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信号発生器は、振幅、周波数、波形などの特性が設定された電気信号を生成する電子機器の一種です。生成された信号は、電子計測の刺激として使用され、通常は電子機器や電気音響機器の設計、テスト、トラブルシューティング、修理に使用されますが、芸術的な用途にも使用されることがよくあります。[ 1 ]
信号発生器には、用途や価格帯が異なる様々な種類があります。例えば、関数発生器、RF/マイクロ波信号発生器、ピッチ発生器、任意波形発生器、デジタルパターン発生器、周波数発生器などがあります。一般的に、あらゆる用途に適した装置は存在しません。
信号発生器は、周波数と振幅が校正された発振器のような単純なものから、信号のあらゆる特性を制御できる汎用的なものまで様々です。最新の汎用信号発生器はマイクロプロセッサ制御を備え、パーソナルコンピュータからの制御も可能なものもあります。信号発生器は、独立した単体機器として設置することも、より複雑な自動試験システムに組み込まれることもあります。
1928年6月、ゼネラル・ラジオ403は、市販された最初の信号発生器でした。500Hz から1.5MHzの周波数範囲をサポートしていました 。[ 2 ] また、1929年4月には、ゼネラル・ラジオ社が50kHzの周波数を持つ最初の市販周波数標準を発売しました 。[ 3 ]
関数発生器は、単純な繰り返し波形を生成する装置です。このような装置には、繰り返し波形を生成できる回路である電子発振器が含まれています。（最新の装置では、デジタル信号処理を使用して波形を合成し、その後、デジタル-アナログ変換器（DAC）を使用してアナログ出力を生成する場合があります。）最も一般的な波形は正弦波ですが、のこぎり波、ステップ（パルス）波、方形波、三角波の発振器や任意波形発生器（AWG）も一般的に利用可能です。発振器が人間の可聴域（>20 kHz ）を超える周波数で動作する場合、発生器には、振幅変調（AM）、周波数変調（FM）、位相変調（PM）などの何らかの変調機能と、可聴周波数変調波形を提供する第2の発振器が含まれていることがよくあります。
任意波形発生器（AWGまたはARB）は、周波数範囲、精度、出力レベルといった公表された制限内で任意の波形を生成する高度な信号発生器です。少数の特定の波形しか生成しない関数発生器とは異なり、AWGではユーザーがさまざまな方法でソース波形を指定できます。AWGは一般的に関数発生器よりも高価で、帯域幅も狭い場合が多いです。AWGは、ハイエンドの設計およびテスト用途で使用されます。
RF（無線周波数）およびマイクロ波信号発生器は、セルラー通信、 WiFi、WiMAX、GPS、オーディオおよびビデオ放送、衛星通信、レーダー、電子戦など、幅広い用途でコンポーネント、受信機、テスト システムのテストに使用されます。RF およびマイクロ波信号発生器は通常、同様の機能と能力を備えていますが、周波数範囲によって区別されます。RF 信号発生器は通常、数 kHz から 6 GHz の範囲ですが、マイクロ波信号発生器は 1 MHz 未満から 少なくとも 20 GHz まで、はるかに広い周波数範囲をカバーします。一部のモデルは、直接同軸出力で 70 GHz まで 、外部導波管マルチプライヤー モジュールを使用すると数百 GHz まで対応できます。RF およびマイクロ波信号発生器は、さらにアナログ信号発生器またはベクトル信号発生器に分類できます。
正弦波発振器に基づくアナログ信号発生器は、デジタル電子機器の登場以前は一般的であり、現在でも使用されている。高周波信号発生器と可聴周波数信号発生器では、目的と設計に明確な違いがあった。
RF信号発生器は、振幅と周波数が定義され、調整可能な連続波無線周波数信号を生成します。多くのモデルは、標準装備または基本ユニットのオプション機能として、さまざまな種類のアナログ変調を提供します。これには、 AM、FM、ΦM（位相変調） 、パルス変調などが含まれます。共通の機能として、信号の出力電力を調整するための減衰器があります。メーカーとモデルによって、出力電力は-135～+30 dBmの範囲になります。さまざまなアプリケーションで必要な信号電力が異なるため、出力電力の範囲が広いことが望ましいです。たとえば、信号が非常に長いケーブルを通ってアンテナまで伝送される場合、ケーブルによる損失を克服し、アンテナで十分な電力を確保するために、高い出力信号が必要になる場合があります。しかし、受信機の感度をテストする場合は、低信号対雑音比の条件下で受信機がどのように動作するかを確認するために、低い信号レベルが必要です。
RF信号発生器は、卓上型、ラックマウント型、組み込み型モジュール、カード型など、様々な形態で提供されています。モバイル、フィールドテスト、航空機搭載用途では、軽量でバッテリー駆動のプラットフォームが適しています。自動化テストや生産テストにおいては、マルチソース制御を可能にするWebブラウザアクセスと、高速な周波数切り替え速度により、テスト時間とスループットが向上します。
RF信号発生器は、無線受信機の保守や設定に必要であり、業務用RFアプリケーションで使用されます。
