Určite sa zhodneme na tom, že generátor signálov by nemal chýbať na stole žiadneho elektrotechnika. Za pomerne zaujímavú cenu približne 50€  dostanete zástavbový modul všestranného funkčného generátora s frekvenčným rozsahom do 10 MHz a výstupným napätím do 10 V_peak-to-peak. Generátor je napájaný pomocou napájacieho adaptéra s jednosmerným napätím 9 V až 36 V.

Kde kúpiť?

Funkčný generátor signálov SGP1010S - klikni (Aliexpress)

Funkčný generátor signálov SGP1010S - klikni (Banggood)

Výrobca, modely, dodávateľ, ceny

Generátor signálov SGP1010S je súčasťou pomerne širokej rodiny funkčných generátorov s označením SGP10xxS, ktoré sa od seba navzájom líšia iba vo frekvenčnom rozsahu:

• SGP1002S: 2 MHz
• SGP1005S: 5 MHz
• SGP1008S: 8 MHz
• SGP1010S: 10 MHz
• SGP1012S: 12 MHz

Táto séria generátorov funkcií je v našich končinách pomerne dosť dobre známa a je vyrábaná známou čínskou spoločnosť FeelTech ktorej výrobky sú predávané cez najznámejšie predajné spoločnosti ako sú Aliexpress, či Banggood. Tu predstavený model je s frekvenčným rozsahom do 10 MHz. Konkrétne tento model je možné zakúpiť za ceny už od 50 €. Generátor je pomerne strohý čo sa týka pribaleného príslušenstva, nakoľko obsahom dodávky je iba napájací adaptér, ktorá dodáva 12 V/2 A a BNC kábel s ukončením na krokosvorky.

Rozsah dodávky

Manuál

Príručka ako taká nie je samozrejme pribaléna a nie je na ňu ani odkaz u oficiálnych predajcov, ale stiahnúť si ju môžte na tomto odkaze - klikni.

Funkčný generátor SGP1010S

Celý generátor je postavený ako modul na zástavbu do panela a je skonštruovaný na jednej obojstrannej doske plošných spojov s rozmermi 13 cm x 6,5 cm, ktorá je uchytená k prednému panelu s rozmermi 13,5 cm x 7,0 cm. Predný panel generátora je vyrobený z materiálu FR4, určeného na výrobu PCB, ktorý je potlačený sieťotlačou. O zobrazovanie hodnôt a nastavení generátora sa stará displej LCD1602 s 2 x 16 znakmi a zeleným podsvietením. Na pravej strane sa nachádza trojica BNC konektorov, ktoré sú určené na:

• Vstup pre externý signál - Ext. Input
• Výstup na úrovni TTL - TTL Output
• Analógový výstup - Wave Output

Predná strana generátora funkcií

Gombík s označením "ADJ" je enkóder, ktorý vám umožňuje robiť výber a potvrdzovať ho stlačením. Dvojica potenciometrov "Offset" a "Amplitude" umožňujú nastaviť offset a amplitúdu výstupného signálu. Červené tlačidlo s označením "Atenuator" ovláda obvod vo vnútry generátora pomocou ktorého môžete zoslabiť výstupné napätie o faktor desať (20 dB). Ide o veľmi šikovnú a užitočnú funkciu, ktorá umožňuje doladiť aj malé výstupné napätia použiteľné napríklad na testovanie audio zosilňovačov. S ďalšími ôsmimi tlačidlami v zoskupení "Function" umiesnenými pod displejom máte na výber pomerne rozsiahle možnosti, ktoré tento generátor funkcií ponúka. V ľavom hornom rohu obrázka uvidíte vyčnievať "čierny blok" čo je štandardný konektor 5,5 mm x 2,1 mm na pripojenie napájacieho adaptéra a tým sa dostávame k časti....

Prvá kritika

Neviem ako prišiel výrobca k takémuto nápadu - konkrétne použitie externého adaptéra, pýtam sa načo? V dnešnej dobe vysokej integrácie, jednoducho neverím, že by sa sieťový zdroj nezmestil integrovať napríklad na dodatočnú dosku lošných spojov generátora. Poprípade ak by trval na použití sieťového adaptéra, prečo nepoužil napájací konektor 90º, poprípade skrutkovaciu svorkovnicu, ale nelogicky umiestnil konektor na bočnú stranu? Výrobca tak vyrobil modul meracieho prístroja, ktorý nie je v podstate možné bezproblémovo zabudovať do akejkoľvek skrinky, či panela. Predný štítok generátora je iba 5 mm väčší ako doska plošných spojov v oboch rozmeroch. V prípade kúpy a následného osádzania na panel rozvodného stola či do skrinky, sa tak určite nevyhnete demontáži napájacieho konektora.

