Signaaligeneraator

**Signaaligeneraator** on elektroonikaseade, mis võimaldab genereerida eri parameetritega signaali. Enamasti on võimalik genereerida soovitava lainekuju, väljundpinge ja sagedusega signaale. Loodud signaale kasutatakse elektriahelate ja seadmete testimiseks, disainimiseks või tõrkeotsinguks.

Signaaligeneraatoreid on mitmeks otstarbeks, näiteks funktsioonigeneraatorid, raadio- ja -mikrolainegeneraatorid, heligeneraator, sagedusgeneraator. Üldiselt on signaaligeneraatorid ehitatud kindlaks otstarbeks ning ei ole sobilikud ülejäänud ülesandeid täitma, või on nendes võrdlemisi algelised.

Signaaligeneraatoriks võib lugeda lihtsalt ostsillaatorit, mis toodab kindla sageduse ja amplituudiga signaali, kuid rohkem üldotstarbelised signaaligeneraatorid võimaldavad kasutajal kontrollida signaali omadusi. Tänapäevased üldotstarbelised signaaligeneraatorid kasutavad juhtimiseks mikroprotsessoreid, mis võimaldab neid kasutada nii autonoomselt kui ka automaatsüsteemidesse integreeritult.

## Üldotstarbelised signaaligeneraatorid

### Funktsioonigeneraator
Funktsioonigeneraator on seade, mis toodab ajas korduvaid lihtsaid lainekujusid. Sellised seadmed sisaldavad elektroonilist ostsillaatorit ja vooluahelaid, millega saab vastavaid lainekujusid luua. Osad moodsad signaaligeneraatorid kasutavad digitaalse signaalitöötluse võtteid ja analoog-digitaalmuundurit, et soovitav väljundsignaal luua. Kõige enamlevinud lainekuju on siinuslaine, kuid enamasti on saadaval ka saehambasignaal, ruutsignaal ja kolmnurksignaal. Enamasti võimaldavad funktsioonigeneraatorid lisada väljundile DC nihke, ehk muuta väljundsignaali pinget suuremaks või väiksemaks üle kogu signaali. Loodud signaalid võivad olla korduvad või ühekordsed. Kuigi funktsioonigeneraatorid töötavad nii inimkuuldava heli kui ka raadiosageduste piirkonnas, ei ole nende kasutamine soovitatav rakendustes, kus on vaja minimaalselt moonutusi ja stabiilseid sagedusi. Enamasti leiavad need kasutust analoogelektroonika arendamisel, testimisel ja parandamisel.

### Suvalise lainekuju generaator (AWG)
Lainekujugeneraator sarnaneb digitaalse funktsioonigeneraatoriga ning loob oma väljundsignaalid samuti mikrokontrolleris, kasutades analoog-digitaalmuundurit, et digitaalsed andmed analoogsignaaliks muuta. Üldiselt on lainekujugeneraatorid spetsiifilisemad ja kallimad kui funktsioonigeneraatorid ning kasutusel tööstuslikes rakendustes.

### Raadio- ja mikrolainegeneraatorid
Raadio- ja mikrolainegeneraatoreid kasutatakse komponentide ja vastuvõtjate testimiseks mitmesugustes juhtmevabade tehnoloogiate arendamises, sealhulgas mobiilside, Wi-Fi, satelliitside ja radar. Raadio- ja mikrolainegeneraatoritel on valdavalt sarnased omadused ja võimekused, kuid need erinevad kasutatava sagedusvahemiku poolest. Raadiolainegeneraatorid suudavad tavaliselt luua signaale vahemikus 1 kHz kuni 6 GHz, samas kui mikrolainegeneraatorid töötavad vahemikus 1 GHz kuni üle 100 GHz. Need generaatorid saab omakorda jagada veel analoogsignaaligeneraatoriteks ja vektorsignaaligeneraatoriteks.

