信號(hào)發(fā)生器使用

一、信號(hào)發(fā)生器

信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形的信號(hào)發(fā)生器，如產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的信號(hào)發(fā)生器稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源，是用來產(chǎn)生振蕩信號(hào)的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號(hào)，并且信號(hào)的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用到的信號(hào)形式越來越多，越來越復(fù)雜，頻率也越來越高，所以信號(hào)發(fā)生器的種類也越來越多，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。信號(hào)發(fā)生信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源，是用來產(chǎn)生振蕩信號(hào)的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號(hào)，并且信號(hào)的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用到的信號(hào)形式越來越多，越來越復(fù)雜，頻率也越來越高，所以信號(hào)發(fā)生器的種類也越來越多，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。

二、信號(hào)發(fā)生器的分類

信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)在電路中常常用來代替前端電路的實(shí)際信號(hào)，為后端電路提供一個(gè)理想信號(hào)。由于信號(hào)源信號(hào)的特征參數(shù)均可人為設(shè)定，所以可以方便地模擬各種情況下不同特性的信號(hào)，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)和電路實(shí)驗(yàn)特別有用。在電路測(cè)試中，我們可以通過測(cè)量、對(duì)比輸入和輸出信號(hào)，來判斷信號(hào)處理電路的功能和特性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。例如，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz的正弦波信號(hào),輸入到一個(gè)被測(cè)的信號(hào)處理電路（功能為正弦波輸入、方波輸出），在被測(cè)電路輸出端可以用示波器檢驗(yàn)是否有符合設(shè)計(jì)要求的方波輸出。高精度的信號(hào)發(fā)生器在計(jì)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域也可以作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源（參考源），待校準(zhǔn)儀器以參考源為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)校。由此可看出，信號(hào)發(fā)生器可廣泛應(yīng)用在電子研發(fā)、維修、測(cè)量、校準(zhǔn)等領(lǐng)域。

正弦信號(hào)發(fā)生器：正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器;按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號(hào)發(fā)生器(即信號(hào)源)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器(輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到-100分貝毫瓦以下)和功率信號(hào)發(fā)生器(輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦以上);按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。

用555制作的多波形信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器：包括音頻(200～20000赫)和視頻(1赫～10兆赫)范圍的正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。

高頻信號(hào)發(fā)生器：頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。(圖1)的輸出信號(hào)電平能準(zhǔn)確讀數(shù)，所加的調(diào)幅度或頻偏也能用電表讀出。此外，儀器還有防止信號(hào)泄漏的良好屏蔽。

微波信號(hào)發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再從后隨衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值;還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測(cè)試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。

掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器：掃頻信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線性變化的信號(hào)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件(如變?nèi)莨芑虼判揪€圈)來實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩;在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線電極的直流電壓來改變振蕩頻率，后來廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場(chǎng)改變小球的諧振頻率。掃頻信號(hào)發(fā)生器有自動(dòng)掃頻、手控、程控和遠(yuǎn)控等工作方式。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器頻率合成式信號(hào)發(fā)生器：這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號(hào)頻率通常可按十進(jìn)位數(shù)字選擇，*高能達(dá)11位數(shù)字的極高分辨力。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級(jí)式掃頻，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復(fù)雜，*高輸出頻率只能達(dá)1000兆赫左右。用得較多的間接式頻率合成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器(在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻)，使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。這種合成器的*高頻率可達(dá)26.5吉赫。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調(diào)制功能(調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相)，加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構(gòu)成一種**的高性能、可程控的合成式信號(hào)發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器。

函數(shù)發(fā)生器：又稱波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形(主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號(hào)。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。圖2為產(chǎn)生上述波形的方法之一，將積分電路與某種帶有回滯特性的閾值開關(guān)電路(如施米特觸發(fā)器)相連成環(huán)路，積分器能將方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一閾值或下降到另一閾值時(shí)發(fā)生躍變而形成方波，頻率除能隨積分器中的RC值的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個(gè)閾值而改變。將三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網(wǎng)絡(luò)，形成許多不同斜度的折線段，便可形成正弦波。另一種構(gòu)成方式是用頻率合成器產(chǎn)生正弦波，再對(duì)它多次放大、削波而形成方波，再將方波積分成三角波和正、負(fù)斜率的鋸齒波等。對(duì)這些函數(shù)發(fā)生器的頻率都可電控、程控、鎖定和掃頻，儀器除工作于連續(xù)波狀態(tài)外，還能按鍵控、門控或觸發(fā)等方式工作。

脈沖信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號(hào)來測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時(shí)級(jí)、脈沖形成級(jí)、輸出級(jí)和衰減器等組成。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類的電路，除能自激振蕩外，主要按觸發(fā)方式工作。通常在外加觸發(fā)信號(hào)之后首先輸出一個(gè)前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀測(cè)儀器，然后再經(jīng)過一段可調(diào)節(jié)的延遲時(shí)間才輸出主信號(hào)脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。有的能輸出成對(duì)的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。

隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器：隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩類。

噪聲信號(hào)發(fā)生器：完全隨機(jī)性信號(hào)是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。常用的白噪聲發(fā)生器主要有：工作于1000兆赫以下同軸線系統(tǒng)的飽和二極管式白噪聲發(fā)生器;用于微波波導(dǎo)系統(tǒng)的氣體放電管式白噪聲發(fā)生器;利用晶體二極管反向電流中噪聲的固態(tài)噪聲源(可工作在18吉赫以下整個(gè)頻段內(nèi))等。噪聲發(fā)生器輸出的強(qiáng)度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過電阻熱噪聲的分貝數(shù)(稱為超噪比)或用其噪聲溫度來表示。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途是：①在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)的性能;②外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測(cè)定噪聲系數(shù);③用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，用白噪聲作為輸入信號(hào)而測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。

偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器：用白噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長，則會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，這可用偽隨機(jī)信號(hào)來解決。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號(hào)的脈沖寬度墹T足夠小，且一個(gè)碼周期所含墹T數(shù)N很大時(shí)，則在低于fb=1/墹T的頻帶內(nèi)信號(hào)頻譜的幅度均勻，稱為偽隨機(jī)信號(hào)。只要所取的測(cè)量時(shí)間等于這種編碼信號(hào)周期的整數(shù)倍，便不會(huì)引入統(tǒng)計(jì)性誤差。二進(jìn)碼信號(hào)還能提供相關(guān)測(cè)量中所需的時(shí)間延遲。偽隨機(jī)編碼信號(hào)發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級(jí)移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長為N=2-1。

三、信號(hào)發(fā)生器主要技術(shù)性能

頻率范圍：0.2Hz ~2MHz

粗調(diào)、微調(diào)旋鈕

正弦波, 三角波, 方波, TTL 脈波

0.5" 大型 LED 顯示器

可調(diào) DC offset 電位

輸出過載保護(hù)

信號(hào)發(fā)生器/信號(hào)源的技術(shù)指標(biāo):

信號(hào)發(fā)生器是為進(jìn)行電子測(cè)量提供滿足一定技術(shù)要求電信號(hào)的儀器設(shè)備。這種儀器是多用途測(cè)量儀器,它除了能夠輸出正弦波、矩形波尖脈沖、TTL電平、單次脈沖等五種波形，還可以作頻率計(jì)使用，測(cè)量外輸入信號(hào)的頻率

1．信號(hào)發(fā)生器面板：

（1）電源開關(guān)；

（2）信號(hào)輸出端子；

（3）輸出信號(hào)波形選擇；

（4）輸出信號(hào)幅度調(diào)節(jié)；

 （5）矩形波、尖脈沖波幅度調(diào)節(jié)；

（6）矩形脈沖寬度調(diào)節(jié)；

（7）輸出信號(hào)衰減選擇；

（8）輸出信號(hào)頻段選擇；

（9）輸出信號(hào)頻率粗調(diào)；

（10）輸出信號(hào)頻率細(xì)調(diào)；

（11）單次脈沖；

（12）信號(hào)輸入端子；

（13）顯示窗口；

（14）頻率計(jì)內(nèi)測(cè)、外測(cè)功能）；

（15）測(cè)量頻率；

（16）測(cè)量周期；

（17）計(jì)數(shù)；

（18）復(fù)位；

（19）頻率或周期單位指示；

（20）測(cè)量功能指示。

2.信號(hào)源部分

（1）頻率范圍：1Hz —1MHz，由頻段選擇和頻率粗調(diào)細(xì)調(diào)配合調(diào)節(jié)；

（2） 頻率漂移：1檔≤0.4%； 2、3、4、5檔≤0.1%；6檔≤0.2%；

（3）正弦波：頻率特性≤1dB （第6檔≤1.5db），輸出幅度≥5V，波形的非線性失真：20HZ—20KHZ≤0.1%；

（4）正、負(fù)矩形脈沖波：占空比調(diào)節(jié)范圍30%—70%，脈沖前、后沿≤40ns；

波形失真：在額定輸出幅度時(shí)，前、后過沖及頂部傾斜均小于5%；

輸出幅度：高阻輸出 ≥10VPP，50Ω輸出 ≥5VPP；

（5）正、負(fù)尖脈沖：脈沖寬度0.1μｓ，輸出幅度≥5VPP。

3．頻率計(jì)部分：

（1）功能：頻率、周期、計(jì)數(shù)；

（2）輸入波形種類：正弦波、對(duì)稱脈沖波、正脈沖；

（3）輸入幅度：1V≤脈沖正峰值≤5V， 1.2V≤正弦波≤5V；

（4）輸入阻抗：≥1MΩ；

（5）測(cè)量范圍：1HZ—20MHZ（精度：5×10-4±1個(gè)字）；

（6）計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)速率：波形周期≥1uS, 計(jì)數(shù)范圍：1—983040。