Čo môžte očakávať od modulu generátora SGP1010S?

Tento modul je, aspoň podľa špecifikácií, plnohodnotným generátorom funkcií, ktorý by mal ponúkať nasledovné možnosti:

• Frekvenčný rozsah: 0,01Hz ~ 10MHz
• Rozlíšenie: 0,01 Hz
• Tvary signálu: sínus, trojuholník, obdĺžnik, pulz, píla
• Výstupné napätie: 10 V špičková max.
• Výstupná impedancia: 50 Ω ±10 %
• DC offset: ±3,0 V
• Duty Cycle (pracovný cyklus): nastaviteľný 1% ~ 99%
• Presnosť frekvencie: ±[5 x 10^-6]
• Stabilita frekvencie po troch hodinách: ±[2 x 10^-6]
• Skreslenie na sínusovej vlne: menej ako 0,8 % (1 kHz)
• Linearita trojuholníka: lepšia ako 98 % (0,01 Hz ~ 10 kHz)
• Obdĺžnik doba vzostupu a pádu: menej ako 100 ns
• Výstup TTL: viac ako 3,0 V až do 20 záťaží TTL
• Čas vzostupu a pádu TTL výstup: menej ako 20 ns
• Rozsah merania frekvencie: 1 Hz ~ 60 MHz
• Citlivosť merania frekvencie: 0,5 V od špičky po špičku
• Rozsah počítadla impulzov: 0 ~ 4294967295
• Režim Sweep: lineárny a logaritmický
• Čas vymazania: 1s ~ 99s
• Rozsah rozmietania: 0,01 Hz ~ 10 MHz
• Pamäť parametrov: uloženie a vyvolanie desiatich nastavení

Elektronika SGP1010S

Nižšie uvedená fotografia zobrazuje zadnú stranu PCB generátora funkcií. Z tejto fotografie je úplne jasné, že slovné spojenie "ergonómia návrhu" výrobcovi tohoto generátora asi veľa nehovorí, nakoľko vážnym nedostatkom s ktorým sa určite budete potýkať pri jeho zástavbe do skrinky, bude napájací konektor, ktorý budete musieť nakoniec z dosky plošného spoja demontovať. Ale teraz sa vráťme k elektronike. Na doske plošného spoja nájdeme:

• 1 x AG576SL100 - CPLD, "komplexné programovateľné logické zariadenie" od AGM Microelectronics, ktoré pravdepodobne obsahuje dátové tabuľky, ktoré definujú obrysy troch signálových tvarov.
• 1 x STC12C5A52S2 - 8-bitový mikrokontrolér, ktorý riadi funkcie generátora.
• 2 x MC34063A - Napájacie konvertory, ktoré sa nepochybne používajú na generovanie dvoch symetrických napájacích napätí.
• 2 x AMS1117 - Znižovací menič na generovanie napájacieho napätia 3,3 V.
• 1 x 74LVC14AD - hex inverter s Schmitt-trigger inputs z rodiny TTL.
• 1 x LMH6643MA - Duálny operačný zosilňovač so šírkou pásma 130 MHz a výstupným prúdom 75 mA, ktorý sa nepochybne používa vo výstupnom stupni analógového výstupu na ovládanie offsetu a amplitúdy výstupného signálu.

Detail zadnej strany dosky plošného spoja generátora

Na prednej strane plošného spoja toho nie je veľa vidieť, samozrejme okrem tlačidiel, ostatných ovládacích prvkov, displeja a troch BNC konektorov.

