe également des générateurs plus spécifiques, comme ceux pour les signaux audio, les signaux radiofréquences et les signaux vectoriels.
Générateurs de fonctions
Les générateurs de fonctions sont des dispositifs conçus pour produire un ensemble limité mais précis de formes d'onde périodiques à des fréquences spécifiques. À son tour, un générateur de signaux peut être analogique (traditionnel) ou numérique.
Générateur de fonctions analogiques ou traditionnelles :
Un générateur de signaux traditionnel ou analogique fonctionne en utilisant des circuits électroniques qui génèrent des tensions variables pour créer différentes formes d'onde. Voici une description de base de son fonctionnement :
- Oscillateur : Le cœur du générateur est un oscillateur qui produit un signal électrique périodique, généralement une forme d'onde sinusoïdale, bien que certains générateurs puissent proposer différentes formes d'onde sélectionnables.
- Contrôle de fréquence et d'amplitude : les générateurs analogiques ont généralement des commandes qui vous permettent d'ajuster la fréquence et l'amplitude du signal généré. Ces commandes agissent sur des composants tels que des résistances, des condensateurs et des bobines pour faire varier la fréquence et l'amplitude du signal de sortie.
- Circuits de forme d'onde : dans certains cas, en particulier dans les générateurs plus avancés, des circuits supplémentaires peuvent être inclus pour modifier la forme d'onde du signal généré. Par exemple, pour produire des formes d’onde carrées, triangulaires ou en scie.
- Sortie : Le signal généré est envoyé via un connecteur de sortie qui peut être connecté à d'autres équipements de test ou instruments de mesure pour analyse ou utilisation dans des expériences.
En résumé, un générateur de signal analogique produit des formes d'onde accordables en manipulant des circuits électroniques analogiques qui contrôlent la fréquence, l'amplitude et la forme du signal généré.
Générateurs de fonctions numériques (DDS) :
Les modèles les plus modernes utilisent une technologie connue sous le nom de synthèse numérique directe (DDS), permettant de générer des formes d'onde à des fréquences exactes avec une réponse rapide aux changements de fréquence au cours de la génération.
Un générateur de signaux DDS (Direct Digital Synthesis) est un appareil électronique utilisé pour produire des formes d'onde périodiques avec une précision exceptionnelle en termes de fréquence et de phase. Il utilise une technique numérique pour générer des signaux, contrairement aux méthodes analogiques traditionnelles. Au lieu d'utiliser des circuits analogiques complexes, un générateur DDS utilise un oscillateur de fréquence stable et un convertisseur numérique-analogique (DAC) pour créer des signaux de sortie.
La clé du fonctionnement d'un générateur DDS est un compteur de phase numérique, qui produit une séquence de valeurs utilisées pour déterminer l'amplitude du signal à chaque point d'échantillonnage. Ces valeurs sont transmises à une table de recherche, qui stocke les valeurs d'amplitude de la forme d'onde souhaitée. La sortie du DAC reçoit ces valeurs d'amplitude pour générer la forme d'onde finale.
Le principal avantage d'un générateur DDS est sa capacité à générer des formes d'onde avec une haute précision et stabilité de fréquence, ainsi qu'à basculer rapidement entre différentes fréquences. Cela le rend idéal pour les applications où un signal à fréquence variable est requis, comme dans les tests de réponse au stimulus, la modulation du signal ou la synthèse audio et RF (radiofréquence).
Ces générateurs ont généralement une mémoire limitée, ne stockant que quelques formes d'onde périodiques standard telles que sinusoïdale, carrée, impulsionnelle, rampe et balayage. Cependant, selon l'appareil, plus ou moins d'options de forme d'onde peuvent être proposées. Ce sont des outils rentables pour des applications telles que les tests de réponse aux stimuli, la caractérisation des filtres et la simulation de sources d'horloge, qui nécessitent des formes d'onde exclusivement périodiques.