四、基本操作

（1）將電源線接入220V，50HZ交流電源上。應(yīng)注意三芯電源插座的地線腳應(yīng)與大地妥善接好，避免干擾。

（2）開機(jī)前應(yīng)把面板上各輸出旋扭旋至*小。

（3）為了得到足夠的頻率穩(wěn)定度，需預(yù)熱。

（4）頻率調(diào)節(jié)：按下相應(yīng)的按鍵，然后再調(diào)節(jié)至所需要的頻率。

（5）波形轉(zhuǎn)換：根據(jù)需要波形種類，按下相應(yīng)的波形鍵位。波形選擇鍵是：正弦波、矩形波、尖脈沖、TTL電平。

（6）幅度調(diào)節(jié)：正弦波與脈沖波幅度分別由正弦波幅度和脈沖波幅度調(diào)節(jié)。不要作人為的頻繁短路實(shí)驗(yàn)。

（7）輸出選擇：根據(jù)需要選擇， “ON/OFF”鍵，否則沒有輸出。

五、信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用

（1）用信號(hào)發(fā)生器信號(hào)

波形選擇，選擇“～”鍵，輸出信號(hào)即為正弦波信號(hào)。

頻率選擇，選擇“KHz”鍵，輸出信號(hào)頻率以KHz為單位。

必須說明的是：信號(hào)發(fā)生器的測(cè)頻電路的調(diào)節(jié)，按鍵和旋鈕要求緩慢調(diào)節(jié)；信號(hào)發(fā)生器本身能顯示輸出信號(hào)的值，當(dāng)輸出電壓不符合要求時(shí)，需要另配交流毫表測(cè)量輸出電壓，選擇不同的衰減再配合調(diào)節(jié)輸出正弦信號(hào)的幅度，直到輸出電壓達(dá)到要求。

若要觀察輸出信號(hào)波形，可把信號(hào)輸入示波器。需要輸出其它信號(hào)，可參考上述步驟操作。

（2）用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量電子電路的靈敏度

信號(hào)發(fā)生器發(fā)出與電子電路相同模式的信號(hào)，然后逐漸減小輸出信號(hào)的幅度（強(qiáng)度），同時(shí)通過監(jiān)測(cè)輸出的水平。當(dāng)電子電路輸出有效信號(hào)與噪聲的比例劣化到一定程度時(shí)(一般靈敏度測(cè)試信噪比標(biāo)準(zhǔn)S/N=12dB)，信號(hào)發(fā)生器輸出的電平數(shù)值就等于所測(cè)電子電路的靈敏度。在此測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器模擬了信號(hào)，而且模擬的信號(hào)強(qiáng)度是可以人為控制調(diào)節(jié)的。

用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量電子電路的靈敏度，其標(biāo)準(zhǔn)的連接方法是：信號(hào)發(fā)生器信號(hào)輸出通過電纜接到對(duì)電子電路輸入端，電子電路輸出端連接示波器輸入端。

（3）用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量電子電路的通道故障

信號(hào)發(fā)生器可以用來查找通道故障。其基本原理是：由前級(jí)往后級(jí)，逐一測(cè)量接收通路中每**放大和濾波器，找出哪**放大電路沒有達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)有的放大量或者哪**濾波電路衰減過大。信號(hào)發(fā)生器在此扮演的是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的角色。信號(hào)源在輸入端輸入一個(gè)已知幅度的信號(hào)，然后通過超電壓表或者頻率足夠高的示波器，從輸入端口逐級(jí)測(cè)量增益情況，找出增益異常的單元，再進(jìn)一步細(xì)查，*后確診存在故障的零部件。

信號(hào)發(fā)生器可以用來調(diào)測(cè)濾波器，調(diào)測(cè)濾波器的理想儀器二字線——網(wǎng)絡(luò)分析儀和掃頻儀，其主要功能部件之一就是信號(hào)發(fā)生器。在沒有這些**儀器的情況下，信號(hào)發(fā)生器配合高頻電壓測(cè)量工具，如超高頻毫伏表、頻率足夠高的示波器、測(cè)量接收機(jī)等，也能勉強(qiáng)調(diào)試濾波器，其基本原理是測(cè)量濾波器帶通頻段內(nèi)外對(duì)信號(hào)的衰減情況。信號(hào)發(fā)生器在此扮演的是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的角色，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)比較強(qiáng)的已知頻率和幅度信號(hào)，從濾波器或者雙工器的INPUT端輸入，測(cè)量輸出端信號(hào)衰減情況。帶通濾波器要求帶內(nèi)衰減盡量小，帶外衰減盡量大，而陷波器正好相反，陷波頻點(diǎn)衰減越大越好。因?yàn)槠胀ǖ男盘?hào)發(fā)生器都是固定單點(diǎn)頻率發(fā)射的，所以調(diào)測(cè)濾波器需要采用多個(gè)測(cè)試點(diǎn)來“統(tǒng)調(diào)”。如果有掃頻信號(hào)源和配套的頻譜儀，就能圖示化地看到濾波器的**頻率特性，調(diào)試起來極為方便。