1. 개요
함수 발생기(FG: Function Generator)는 시간에 대한 그래프 상에서 전압의 연속적인 임의의 모양(파형)을 갖는 특정한 주파수를 발생시키는 장치이다.임의의 파형이란 일반적으로 정현파(sinusoidal wave), 구형파(square wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(sawtooth wave·ramp wave), 잡음파( 노이즈) 등을 들 수 있으며, 장비의 성능에 따라 임의의 새로운 파형을 만들어 출력시킬 수도 있다.
이 외에도 세부적인 설정으로 frequency, duty cycle, amplitude 값을 조정하여 파형의 위치나 모양, 주파수를 변화시킬 수 있다.
2. 상세
함수 발생기의 역할은 신호원으로써 대개 오실로스코프와 함께 전자회로의 연구나 회로의 특성을 관찰하는데 사용되거나(예: 전기전자의 기초적인 RLC 회로 실습) 부품의 테스트용 작동 클럭 공급등 여러 용도가 있다. 오실로스코프와 같은 기자재들이 그렇듯 성능과 파형의 정확도에 따라 가격이 상이하다.기본적인 기능만 하는 것이라면 10만원 내외로 쓰기 충분한 저렴한 함수 발생기를 구입할 수 있다.
다만, 그런 제품은 대개 10MHz까지 출력 가능한 제품이 사인(Sine)파 외에는 1MHz만 넘어도 파형이 뭉개지며 제대로 못쓰는 지경을 볼 수 있다. 대개 최대 출력 주파수는 사인파가 기준이라고 생각하면 되고, 사각파나 삼각파는 출력 주파수 여유의 30%만 넘어가도 뭉개진다. 아니면 노이즈가 껴있거나.. 또한 함수발생기들은 DDS(Direct digital synthesizer) 기능을 이용하여 파형을 출력하는데 저렴한 제품들은 일반적인 해상도로 관측하면 매끄러워 보이나 수평(시간), 수직(전압) 해상도를 높여 확대해 보면 파형이 매끄럽지 못하고 계단모양으로 파형라인이 이어지는 것을 볼 수 있다. 당연히 부드러운 파형라인일수록 좋다.
회로 실습이나 전기 전자 부분 연구 개발할 때는 없어서는 안될 장비.
3. 주의 사항
함수발생기를 일반물리학/ 전자회로 실험 시간에 처음 사용하는 이공계 대학 1학년생들이 가장 많이 실수하는 부분이 부하 임피던스를 고려하지 않는 것이다. 함수 발생기의 출력임피던스가 50Ω으로 설정되어 있기 때문에 이 부분을 간과하고 입력 임피던스가 수 kΩ인 시스템을 물려놓으면 전압이 두배로 뻥튀기 되어 측정되어 실험 결과가 엉망이 되는 마법을 볼 수 있다. 따라서 함수발생기를 실험시간에 처음 다루게 된다면 초고주파에서의 임피던스 매칭과 같은 복잡한 이론까지는 알 필요 없지만, 50Ω 모드와 high-Z 모드의 차이점에 대해서는 반드시 알아둬야 한다.몇몇 함수발생기는 50Ω 모드 뿐만 아닌 다른값의 부하임피던스 설정을 할 수 있다. 함수발생기 내부 임피던스(이 내부임피던스는 유도성 성분이 포함되므로 출력주파수를 수MHz올리면 미묘하게 증가하긴한다.) 에 의한 전압강하를 고려하여 부하에 실제 출력전압이 걸리도록 만들 수 있다.
예를들어 부하 임피던스가 100Ω이고 함수발생기 내부 임피던스가 50Ω일때 1V가 부하양단에 걸리길 바란다면 1.5V의 전압을 발생시켜야 한다. 부하임피던스 설정은 이러한 전압강하를 고려한 전압을 발생시키며 부하임피던스 설정을 100Ω으로 하고 출력을 1V로 설정하였다면 실제 부하에 1V가 걸린다. (무부하상태로 측정해본다면 1.5V약간 안되는 값이 측정될 것 이다.)
High-Z모드는 부하임피던스의 크기가(부하임피던스가 클수록 부하는 작다.) 함수발생기 내부 임피던스에 의한 전압강하를 무시할만큼 충분히 클 경우에 사용한다. 내부임피던스가 50Ω이고 부하의 임피던스가 수 kΩ 이라면 함수발생기가 발생시킨 전압의 거의 대부분이 수kΩ의 부하저항에 걸릴 것 이다. (이경우에는 무부하상태로 측정해본다면 출력전압 설정한것과 큰 차이가 없을 것 이다.)