信號(hào)發(fā)生器的基本原理

現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與早期的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器天差地別，但總體基本結(jié)構(gòu)功能單元還是類似的。信號(hào)發(fā)生器的主要部件有頻率產(chǎn)生單元、調(diào)制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號(hào)發(fā)生器都采用模擬電路，現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器越來(lái)越多地使用數(shù)字電路或單片機(jī)控制，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上有了很大的變化。

頻率產(chǎn)生單元是信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)和核心。早期的高頻信號(hào)發(fā)生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號(hào)發(fā)生器則較多采用文氏電橋振蕩器和RC移相振蕩器。由于早期沒有頻率合成技術(shù)，所以上述LC、RC振蕩器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以產(chǎn)生連續(xù)變化的頻率，缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不夠高。早期產(chǎn)品為了提高信號(hào)發(fā)生器頻率穩(wěn)定度，在可變電容的精密調(diào)節(jié)方面下了很多功夫，不少產(chǎn)品都設(shè)計(jì)了精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和指示機(jī)構(gòu)，所以很多早期的**信號(hào)發(fā)生器體積大、重量重。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)采用石英晶體構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒有頻率合成的技術(shù)條件下，只能做成固定頻率信號(hào)發(fā)生器。之后也出現(xiàn)過(guò)壓控振蕩器，雖然頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過(guò)壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以大大縮減儀器的體積，同時(shí)電路不太復(fù)雜，成本也不高。現(xiàn)在一些低端的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器依然采用這種方式。

隨著PLL鎖相環(huán)頻率合成器電路的興起，**信號(hào)發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是頻率輸出穩(wěn)定（頻率合成器的參考基準(zhǔn)頻率由石英晶體產(chǎn)生），頻率可以步進(jìn)調(diào)節(jié)，頻率顯示機(jī)構(gòu)可以用數(shù)字化顯示或者直接設(shè)置。早期的高精度信號(hào)發(fā)生器為了得到較小的頻率步進(jìn)，將鎖相環(huán)做得非常復(fù)雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中**信號(hào)發(fā)生器采用了更**的DDS頻率直接合成技術(shù)，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號(hào)頻譜純凈度高等優(yōu)點(diǎn)。由于DDS芯片高度集成化，所以信號(hào)發(fā)生器的體積很小。

信號(hào)發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率設(shè)置精度、相位噪聲、信號(hào)頻譜純度都與頻率產(chǎn)生單元有關(guān)，也是信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。

信號(hào)發(fā)生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號(hào)的幅度，信號(hào)通過(guò)特定組合衰減量的衰減器達(dá)到預(yù)定的輸出幅度。早期的衰減器是機(jī)械式的，通過(guò)刻度來(lái)讀取衰減量或輸出幅度。現(xiàn)代中**信號(hào)發(fā)生器的衰減器單元由單片機(jī)控制繼電器來(lái)切換，向電子芯片化過(guò)渡，衰減單元的衰減步進(jìn)量不斷縮小，精度相應(yīng)提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號(hào)輸出屬于高科技技術(shù)，這也是國(guó)內(nèi)很少有企業(yè)能制造**信號(hào)發(fā)生器的原因之一。信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出范圍和輸出電平的精度和準(zhǔn)確度也是標(biāo)志信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。

信號(hào)發(fā)生器的分類與用途

信號(hào)發(fā)生器按傳統(tǒng)工作頻段分類，有超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器。

超低頻信號(hào)發(fā)生器一般是指工作頻率下潛到0.1Hz以下的信號(hào)發(fā)生器，一般用于**上的特殊用途。低頻信號(hào)發(fā)生器一般是指工作頻率主要在1Hz～1MHz的信號(hào)發(fā)生器，多用于音頻領(lǐng)域。高頻信號(hào)發(fā)生器，也叫射頻信號(hào)發(fā)生器，一般是指工作頻率從100kHz到幾百兆赫的信號(hào)發(fā)生器（目前頻率高的可以達(dá)到幾吉赫茲），多用于通信和測(cè)量領(lǐng)域。微波信號(hào)發(fā)生器一般是指工作頻率高達(dá)數(shù)吉赫茲到幾十吉赫茲的信號(hào)發(fā)生器，多用于雷達(dá)領(lǐng)域。