Générateurs de fonctions arbitraires (AFG) :
Les générateurs de fonctions arbitraires (AFG) partagent des similitudes avec les générateurs de fonctions numériques standard alimentés par DDS, mais avec une fonctionnalité supplémentaire clé : la possibilité de stocker et d'utiliser des formes d'onde définies par l'utilisateur. Cela implique de disposer d'un espace mémoire interne dédié pour stocker ces formes d'onde personnalisées, permettant à l'utilisateur de définir une forme d'onde spécifique, de la sauvegarder dans la mémoire de l'AFG, puis de la générer à l'aide de la technique de synthèse numérique directe (DDS). En plus de ces formes d'onde personnalisées, les AFG incluent également des ensembles prédéfinis de formes d'onde stockées dans leur mémoire interne, qui peuvent également être générées à l'aide de DDS. Par conséquent, les AFG sont des outils très précieux lorsque l’on travaille sur des applications similaires à celles nécessitant des générateurs de fonctions standard, mais avec l’avantage de pouvoir définir des formes d’onde plus uniques que celles fournies par le fabricant. Il est important de vérifier que la mémoire disponible de l'appareil est suffisante pour stocker les formes d'onde définies par l'utilisateur avant de l'acheter.
Générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG) :
Les générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG) ont la capacité de générer à la fois des formes d'onde standard et des formes d'onde complexes et personnalisées définies par l'utilisateur. Certains AWG peuvent également combiner et relier des formes d'onde pour produire efficacement des séquences de formes d'onde. Pour générer des formes d'onde complexes ou séquencées, les AWG nécessitent une quantité considérable de mémoire interne pour stocker ces formes d'onde. Par conséquent, lors de la sélection d'un AWG, il est important de s'assurer qu'il dispose d'une capacité de mémoire suffisante pour les formes d'onde spécifiques de votre application. En plus de la capacité de mémoire étendue, les AWG utilisent également un schéma d'horloge différent de celui des générateurs de fonctions standard ou des AFG qui utilisent le DDS. Le schéma d'horloge d'un AWG envoie les points dans l'ordre exact dans lequel ils sont stockés en mémoire, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas modifier instantanément la fréquence de sortie.
Avantages et inconvénients des générateurs d'ondes analogiques, DDS, AFG et AWG :
Les générateurs d'ondes analogiques présentent des avantages et des inconvénients distincts par rapport aux DDS, AFG et AWG.
Générateurs d'ondes analogiques :
Avantage:
-
- Large disponibilité et familiarité sur le marché.
- Ils sont généralement moins chers que les DDS, AFG et AWG.
- Ils offrent une sortie continue et fluide, idéale pour les applications qui ne nécessitent pas de changements brusques du signal.
Désavantages:
-
- Précision de fréquence inférieure et stabilité à long terme par rapport au DDS.
- Limites dans la génération de formes d’onde complexes et personnalisées.
- Moins de flexibilité pour basculer entre les fréquences et les formes d’onde rapidement et avec précision.
Générateurs DDS (Synthèse Numérique Directe) :
Avantage:
-
- Précision haute fréquence et stabilité à long terme.
- Une plus grande flexibilité pour générer des formes d’onde complexes et personnalisées.
- Possibilité de basculer rapidement entre les fréquences et les formes d’onde.
Désavantages:
-
- Coût potentiellement plus élevé par rapport aux générateurs d’ondes analogiques.
- Certains modèles peuvent présenter des limitations en termes de résolution de forme d'onde et de mémoire disponible pour stocker des formes d'onde personnalisées.
Générateurs de fonctions arbitraires (AFG) :
Avantage:
-
- Possibilité de générer des formes d'onde personnalisées définies par l'utilisateur.
- Flexibilité pour combiner et lier des formes d’onde pour créer des séquences complexes.
- Idéal pour les applications nécessitant des formes d'onde spécifiques non disponibles sur les générateurs standard.
Désavantages:
-
- Coût potentiellement plus élevé par rapport aux générateurs d’ondes analogiques et DDS.
- Besoin de plus de mémoire interne pour stocker les formes d'onde personnalisées.
Générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG) :
Avantage:
-
- Capacité à générer des formes d’onde complexes et séquencées avec une grande précision.
- Flexibilité pour définir et stocker une grande variété de formes d’onde personnalisées.
- Idéal pour les applications nécessitant des séquences de formes d’onde précises et complexes.
Désavantages:
-
- Coût plus élevé par rapport aux autres types de générateurs.
- Ils nécessitent une quantité considérable de mémoire interne pour stocker des formes d’onde complexes.
- Limitations de la capacité de basculer rapidement entre les fréquences de sortie en raison de son schéma d'horloge spécifique.