Detail prednej strany dosky plošného spoja generátora

Práca s SGP1010S

Verzia firmware

Dodaný generátor signálu funguje s verziou firmvéru REV2.1. Toto číslo verzie sa krátko zobrazí na displeji, keď privediete napájacie napätie do napájacieho konektora generátora. Modul generátora nemá žiaden hlavný vypínač, generátor sa preto zapne pripojením napájacieho zdroja, osobne by som uvítal vypínač aspoň do režimu Stand-By. Obrázok nižšie ukazuje, čo sa po pripojení napájania zobrazí na displeji. SGP1010S tak okamžite po zapnutí dodáva sínusové napätie s frekvenciou 10 kHz. Hviezdička na prvom riadku "*F" označuje, že funkcia frekvencie F je aktívna, takže frekvenciu teraz môžete ľubovoľne meniť. Urobíte to pomocou tlačidiel "◄" a "►" v bloku tlačidiel "FUNCTION" (vyberiete číslo, ktoré chcete zmeniť) za pompci otáčaním gombíka enkódera. Zmena frekvencie sa prejaví okamžite, nie je potrebné jej žiadne ďalšie potvrdenie. To je pomerne praktické, pretože takto získate pomerne rýchlo testovací signál pre audio zosilňovač v rozmedzí frekvencie od 20 Hz do 20 kHz. Stlačením tlačidla enkódera môžete nastaviť jednotku čítania frekvencie na MHz, kHz alebo Hz.

Stav displeja po zapnutí generátora

Nastavenie tvaru vlny

Stlačením tlačidla "WAVE" môžete vždy rýchlo - jednym kliknutím prepínať medzi tvarmi výstupných signálov sínus, trojuholník a obdĺžnik.

Tlačidlo MENU

Po stlačení tohto tlačidla sa hviezdička presunie z prvého riadku F na druhý riadok FUNC a môžete nastaviť funkciu generátora. V menu sa následne pohybujete pomocou tlačidiel "◄" a "►". Menu má nasledujúce možnosti:

• DUTY
• COUNTER/EXT. FREQ
• SAVE     
• LOAD
• TIME
• SWEEP
• WAVE

K funkciám SAVE, LOAD a WAVE je možné pristupovať aj priamo (nie je potrebné vstupovať do menu) kliknutím na tlačidlá s rovnakým názvom.

Funkcia: DUTY

V tejto funkcii, ak ste nastavili obdĺžnikový signál, môžete meniť pomer zapnutia/vypnutia tohto impulzu v rozmedzí 1% a 99%. Pri sínusovom signále nemá táto funkcia žiadny vplyv na signál. Pri trojuholníku akákoľvek odchýlka okolo 50%, dokonca aj 1%, okamžite zmení výstupný signál na stúpajúci alebo klesajúci pílový zub.

Displej v režime DUTY

Funkcia: COUNTER/EXT. FREKV

Po aktivácii tejto funkcie sa SGP1010S stáva počítadlom impulzov alebo meračom frekvencie. Medzi týmito dvoma funkciami prepínate pomocou tlačidla "MEAS" (skrátene MEASURE). Pri možnosti počítadla impulzov sa na displeji zobrazí "CNTR=0". S aktivovaným meračom frekvencie sa to zmení na "ExtF=0Hz". Potom môžete pripojiť signál na konektor BNC, ktorý sa má merať, na "Ext. Input".

Displej pri dvoch podfunkciách COUNTER a EXT.FREQ

Fnkcia: SAVE/LOAD

V týchto funkciách je k dispozícii desať pamäťových miest M0 až M9, do ktorých môžete uložiť a spätne z nich vyvolať rôzne nastavenia pre frekvenciu a tvar signálu generátora. Generátor SGP1010S sa vždy spustí s nastaveniami, ktoré ste uložili v pamäťovom bloku M0. Pamäťové pozície M1 a M2 sú rezervované pre frekvenciu spustenia a zastavenia rozmietania, kde hodnota v M1 musí byť samozrejme menšia ako hodnota v pamäťovej pozícii M2. Otáčaním enkodéra si zvolíte požadované pamäťové miesto a stlačením jeho tlačidla potvrdíte operáciu uloženia. Pomocou funkcie LOAD samozrejme nastavíte generátor na hodnoty, ktoré máte uložené v M3 až M9.

Displej pre funkcie SAVE a LOAD

Funkcia: TIME

V tejto funkcii nastavujete čas rozmetania. Otáčaním gombíka enkódera môžete zadať hodnotu v rozmedzí od 1 do 99 sekúnd. Zvolenú hodnotu potom potvrdíte stlačením tlačidla enkódera.