#### Analoogsignaaligeneraator
Siinuslaine ostsillaatoril põhinevad signaaligeneraatorid olid levinud enne digitaalelektroonika levikut, kuid neid kasutatakse analoogmaailmas siiani.

##### Raadiolained (RF)
RF-signaaligeneraatorid loovad pideva lainega raadiosagedussignaale, muudetava amplituudi ja sagedusega. Paljud mudelid võimaldavad kasutada erinevaid signaalimodulatsiooni viise (amplituudi, sageduse, faasi, -impulsimodulatsioon). Enamasti on võimalik muuta generaatori väljundvõimsust, mis võimaldab kasutada sama generaatorit paljudes olukordades ja erinevate antennidega. Tänapäeval on raadiolainegeneraatoreid saadaval väga erineva kujuga, serverikapi moodulitest mikroskeemideni.

##### Helilained (AF)
AF-signaaligeneraatorid loovad pidevaid signaale kuuldavas sagedusvahemikus ning tekitavad väga vähe moonutusi juba võrdlemisi lihtsa ehitusega. AF generaatorid suudavad luua nii siinus- kui ka ruutsignaale. AF-generaatori moonutuste vähesus teeb selle kasulikuks tööriistaks, et testida teistest komponentidest tulevaid moonutusi.

#### Vektorsignaaligeneraator
Vektorsignaaligeneraator ehk digitaalne signaaligeneraator on võimeline genereerima digitaalselt moduleeritud raadiosignaale. Enamasti suudavad luua paljude erinevate modulatsioonistandarditele vastavat signaali, näiteks QPSK, FSK ja OFDM. Lisaks baseerub tänapäevane digitaalne suhtlusvõrgustik süsteemidel, mis on tööstusharu standarditega määratletud, näiteks Wi-Fi (IEEE 802.11), GSM, LTE ja 5G (IMT-2020). Paljud vektorsignaaligeneraatorid suudavad neile standarditele vastavaid signaale luua, millest on palju kasu neid standardeid kasutavate toodete arenduses.

##### Digitaalne mustrigeneraator
Digitaalsignaaligeneraator (impulsigeneraator) on kasutuses binaarjada tõlkimiseks signaali, kus madal pinge kujutab loogilist "0", ning kõrge pinge loogilist "1". Digitaalseid mustrigeneraatoreid kasutatakse peamiselt digitaalsete integraalskeemide ja manussüsteemide valideerimiseks ja testimiseks. Seetõttu on levinud pinged, mis on ühilduvad digitaalelektroonika sisend-väljund standarditega, nt LVTTL ja LVCMOS.

## Eriotstarbelised signaaligeneraatorid
Lisaks üldotstarbelistele signaaligeneraatoritele on olemas mitu klassi signaaligeneraatoreid, millel on väga spetsiifilised kasutusalad.

### Helikõrgusgeneraator
Helikõrgusgeneraator on optimeeritud kasutuseks akustika uurimisel. Need tavaliselt suudavad genereerida siinuslaineid kuuldavas sagedusvahemikus (20 Hz – 20 kHz). Keerukamad mudelid võivad sisaldada ka võimalust muuta väljundit sujuvalt üle vahemiku, et võimaldada teha mõõtmisi sagedusdomeenis. Enamasti kasutatakse koos helitaseme anduritega, et kindlaks teha ruumi akustilisi omadusi.

### Videosignaaligeneraator
Videosignaaligeneraator on sellist tüüpi signaaligeneraator, mis annab välja video- ja/või telesignaali lainekuju ja muid signaale, mis on kasutusel teleseadmete sünkroonimisel. See võimaldab leida, simuleerida ja parandada vigu selliste seadmete disainis. Laialdaselt on kasutusel mitut tüüpi videosignaaligeneraatoreid, näiteks liitsignaaligeneraatorid (NTSC ja PAL), MPEG ja CCIR 601. Olenemata täpsemast signaaligeneraatoritüübist sisaldab väljund kodeeritud videosignaali ja sünkroonimissignaale.

## Viited