Bande passante d'un générateur de signaux
La bande passante d'un générateur de signaux fait référence à la plage de fréquences dans laquelle le générateur peut produire des signaux avec une amplitude acceptable et une distorsion minimale. En d’autres termes, il s’agit de la gamme de fréquences que le générateur peut générer avec précision et fidélité. Concrètement, la limite maximale qui définit cette bande passante est le point où l'atténuation du signal est de 3 dB.
Par exemple, si un générateur de signaux a une bande passante de 0 Hz à 100 MHz, cela signifie qu'il peut générer des signaux avec des fréquences de 0 Hz à 100 MHz avec une qualité acceptable et une distorsion minimale.
Plus la bande passante est grande, plus la fréquence que vous pouvez générer de manière sinusoïdale est élevée avec moins de distorsion, mais aussi plus le temps de montée du signal est court. Il s'agit d'un paramètre particulièrement important lors de la génération de signaux carrés et de trains d'impulsions.
La bande passante est une spécification importante à prendre en compte lors de la sélection d'un générateur de signaux, en particulier si vous travaillez avec des applications nécessitant des fréquences spécifiques dans une certaine plage. Une bande passante plus large permet au générateur de couvrir une gamme de fréquences plus large, ce qui le rend plus polyvalent dans différentes applications.
Résolution en bits dans les générateurs de signaux
La résolution en bits dans les générateurs de signaux fait référence à la précision avec laquelle l'appareil peut représenter l'amplitude du signal. Il est similaire au concept de résolution binaire dans les systèmes numériques, où il fait référence à la quantité d'informations qui peuvent être stockées ou traitées.
Dans un générateur de signaux, la résolution en bits détermine le nombre de niveaux d'amplitude qu'il peut générer. Par exemple, un générateur de signal avec une résolution de 8 bits peut représenter l'amplitude du signal en utilisant 256 niveaux différents (2 ^ 8 = 256), tandis qu'un générateur de 12 bits peut représenter l'amplitude avec 4 096 niveaux (2 ^ 12 = 4 096).
Une résolution binaire plus élevée se traduit généralement par une plus grande précision dans la génération de formes d'onde, car elle permet de représenter une plage plus large de niveaux d'amplitude et donc une plus grande fidélité dans la reproduction du signal. Ceci est particulièrement important pour les applications qui nécessitent une grande précision dans la forme d'onde générée, telles que les tests haute fidélité ou la conception de systèmes de communication.
En résumé, la résolution en bits dans les générateurs de signaux est un facteur clé qui influence la précision et la qualité du signal généré, et une résolution plus élevée se traduit généralement par une meilleure fidélité dans la reproduction de la forme d'onde.
Paramètres à prendre en compte lors du choix d'un générateur de signaux
- Formes d'onde disponibles : les générateurs de signaux peuvent offrir une variété de formes d'onde prédéfinies, telles que sinusoïdale, carrée, triangulaire, en dents de scie, impulsion, rampe, entre autres. Il est important de vérifier quelles formes d'onde sont disponibles et si elles correspondent à vos besoins spécifiques.
- Possibilité de générer des formes d'onde arbitraires : certains générateurs, tels que les générateurs de fonctions arbitraires (AFG) et les générateurs de formes d'onde arbitraires (AWG), permettent à l'utilisateur de définir et de générer des formes d'onde personnalisées. Cela peut être crucial si vous devez générer des formes d'onde spécifiques à votre application. Voir la section précédente sur les avantages et les inconvénients de certains types et d'autres.
- Résolution et fidélité de la forme d'onde : la résolution en bits du générateur de signal détermine la précision avec laquelle il peut représenter la forme d'onde souhaitée. Une résolution binaire plus élevée se traduit généralement par une plus grande fidélité dans la reproduction de la forme d’onde.
- Distorsion de la forme d'onde : il est important de considérer dans quelle mesure la forme d'onde générée s'écarte de la forme d'onde idéale souhaitée. Un faible niveau de distorsion garantit une reproduction précise de la forme d'onde et une mesure précise du signal.
- Plage de fréquences : Il est crucial de connaître la plage de fréquences dans laquelle le générateur peut fonctionner de manière fiable. Cela déterminera si le générateur est adapté aux fréquences spécifiques requises par votre application.
- Résolution en bits : Comme nous l'avons dit, cela affecte la capacité avec laquelle le générateur est capable de représenter l'amplitude du signal.
- Bande passante : la bande passante définit la plage de fréquences dans laquelle le générateur peut produire des signaux avec une amplitude acceptable et une distorsion minimale. Une bande passante plus large signifie généralement une plus grande polyvalence des applications.
