Generadores de Función - Instrumentos y Mediciones II

1. Introducción

El generador de función es un instrumento electrónico auxiliar destinado a producir señales eléctricas de baja y media frecuencia con formas de onda casi ideales, cuyas características fundamentales (frecuencia, amplitud, forma, offset, ciclo útil) pueden ajustarse de manera continua. Constituye una de las piezas clave de cualquier laboratorio de diseño o ensayo de sistemas electrónicos.

2. Requisitos Básicos

Frecuencia de salida ajustable y estable.
Amplitud de salida variable.
Impedancia de salida conocida (típicamente 50 Ω).

3. Funciones Principales

Forma de onda seleccionable: senoidal, triangular, rectangular.
Control del ciclo de trabajo (duty cycle) de la señal de salida.
Control del nivel DC de offset en la salida.
Control externo de frecuencia: modulación FM, barridos (sweep).
Control externo de amplitud: modulación AM, ráfagas (burst).
Impedancia de salida seleccionable (50 Ω, alta impedancia).
Salida auxiliar de nivel lógico (TTL, CMOS, etc.).

4. Arquitectura Interna

El generador de función se basa fundamentalmente en dos bloques: un oscilador controlado por tensión (VCO) que genera las ondas rectangular y triangular, y un sintetizador de forma de onda (mediante celdas de diodos y resistencias) que aproxima la onda senoidal a partir de la triangular.

Diagrama de bloques de un generador de función — Fig. 1 — Diagrama en bloques de un generador de función.

4.1. Oscilador Controlado por Tensión (VCO)

El VCO produce simultáneamente una salida rectangular y una salida triangular. La frecuencia de oscilación se controla mediante una tensión externa, lo que permite la modulación FM y los barridos en frecuencia. El período se determina por los tiempos de carga y descarga de un condensador a través de fuentes de corriente controladas.

Fig. 2 — Circuito VCO con salida rectangular y triangular.

Fig. 3 — Cronograma del VCO mostrando la onda triangular (Vt) y la onda cuadrada (Vc).

4.2. Sintetizador Sinusoidal

A partir de la señal triangular se obtiene la senoidal mediante un circuito basado en un amplificador operacional y una red de celdas de diodos y resistencias (breakpoint circuit). Cada celda introduce un quiebre en la característica de transferencia, aproximando progresivamente la forma senoidal ideal. Cuantas más celdas se utilicen, menor será la distorsión armónica total (THD).

Fig. 4 — Celda básica del sintetizador sinusoidal con diodos y resistencias.

Fig. 5 — Resultado de la síntesis sinusoidal con 1, 2 y 3 tramos o celdas básicas comparando la salida real con la sinusoide ideal.

Nota: En equipos modernos (p. ej. Agilent 8114A, serie 33200) la síntesis se realiza mediante técnicas digitales (DDS), reemplazando al VCO analógico por un acumulador de fase y un DAC de alta velocidad, lo que mejora notablemente la resolución y estabilidad en frecuencia.