Funkcia: SWEEP

Otáčaním gombíka enkódera si môžete vybrať medzi lineárnym a logaritmickým pohybom. Funkciu rozmietania spustíte a zastavíte stlačením tlačidla enkódera. Rozmietanie nejde tam a späť. Keď sa dosiahne maximálna frekvencia rozmietania nastavená v M2, frekvencia sa náhle vráti na frekvenciu uloženú v M1 a spustí sa nové rozmietanie.

Displej pre funkciu LIN-SWEEP

Nastavenie frekvencie

Vždy môžete podľa potreby rýchlo zmeniť frekvenciu, bez ohľadu na nastavenú funkciu, stlačením tlačidla "MENU". Hviezdička sa potom zmení z riadku FUNC na riadok F a vy nastavíte inú frekvenciu tak, ako je popísané vyššie.

Tlačidlo "OUTPUT"

Týmto tlačidlom zapínate alebo vypínate signál na analógovom výstupe generátora "Wave Output". Signál na výstupe "TTL Output" je však vždy prítomný.

Test Feeltech SGP1010S

Napájacie napätie a prúd

Funkčný generátor je napájaný dodaným sieťovým zdrojom. Modul generátora SGP1010S z neho odoberá pri napätí 12 V prúd iba 146 mA.

Kvalita sínusového výstupu

Na fotografii nižšie je maximálne sínusové výstupné napätie pri frekvenciách 1 kHz, 1 MHz a 10 MHz. Offset je nastavený na 0 V. Pri signále 1 kHz bola nameraná maximálna efektívna hodnota 3,519 V. Pri zapnutom atenuátore "-20dB" bolo maximálne napätie 0,328 V, čo nie je celkom 1/10. Horizontálne kurzorové čiary, nastavené na vrcholy signálu 1 kHz, jasne ukazujú, že signál sa tlmí na najvyššej možnej frekvencii 10 MHz. Osciloskop s rozsahom 100 MHz jasne zobrazuje, že signál je "rovný" až do 30 MHz, takže útlm signálu zobrazený na 10 MHz je výlučne spôsobený generátorom SGP1010S.

Sínusový výstup pri frekvencii 1 kHz, 1 MHz a 10 MHz.

Harmonické skreslenie sínusového signálu

Digitálne generátory funkcií vo všeobecnosti na tom nie sú veľmi dobre, pokiaľ ide o minimálne harmonické skreslenie. Napriek tomu aj tento pomerne lacný modul generátora SGP1010S robí doslovné maximum pre generovanie čistej sínusoidy. Pri meraní čistého harmonického skreslenia pri napätí 1 V_eff a frekvencii 1 kHz a 100 kHz, bez zaťaženia výstupu sa namerané hodnoty pohybovali od 0,85 % pri 1 kHz a len 0,55 % pri 100 kHz. Takže špecifikácie podľa tohoto neklamú. V nižšie uvedenom oscilograme žltý signál predstavuje výstup generátora pri 100 kHz a modrý signál predstavuje celkové harmonické skreslenie tohto signálu.

Harmonické skreslenie sínusového signálu pri frekvenciách 1 V ~ 100 kHz

Linearita výstupného napätia

Pílový zub vytvorený generátorom  funkcií je ideálnym priebehom na posúdenie linearity digitálnej konverzie na analógovú. Každý krok by potom mal byť teoreticky rovnako veľký a prechod z jedného kroku na ďalší by sa mal uskutočniť bez špičiek. Obrázok nižšie zobrazuje pílový zub s frekvenciou 100 kHz. Linka je úplne rovná, čo znamená dobrú linearitu, ale okolo nuly je zreteľná špička signálu. Toto je známy fenomén pri lacných DAC prevodníkoch.

Predpokladajme, že na konverziu digitálneho kódu na analógový signál sa použije plné dostupné rozlíšenie DAC. Potom bod v strede rozsahu je bod, v ktorom všetky bity zmenia svoju  hodnotu. S 8-bitovou šírkou DAC ide o prechod z "H-H-H-H-H-H-H-L" na "L-L-L-L-L-L-L-H". Kvôli nerovnakým oneskoreniam signálu a časom nábehu ôsmich bitov sa vytvárajú všetky druhy nežiaducich prechodných javov, ktoré spôsobujú takýto skok. Takáto špička sa nazýva "double lobe glitch-impulse" a je typickým javom R-2R DAC.