- Précision de la fréquence : ce paramètre indique à quelle distance de la fréquence souhaitée le générateur peut générer. Une haute précision est essentielle pour les applications qui nécessitent une fréquence exacte, telles que l'étalonnage d'équipements ou la génération de signaux de référence.
- Stabilité de fréquence : La stabilité fait référence à la capacité du générateur à maintenir une fréquence constante sur une période de temps prolongée. Une stabilité élevée est cruciale dans les applications qui nécessitent des mesures précises et constantes dans le temps.
- Flexibilité dans la manipulation de la forme d'onde : certains générateurs permettent d'ajuster des paramètres tels que la fréquence, l'amplitude, la phase et la durée de la forme d'onde. Plus vous disposez de flexibilité dans la manipulation de la forme d’onde, plus le générateur sera polyvalent pour s’adapter à différentes applications.
- Niveau de distorsion : cela fait référence à la mesure dans laquelle le signal généré s'écarte de sa forme d'onde souhaitée. Un faible niveau de distorsion est essentiel pour garantir la précision des mesures et la qualité du signal.
- Modulation : Certains générateurs de signaux offrent des capacités de modulation, ce qui signifie qu'ils peuvent moduler le signal de sortie avec un autre type de signal, tel qu'un signal audio ou un signal de données. Ceci est utile dans les applications de communication et de test de système.
- Interface utilisateur : La facilité d’utilisation et l’interface du générateur sont importantes pour un fonctionnement efficace et pratique. Cela inclut la possibilité de programmer le générateur à distance via des interfaces telles que USB, LAN ou GPIB.
- Taille et portabilité : En fonction de vos besoins, vous souhaiterez peut-être considérer la taille et la portabilité du générateur. Pour les applications sur le terrain ou les laboratoires disposant d’un espace limité, un générateur compact et portable peut être préférable.
Lors de l'évaluation d'un générateur de signaux, il est important de prendre en compte ces paramètres et la manière dont ils s'alignent sur les exigences spécifiques de votre application.
Autres générateurs plus spécifiques :
Générateur de radiofréquence (RF) :
Un générateur RF (Radio Fréquence) est un appareil utilisé pour générer des signaux radiofréquence, qui sont des signaux électromagnétiques utilisés dans une grande variété d'applications, telles que les communications sans fil, les tests d'équipements radio et de télévision, les mesures de radiofréquence, la recherche scientifique et le développement de produits électroniques. appareils, entre autres.
Ces générateurs sont capables de produire des signaux RF avec des fréquences allant de quelques kilohertz (kHz) à plusieurs gigahertz (GHz), selon la conception et les spécifications de l'appareil. Ils peuvent générer différents types de formes d'onde, telles que des formes d'onde sinusoïdales, carrées, triangulaires et modulées, en fonction des besoins de l'application.
Les générateurs RF peuvent varier en complexité, depuis des appareils de base générant des signaux simples jusqu'à des générateurs plus avancés offrant un large éventail de fonctions et de fonctionnalités, telles que la modulation, l'atténuation, le balayage de fréquence et la télécommande.
En résumé, un générateur RF est un composant essentiel dans de nombreuses applications impliquant des signaux radiofréquence, offrant la possibilité de générer des signaux précis et contrôlés à diverses fins.
Générateurs de vecteurs :
Un générateur vectoriel est une version avancée d'un générateur RF qui peut non seulement générer des signaux radiofréquences, mais également les moduler et les manipuler de manière plus sophistiquée. Ces générateurs sont principalement utilisés dans les applications de communications sans fil, telles que le test des appareils mobiles, des équipements de réseau sans fil et des systèmes radar.
Voici quelques caractéristiques distinctives des générateurs de vecteurs :
- Modulation : les générateurs vectoriels peuvent moduler les signaux RF avec différents types de modulation, tels que la modulation d'amplitude (AM), de fréquence (FM), de phase (PM) et de bande de base (par exemple, QAM pour les signaux numériques).
- Génération de signaux complexes : ils peuvent générer des signaux avec une combinaison de porteuse et de modulation, permettant de simuler des conditions de communication sans fil réalistes, telles que des signaux porteurs modulés en amplitude ou en phase (par exemple, la modulation QPSK pour les systèmes de communication numérique).
