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Funktionsgeneratoren erzeugen periodische elektrischeSignale unterschiedlicher Signalformen. Die bekanntesten sind Sinus-,Rechteck-, Dreieck- und Rampensignale. Arbiträr-Funktionsgeneratoren erlaubenes darüber hinaus ...

    

     

Was ist ein Funktionsgenerator?

Funktionsgeneratoren erzeugen periodische elektrische Signale unterschiedlicher Signalformen. Die bekanntesten sind Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Rampensignale. Arbiträr-Funktionsgeneratoren erlauben es darüber hinaus, beliebige eigene Signalformen zu definieren. In Amplitude und Frequenz sind diese Ausgangssignale einstellbar, wobei bei gebräuchlichen Geräten TTL- und CMOS-Amplituden üblich sind, welche bedarfsweise noch mit einer positiven oder negativen DC-Offset-Spannung von wenigen Volt beaufschlagt werden können. Der Frequenzbereich beginnt in der Regel bei Bruchteilen von einem Hertz und reicht bei hochwertigen Geräten bis in den dreistelligen MHz-Bereich. Eine Sweep-Funktion, auch Wobbler genannt, erlaubt es, die eigentliche Signalform zusätzlich zyklisch zwischen zwei festlegbaren Grenzwerten zu modulieren. Ist ein entsprechender Eingang verfügbar, so kann das Grundsignal auch durch das Anlegen eines externen Signals moduliert werden. 

Spezielle HF-Funktionsgeneratoren decken höhere Frequenzbereiche bis in den Gigahertz-Bereich ab. Funktionsgeneratoren werden für die Entwicklung und den Test elektronischer Schaltungen eingesetzt, sowie für Abgleichzwecke im Service und in der Wareneingangsprüfung.  

Welche Ausführungen und Bauarten von Funktionsgeneratoren gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Stand-Alone-Geräten, die mit Bedienelementen und einem eigenen Display ausgestattet sind und USB-Funktionsgeneratoren in Form einer Box zum Anschluss an den PC. Letztere verfügen weder über Anzeige- noch Bedienelemente, sondern werden komplett über eine mitgelieferte PC-Software bedient. Lediglich die Anschlüsse für Messeingänge und Signalausgänge haben sie mit ihren Pendants in konventioneller Bauart gemein. Ein Vorteil gegenüber preisgünstigen Geräten herkömmlicher Bauart ohne Schnittstelle ergibt sich durch die bequeme und übersichtliche Bedienbarkeit am PC-Monitor oder Notebook. Auch können bei arbiträren Funktionsgeneratoren eigene Signalformen relativ komfortabel editiert und für künftige Anwendungen abgespeichert werden. Bei Stand-Alone-Funktionsgeneratoren sind hingegen Schnittstelle und Software oft aufpreispflichtige Optionen beziehungsweise stehen erst bei besser ausgestatteten Geräten standardmäßig zur Verfügung. 

Nachteilig kann dagegen sein, dass das Fehlen „richtiger“ Bedienelemente in Form von Tasten und Knöpfen die Bedienung am Testplatz verkompliziert oder zumindest eine Eingewöhnungsphase und Umstellung des Bedieners erfordert. Sollen mehrere USB-Messgeräte gleichzeitig über einen PC gesteuert werden, können sowohl gleichzeitige Darstellung als auch Bedienung schnell unübersichtlich werden. Einige Funktionsgeneratoren verfügen zusätzlich über einen integrierten Frequenzzähler. Dieser ermöglicht eine präzise Frequenzmessung externer Signale und eine exakte Kontrolle der Ausgangsfrequenz. Ebenso sind mobile Funktionsgeneratoren im Taschenformat erhältlich, die batterie- oder akkubetrieben sind. Im Leistungs- und Komfortumfang sind diese jedoch eingeschränkt und ihre meist begrenzte Signalqualität empfiehlt sie eher für einfache Anforderungen.   

Kaufkriterien für Funktionsgeneratoren – Worauf kommt es an?

Neben der Entscheidung für eine bestimmte Bauart ist der abzudeckende Frequenzbereich das wichtigste Auswahlkriterium. Ferner, ob das Gerät einen oder zwei Signalausgänge haben soll und ob die hier zur Verfügung stehenden Signalpegel ausreichend sind.