Prítomnosť závady na "zube" pilovitého signálu

Kvalita pravouhlého napätia

Toto a nasledujúce merania sa vykonávajú s 50 Ω terminátormi na vstupoch osciloskopu. Na troch oscilogramoch nižšie môžete vidieť v žltých stopách štvorcový impulz SGP1010S pri 1 MHz, 5 MHz a 10 MHz. Ako referencia je porovnaný s výstupným napätím generátora impulzov poskytujúceho rýchle TTL signály (modré stopy).

Štvorcové vlny 1 MHz, 5 MHz a 10 MHz

Meranie doby nábehu pravouhlého signálu

Čas nábehu je čas, za ktorý signál stúpne z 10 % na 90 % amplitúdy signálu. Vďaka štyrom kurzorom osciloskopu je možné tento čas pomerne rýchlo určiť. Doba nábehu SGP1010S je o niečo menšia ako nameraných 45,20 ns, pretože v tom je samozrejme zahrnutá aj doba nábehu osciloskopu. Podľa špecifikácie je to len 3,5 ns, takže v tomto kontexte je to zanedbateľné. Špecifikácie generátora funkcií tiež uvádzajú skutočnú hodnotu tohto parametra.

Meraný čas nábehu SGP1010S

Testovanie funkcie DUTY

Na nižšie uvedenom oscilograme žltá čiara ukazuje štvorcovú vlnu s frekvenciou 1 MHz a pracovným cyklom 5 %. Tento signál sa opäť porovnáva s identickým signálom z generátora impulzov TTL, v tomto prípade je to modrá stopa.

Ihlový impulz 1 MHz

Výstupný odpor analógového výstupu

Tento parameter je možné merať nastavením výstupu naprázdno na ľahko čitateľné napätie, pripojením potenciometra medzi výstup a kostru a otáčaním bežca, kým merač neukáže polovičné napätie naprázdno. Vtedy sa hodnota potenciometra rovná hodnote vnútorného odporu generátora. Tento parameter je meraný pri nezaťaženom sínusovom napätí 3,0 V. Vnútorný odpor SGP1010S sa ukázal byť 54,88 Ω, čo je opäť hodnota, ktorá pekne spadá do špecifikácie.

Citlivosť merania frekvencie

Po prepnutí generátora SGP1010S do funkcie EXT.FREQ a zmeraní, aký veľký je sínusový vstupný signál privedený na "Ext. Input" na získanie stabilného čítania frekvencie. Výsledky sú zhrnuté v tabuľke nižšie. Potrebné napätie pre stabilné čítanie je teda o niečo vyššie, ako je špecifikované. Je zrejmé, že rozlíšenie merania klesá so znižovaním frekvencie signálu. Softvér zjavne meria počet periód prijatých v časovom intervale jednej sekundy a zobrazuje výsledok. Signál s frekvenciou 10 Hz sa teda meria s rozlíšením iba dvoch číslic, čo vedie k vnútornej nepresnosti merania ± 10 %.

Zhrnutie poznatkov o generátore FeelTech SGP1010S

Tento generátor funkcií v podstate spĺňa všetky špecifikácie udávané výrobcom pre takmer všetky merané vlastnosti. Ako veľmi užitočné považujem vybavenie funkciou atenuátora -20 dB, ktorý vám umožní bez problémov upraviť aj malé signály pre testovanie napríklad audio zosilňovačov. Čo sa mi ovšem nepáči, je zvláštny spôsob, akým musíte nastaviť najnižšiu a najvyššiu frekvenciu pre funkciu rozmetania. Pretože vôbec nie je zrejmé, že tieto parametre sú uložené v pamätiach M1 a M2. Prečo tieto dve nastavenia neboli pridané do ponuky ako možnosti, napríklad za možnosť FUNC:TIME? Takéto riešenie by podľa mňa dávalo oveľa väčší zmysel. Na záver by som ešte raz chcel vyjadriť prekvapenie nad nepraktickým návrhom plošného spoja, ktorý veľmi sťažuje jednoduchú inštaláciu tohto modulu do akejkoľvek skrinky a to vďaka nerozumne umiestnenému konektoru napájania. Dosť hlupy nedostatok, ktorý sa dal pritom veľmi jednoducho a lacno odstrániť ešte pri návrhu plošného spoja výrobcom.

Kde kúpiť?

Funkčný generátor signálov SGP1010S - klikni (Aliexpress)

Funkčný generátor signálov SGP1010S - klikni (Banggood)