隨著頻率合成技術(shù)和電路的發(fā)展，很多信號(hào)發(fā)生器都可提供更大的頻率覆蓋范圍，一機(jī)多能，頻段的劃分漸漸成為一個(gè)模糊的觀念。例如常用的Agilent 33250A函數(shù)發(fā)生器就可以工作在1μHz～80MHz的范圍，包含傳統(tǒng)的超低頻、低頻、音頻和HF頻段。

信號(hào)發(fā)生器的品牌

目前，國(guó)內(nèi)**信號(hào)發(fā)生器以美國(guó)Agilent（安捷倫）和德國(guó)Rohde&Schwarz（羅德與施瓦茨）品牌產(chǎn)品為主。此外，Tektronix（泰克）、Aeroflex-IFR和日本ANRITSU（安立）的信號(hào)發(fā)生器也很好。國(guó)內(nèi)**函數(shù)信號(hào)發(fā)生器用得比較多的是Agilent 33210A和33220A，**一些的產(chǎn)品是Agilent 33250A。高頻（射頻）信號(hào)發(fā)生器主要是Agilent E4428C和羅德與施瓦茨的SMC100A。

SMC100A一改以往高精度信號(hào)源笨重、占地大的形象，在同級(jí)別產(chǎn)品中可以用“輕巧”二字形容。

國(guó)產(chǎn)信號(hào)發(fā)生器中，普源RIGOL和盛普，以及中國(guó)臺(tái)灣老品牌固緯，都是有很好口碑的產(chǎn)品，揚(yáng)中科泰的產(chǎn)品也不錯(cuò)。普源的DG1022是一款普及型的中檔函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，設(shè)計(jì)理念**，外觀時(shí)尚，具有很好的性價(jià)比，DG1022售價(jià)只有國(guó)際品牌同類產(chǎn)品的20%左右，完全適合普通研發(fā)和維修以及教學(xué)使用。

信號(hào)發(fā)生器的選購(gòu)

選購(gòu)信號(hào)發(fā)生器，首先要考慮的是信號(hào)源的類型要適合應(yīng)用的需要。對(duì)于業(yè)余無(wú)線電愛好者，如果主要用于調(diào)測(cè)對(duì)講機(jī)靈敏度，就需要高頻信號(hào)發(fā)生器，如果主要用于普通電器維修和基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)，則普通函數(shù)信號(hào)發(fā)生器更為適合。對(duì)于維修電視機(jī)的朋友，則需要電視信號(hào)發(fā)生器，調(diào)頻立體聲信號(hào)源適合維修收音機(jī)之用。如果你需要用于數(shù)字信號(hào)測(cè)試，那么矢量信號(hào)源更適合你。

其次，信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍和調(diào)制模式以及信號(hào)輸出幅度都要滿足應(yīng)用的需要。調(diào)FM對(duì)講機(jī)的靈敏度一般要求信號(hào)發(fā)生器具備調(diào)頻信號(hào)調(diào)制，頻率覆蓋對(duì)講機(jī)工作頻段，信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出幅度*小不大于-120dBm，能達(dá)到-127dBm則更好。

再次，所選的信號(hào)發(fā)生器的價(jià)格應(yīng)該在自己的預(yù)算范圍之內(nèi)，中**的信號(hào)發(fā)生器都屬于高價(jià)值儀器，**的信號(hào)發(fā)生器性能**，使用也順手，但如果沒有足夠的預(yù)算，則只能對(duì)它敬而遠(yuǎn)之。**的儀器除了性能指標(biāo)有保障外，在一定程度上能夠?yàn)槟愕膶?shí)驗(yàn)室“撐場(chǎng)面”，增加懂行的客戶對(duì)你提供測(cè)試結(jié)果的信任度，也代表測(cè)試機(jī)構(gòu)的實(shí)力。

*后，購(gòu)買高價(jià)值儀器售后服務(wù)和維修保障也很重要，有的產(chǎn)品包含不同年限的保修報(bào)價(jià)是不一樣的，購(gòu)買時(shí)不能只貪圖便宜。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖及設(shè)計(jì)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖及設(shè)計(jì)

序言：

隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，函數(shù)發(fā)生器的應(yīng)用也逐漸廣泛起來(lái)。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用）是一種在科研和生產(chǎn)中經(jīng)常用到的基本波形產(chǎn)生器，一般可以分為模擬與數(shù)字信號(hào)發(fā)生器兩種。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器大多是基于5G8038芯片的，其功能與國(guó)外的ICL8038芯片功能相同。它的各種信號(hào)頻率可以通過(guò)調(diào)節(jié)外接電阻和電容的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，為快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供了極大的方便。那么，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖的設(shè)計(jì)方案是什么呢?本文基于ICL8038芯片簡(jiǎn)單介紹了函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幾個(gè)核心電路原理圖。