RF信号発生器は、周波数帯域、電力容量（-100～+25 dBc）、様々な搬送周波数における単側波帯位相雑音、スプリアスおよび高調波、周波数および振幅の切り替え速度、変調能力によって特徴付けられます。
音声周波数信号発生器は、音声周波数帯域以上の信号を生成します。初期の例としては、 1939年にヒューレット・パッカード社が最初に販売した製品であるHP200Aオーディオ発振器が挙げられます。用途としては、オーディオ機器の周波数特性の確認や、電子工学実験室における様々な用途があります。
機器の歪みは、信号源として非常に低歪みのオーディオジェネレータを使用し、波形アナライザーで出力歪みを高調波ごとに測定したり、単純に全高調波歪みを測定したりすることで測定できます。比較的単純な回路のオーディオ信号発生器で0.0001%の歪みを実現できます。[ 4 ]
デジタル通信システムの登場により、従来のアナログ信号発生器ではこれらのシステムを適切にテストすることが不可能になりました。このため、ベクトル信号発生器（デジタル信号発生器とも呼ばれる）が開発されました。これらの信号発生器は、QAM、QPSK、FSK、BPSK、OFDMなど、多数のデジタル変調方式のいずれかを使用できるデジタル変調無線信号を生成できます。さらに、現代の商用デジタル通信システムはほぼすべて明確に定義された業界標準に基づいているため、多くのベクトル信号発生器はこれらの標準に基づいて信号を生成できます。例としては、GSM、W-CDMA（UMTS）、CDMA2000、LTE、Wi-Fi（IEEE 802.11）、WiMAX（IEEE 802.16）などがあります。一方、堅牢性と情報セキュリティを非常に重視するJTRSなどの軍事通信システムは、通常、非常に独自の方式を使用しています。こうした通信システムをテストするために、ユーザーは独自のカスタム波形を作成し、それをベクトル信号発生器にダウンロードして、目的のテスト信号を生成することがよくあります。
論理信号発生器、データパターン発生器、またはデジタルパターン発生器は、論理信号、すなわち従来の電圧レベルの形式で論理1と0を生成します。一般的な電圧規格はLVTTLとLVCMOSです。これは、パルス立ち上がり/立ち下がり時間、ハイレベル長など、さまざまなアナログ特性を持つ論理パルスを生成できる信号発生器である「パルス/パターン発生器」とは異なります。
デジタルパターンジェネレータは、デジタル集積回路や組み込みシステムの機能検証およびテストのための刺激源として使用されます。
上記のような汎用機器に加えて、特定の用途向けに設計された信号発生器もいくつか存在する。
ピッチジェネレーターは、オーディオおよび音響アプリケーションでの使用に最適化された信号発生器の一種です。ピッチジェネレーターは通常、人間の可聴域（20 Hz～20 kHz）の正弦波を出力します。高度なピッチジェネレーターには、スイープジェネレーター（出力周波数を一定範囲で変化させ、周波数領域の測定を行う機能）、マルチピッチジェネレーター（複数のピッチを同時に出力し、相互変調歪みやその他の非線形効果のチェックに使用）、トーンバースト（過渡応答の測定に使用）などの機能も備わっています。ピッチジェネレーターは通常、部屋や音響再生システムの音響特性を測定する際に、騒音計やオシロスコープ、あるいは専用のオーディオアナライザーと組み合わせて使用されます。
多くのピッチジェネレーターはデジタル領域で動作し、 AES3やSPDIFなどの様々なデジタルオーディオフォーマットで出力します。こうしたジェネレーターには、クリッピング、ジッター、ビットエラーといった様々なデジタル効果や問題をシミュレートするための特殊信号が含まれている場合があり、また、デジタルオーディオフォーマットに関連付けられたメタデータを操作する方法も提供している場合が多いです。
シンセサイザーという用語は、音楽用の音声信号を生成する装置、あるいはそれよりもやや複雑な方法を用いる装置を指すのに用いられる。
汎用コンピュータ上で任意の波形を生成し、出力インターフェースを介して波形を出力するには、コンピュータプログラムを使用できます。このようなプログラムは市販されている場合もあれば、フリーウェアとして提供されている場合もあります。シンプルなシステムでは、出力デバイスとして標準的なコンピュータのサウンドカードを使用するため、出力波形の精度が制限され、周波数も可聴周波数帯域内に限定されます。
ビデオ信号発生器は、あらかじめ設定されたビデオ波形やテレビ波形、およびテレビやビデオシステムの障害をシミュレートしたり、パラメータ測定を補助したりするために使用されるその他の信号を出力する装置です。広く使用されているビデオ信号発生器には、いくつかの異なる種類があります。特定の種類に関わらず、ビデオ発生器の出力には、一般的にテレビに適した同期信号が含まれており、これには水平同期パルスと垂直同期パルス（アナログの場合）または同期ワード（デジタルの場合）が含まれます。コンポジットビデオ信号（NTSCやPALなど）の発生器は、出力の一部としてカラーバースト信号も含まれています。ビデオ信号発生器は、さまざまな用途やさまざまなデジタルフォーマットに対応しており、その多くは音声生成機能も備えています（音声トラックは、ビデオやテレビ番組、映画において重要な要素であるため）。
- 第IV巻、第10号