Für Anwendungen im Audiobereich ist es praktisch, wenn der Funktionsgenerator weißes oder rosa Rauschen bereitstellen kann. Reichen die eingebauten Standard-Signalformen nicht aus, so benötigen Sie einen Arbiträr-Funktionsgenerator. Dieser kann beinahe beliebige eigendefinierte Signalformen ausgeben und oft ganze Sequenzen unterschiedlicher Signalformen und Rampen liefern. Für eine hohe Signalqualität sollte auf einen geringen Klirrfaktor und niedrige Jitter-Werte geachtet werden. Bei Arbiträrsignalen wichtig: Abtastrate, arbiträre Auflösung und maximale Signallänge.

Soll der Funktionsgenerator in ein Testsystem integriert werden, so wird eine entsprechende Schnittstelle benötigt. Neben der bekannten USB-Schnittstelle finden sich im professionellen Bereich IEEE-488 (GPIB) und RS-232-Schnittstellen. Eingänge für externe Triggersignale und Modulation sind hier ebenfalls vorteilhaft. Viele Hersteller bieten 19-Zoll-Einbaulösungen an, was die Unterbringung in einem entsprechenden Rack erleichtert.

Stellt der Funktionsgenerator ein kalibrierpflichtiges Gerät dar, so ist es ratsam, im Vorfeld darauf zu achten, dass der in Betracht gezogene Funktionsgenerator nach der entsprechenden Kalibriernorm – beispielsweise ISO oder DAkkS – kalibrierfähig ist. Eine gute Bedienergonomie ist wichtig, ebenso klar strukturierte Bedienelemente und ein gut ablesbares Display.

Ein modularer Aufbau ist immer dann vorteilhaft, wenn die Anforderungen im Laufe der Zeit wachsen könnten. Einige Hersteller bieten zahlreiche nachrüstbare Optionen in Form von Schnittstellen-Modulen, Arbiträr-Upgrades und Bandbreiten-Erhöhungen an. Dies kann einen teuren Neukauf unnötig machen, wenn das vorhandene Gerät entsprechend aufrüstbar ist.   

Fazit: So kaufen Sie den passenden Funktionsgenerator

Rechnen Sie zur maximal benötigten Frequenz noch eine gewisse Sicherheitsreserve ein. Die Signalgüte nimmt in aller Regel spürbar ab, je mehr man sich der Maximalfrequenz des Funktionsgenerators nähert. Lediglich Geräte im gehobenen Preissegment liefern auch in ihren Grenzbereichen noch annähernd so saubere Signale wie bei niedrigeren Frequenzen. Ansonsten nimmt der Klirrfaktor signifikant zu und besonders bei Rechtecksignalen macht sich die begrenzte Signal-Anstiegs- und Abfallzeit durch zunehmend „verschliffene“ Flanken bemerkbar. 

Wird öfter mit selbst zu erstellenden Signalformen (Arbiträr-Funktionen) gearbeitet, ist es wichtig, dass hierfür möglichst eine PC-Software mitgeliefert wird und der Funktionsgenerator über eine USB-Buchse verfügt, über welche ein einfaches Übertragen der neuen Signalformen per USB-Stick möglich ist. Dies ermöglicht zusätzlich den Austausch bereits erstellter Konfigurationen unter mehreren Geräten des gleichen Typs, und das Erstellen und Editieren von Arbiträrsignalen per Software gestaltet sich im Allgemeinen erheblich einfacher und komfortabler als mit dem integrierten Editor am Gerät. Eine ausreichende Anzahl an Speicherplätzen für zusätzliche Signalformen- und Sequenzen im Gerät erspart ein ständiges Löschen und Wiederaufspielen. 

Benötigen Sie einen Frequenzzähler, kann ein Funktionsgenerator mit integrierter Frequenzzähler-Funktion in vielen Fällen die Anschaffung dieses zusätzlichen Geräts überflüssig machen.  

Guter Service ist wichtig: Speziell professionelle Nutzer können kaum lange auf ein benötigtes Messegerät verzichten, wenn eine Reparatur oder Kalibrierung ansteht. Bekannte Hersteller unterhalten in aller Regel Servicecenter, die derartige Dienstleistungen rasch und zuverlässig ausführen.    

Zubehör für Funktionsgeneratoren:

Passend zu den Anschlussbuchsen von Funktionsgeneratoren sind geschirmte Messleitungen und Messleitungs-Sets in verschiedenen Ausführungen und Längen lieferbar. Ebenso HF-Adaptersets, Abschluss- und Durchgangswiderstände sowie Dämpfungsglieder. Hersteller- und typenabhängig sind darüber hinaus verschiedene Geräteoptionen zur Aufrüstung verfügbar. 

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