下圖所示為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器核心電路原理圖（函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)），

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器核心電路原理圖

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器顯示電路方案

ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。這里我們介紹一種它的典型應(yīng)用電路--數(shù)字電壓表的制作。其電路如圖。

LED顯示電路

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器穩(wěn)壓電源部分電路

由于本系統(tǒng)復(fù)雜，涉及到很多電路、集成芯片多，又各自所需電壓不同，為了符合每一部分的電壓需要。我們必須把電壓分別轉(zhuǎn)換，我們通過(guò)7812、7912分別產(chǎn)生正負(fù)12V電壓給AD620與AD811供電，用7805產(chǎn)生正5V電壓。根據(jù)題目要求我們?cè)O(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源電路圖如圖所示：

穩(wěn)壓電源電路圖

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電流峰值保護(hù)電路

電流峰值保護(hù)電路，功率板上的輸出電流通過(guò)電流互感器后，以電壓形式表現(xiàn)電流大小的信號(hào)通過(guò)信號(hào)放大器后，就會(huì)立即關(guān)斷輸出，起到迅速保護(hù)作用。如圖所示。

電流峰值保護(hù)電路

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器蜂鳴報(bào)警電路

本電路設(shè)計(jì)的是峰鳴報(bào)警電路.當(dāng)來(lái)自檢測(cè)到高于設(shè)定電壓時(shí),控制口PC1為高電平時(shí),系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。如圖所示。

蜂鳴報(bào)警電路

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器熔絲熔斷指示電路

如下圖所示，當(dāng)熔絲FU熔斷后，220V交流電通過(guò)用電器加至報(bào)警器上，氖泡兩金屬片間發(fā)生放電閃光于是在陶瓷壓電片HA上產(chǎn)生連續(xù)報(bào)警聲。

熔絲熔斷指示電路

一臺(tái)功能較強(qiáng)的函數(shù)波形發(fā)生器，還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計(jì)等功能，其設(shè)計(jì)方式在此也順便一提：

1.掃頻：一般分成線性(Lin)及對(duì)數(shù)(Log)掃頻;

2. VCG：即一般的FM，輸入一音頻信號(hào)，即可與信號(hào)源本身的信號(hào)產(chǎn)生頻率調(diào)制;

上述兩項(xiàng)設(shè)計(jì)方式，第1項(xiàng)要先產(chǎn)生鋸齒波及對(duì)數(shù)波信號(hào)，并與第2項(xiàng)的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)多路器(Multiplexer)選擇，然后再經(jīng)過(guò)電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換電路，同步地去加到圖二中的I1、I2上;

3. TTL同步輸出：將方波經(jīng)三極管電路轉(zhuǎn)成0(Low)、5V(High)的TTL信號(hào)即可。

但注意這樣的TTL信號(hào)須再經(jīng)過(guò)緩沖門(buffer)后才能輸出，以增加扇出數(shù)(Fan Out)，通常有時(shí)還并聯(lián)幾個(gè)buffer。而TTL INV則只要加個(gè)NOT Gate即可;

4. TRIG功能：類似One Shot功能，輸入一個(gè)TTL信號(hào)，則可讓信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)周期的信號(hào)輸出，設(shè)計(jì)方式是在沒信號(hào)輸入時(shí)，將圖二的SWI接地即可;

5. Gate功能：即輸入一個(gè)TTL信號(hào)，讓信號(hào)源在輸入為Hi時(shí)，產(chǎn)生波形輸出，直到輸入為LOW時(shí)，圖二SWI接地而關(guān)掉信號(hào)源輸出;

6.頻率計(jì)：除市場(chǎng)上簡(jiǎn)易的刻度盤顯示之外，無(wú)論是LED數(shù)碼管或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計(jì)電路是重疊的，方塊圖如下：

頻率計(jì)電路方塊圖

總結(jié)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)的裝置。本文主要介紹了一種基于ICL8038控制的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖的基本知識(shí)。如果您還想了解更多有關(guān)有關(guān)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖的信息，測(cè)試測(cè)量