- Analyse du signal : en plus de la génération de signaux, les générateurs vectoriels peuvent effectuer des mesures et des analyses de signaux, telles que la mesure du rapport signal/bruit (SNR), de la distorsion du signal et de la qualité de la modulation.
- Flexibilité et contrôle : ils offrent une large gamme de configurations et d'ajustements pour contrôler des paramètres tels que la fréquence, l'amplitude, la modulation et les caractéristiques du signal, ce qui les rend très polyvalents et adaptables à différents scénarios de test et de développement.
En résumé, les générateurs vectoriels sont des outils puissants et polyvalents dans le domaine des communications sans fil, offrant des capacités avancées pour générer, moduler et analyser des signaux RF complexes pour une variété d'applications.
Générateur de bruit rose
Un générateur de bruit rose est un appareil qui produit un signal de bruit dont la densité spectrale de puissance est inversement proportionnelle à la fréquence. Cela signifie que plus la fréquence augmente, plus la densité de puissance diminue. Le nom « rose » vient de l’analogie avec le spectre de la lumière visible, où la couleur rose a une distribution d’énergie similaire.
Certaines caractéristiques importantes d’un générateur de bruit rose incluent :
- Densité de puissance constante par bande d'octave : dans un signal de bruit rose, la densité de puissance est constante sur des bandes de fréquences s'étalant sur une décennie. Cela signifie que l’énergie par unité de fréquence est uniforme sur une échelle logarithmique.
- Applications en matière de tests et de mesures : le bruit rose est utilisé dans diverses applications, notamment les tests d'équipements audio, l'analyse des systèmes de communication, l'évaluation des filtres et les tests de réponse du système.
- Calibrage du système : les générateurs de bruit rose sont utiles pour calibrer les systèmes audio et mesurer la réponse en fréquence des équipements tels que les haut-parleurs, les amplificateurs et les égaliseurs.
- Conception du système de communication : lors de la conception et des tests du système de communication, le bruit rose est utilisé pour simuler des conditions réalistes de bruit de fond dans l'environnement de transmission.
En résumé, un générateur de bruit rose est un outil précieux pour les tests et mesures, ainsi que pour la conception et l'analyse de systèmes audio et de communication, fournissant une source de bruit contrôlée avec une distribution de puissance spécifique dans le domaine fréquentiel.
Générateur audio
Un générateur audio est un appareil conçu pour produire des signaux audio, qui sont des signaux acoustiques dans la gamme de fréquences audibles par les humains, généralement de quelques hertz (Hz) à plusieurs kilohertz (kHz). Ces générateurs sont couramment utilisés dans diverses applications, notamment les tests d'équipements audio, l'étalonnage de systèmes audio, la recherche acoustique et la production musicale, entre autres. Dans de nombreux cas, les générateurs vus ci-dessus peuvent être utilisés comme générateurs audio.
Voici quelques fonctionnalités et applications importantes des générateurs audio :
- Gamme de fréquences : les générateurs audio peuvent produire des signaux dans la gamme de fréquences audibles par les humains, généralement de 20 Hz à 20 kHz, ce qui correspond à la gamme typique de l'audition humaine.
- Formes d'onde : ils peuvent générer une variété de formes d'onde, telles que des formes d'onde sinusoïdales, carrées, triangulaires, en dents de scie et arbitraires. Ces formes d'onde peuvent être utiles pour tester et caractériser la réponse des équipements audio tels que les haut-parleurs, les amplificateurs et les égaliseurs.
- Atténuation et modulation : certains générateurs audio offrent des fonctions supplémentaires, telles que l'atténuation du signal, la modulation d'amplitude et de fréquence et des capacités de balayage de fréquence. Ces fonctionnalités peuvent être utiles dans les applications avancées de conception et de test de systèmes audio.
- Calibrage et réglage des équipements audio : Les générateurs audio sont essentiels pour calibrer et ajuster la réponse des équipements audio, en garantissant qu'ils reproduisent fidèlement les signaux audio selon les spécifications souhaitées.
- Production musicale et création sonore : dans le domaine de la production musicale et de la création sonore, les générateurs audio sont utilisés pour générer des sons, des séquences de notes, des effets sonores et d'autres signaux utilisés dans la composition et la production musicale.
En résumé, les générateurs audio sont des outils polyvalents et essentiels dans une variété d'applications sonores et liées à l'audio, fournissant une source contrôlée de signaux audio pour les tests, l'étalonnage, la recherche et la production musicale.
