信號發(fā)生器使用

1、信號發(fā)生器使用一、信號發(fā)生器信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，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）、正弦波的信號發(fā)生器稱為函數(shù)信號發(fā)生器信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產(chǎn)生振蕩信號的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且信號的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率、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)用到的信號形式越來越多，越來越復(fù)雜

2、，頻率也越來越高，所以信號發(fā)生器的種類也越來越多，同時(shí)信號發(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。信號發(fā)生信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產(chǎn)生振蕩信號的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且信號的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率、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)用到的信號形式越來越多，越來越復(fù)雜，頻率也越來越高，所以信號發(fā)生器的種類也越來越多，同時(shí)信號發(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、信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號在電路中常常用來代替前端電路的實(shí)際信號，

3、為后端電路提供一個(gè)理想信號。由于信號源信號的特征參數(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，對于產(chǎn)品研發(fā)和電路實(shí)驗(yàn)特別有用。在電路測試中，我們可以通過測量、對比輸入和輸出信號，來判斷信號處理電路的功能和特性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。例如，用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz的正弦波信號,輸入到一個(gè)被測的信號處理電路（功能為正弦波輸入、方波輸出），在被測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，信號發(fā)生器可廣泛應(yīng)用在電子研發(fā)、維修、測量、校準(zhǔn)等領(lǐng)域。正弦信號發(fā)生器

4、：正弦信號主要用于測量電路和系統(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發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器和微波信號發(fā)生器;按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器(即信號源)、標(biāo)準(zhǔn)信號發(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)諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器、程控式信號發(fā)生器和頻率合成式信號發(fā)生器等。用555制作的多波形信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器：包括音頻(20020000赫)和視頻(1赫10兆赫)范圍的正弦波發(fā)生器。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻

5、特性平和波形失真小。高頻信號發(fā)生器：頻率為100千赫30兆赫的高頻、30300兆赫的甚高頻信號發(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。主要用途是測量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號調(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，儀器還有防止信號泄漏的良好屏蔽。微波信號發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號發(fā)生器。信號通常由帶分布參數(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、場效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺

6、可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡易信號源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號發(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，以便測試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。掃頻和程控信號發(fā)生器：掃頻信號發(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。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改變

7、小球的諧振頻率。掃頻信號發(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)信號發(fā)生器頻率合成式信號發(fā)生器：這種發(fā)生器的信號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，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號頻率通?？砂词M(jìn)位數(shù)字選擇，最高能達(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)行步級式掃頻，適用于自動(dòng)測試系統(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，最高輸出頻率只能達(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

8、(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。這種合成器的最高頻率可達(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)成一種新型的高性能、可程控的合成式信號發(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。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)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(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

9、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，可用以測試線性系

10、統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號來測試?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、脈沖形成級、輸出級和衰減器等組成。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)間才輸出主信號脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。有的能輸出成對的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。隨機(jī)信號發(fā)生器：隨機(jī)信號發(fā)生器分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機(jī)信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器：完全隨機(jī)性信號是在工作頻帶內(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

11、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。噪聲信號發(fā)生器主要用途是：在待測系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)的性能;外加一個(gè)已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測定噪聲系數(shù);用隨機(jī)信號代替正弦或脈沖信號，以測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，用白噪聲作為輸入信號而測出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號與輸入信號的互相關(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)信號發(fā)生器

12、：用白噪聲信號進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測量時(shí)，若平均測量時(shí)間不夠長，則會出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，這可用偽隨機(jī)信號來解決。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號的脈沖寬度墹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)信號頻譜的幅度均勻，稱為偽隨機(jī)信號。只要所取的測量時(shí)間等于這種編碼信號周期的整數(shù)倍，便不會引入統(tǒng)計(jì)性誤差。二進(jìn)碼信號還能提供相關(guān)測量中所需的時(shí)間延遲。偽隨機(jī)編碼信號發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長為N=2-1。三、信號發(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 off

13、set 電位輸出過載保護(hù)信號發(fā)生器/信號源的技術(shù)指標(biāo):主要輸出波形正弦波, 三角波, 方波, Ramp 與脈波輸出振幅>20Vp-p (opencircuit)； >10Vp-p (加 50 負(fù)載)阻抗50+10%衰減器-20dB+1.0dB (at 1kHz)DC 飄移<-10V >+10V, (<-5V >+5V 加 50 負(fù)載)周期控制1 : 1 to 10 : 1 continuously rating顯示幕4位LED顯示幕頻率范圍0.2Hz to2MHz(共 7 檔)頻率控制Separate coarse and fine tuning正弦波失真&

14、lt; 1% 0.2Hz 20kHz , < 2% 20kHz 200kHz頻率響應(yīng)< 0.2dB 0.2Hz 100kHz； < 1dB100kHz2MHz三角波線性98% 0.2Hz 100kHz； 95%100kHz2MHz方波對稱性<2% 0.2Hz 100kHz上升/下降時(shí)間<120nSCMOS輸出位準(zhǔn)4Vp-p±1Vp-p 14.5Vp-p±0.5Vp-p 可調(diào)上升/下降時(shí)間<120nSTTL 輸出位準(zhǔn)>3Vpp上升/下降時(shí)間<30nSVCF輸入電壓約 0V10V ±1V input for 10 : 1

15、 frequency ratio輸入阻抗10k (±10%)使用電源交流 100V/120V/220V/230V ±10%, 50/60Hz附件電源線 × 1, 操作手冊 × 1, 測試線 GTL-101 × 1尺寸及重量230(寬) × 95(高) × 280(長) mm,約 2.1 公斤信號發(fā)生器是為進(jìn)行電子測量提供滿足一定技術(shù)要求電信號的儀器設(shè)備。這種儀器是多用途測量儀器,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，測量外輸入信號的頻率1信號發(fā)生器面板：（1）電源開關(guān)；（2）

16、信號輸出端子；（3）輸出信號波形選擇；（4）輸出信號幅度調(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）輸出信號衰減選擇；（8）輸出信號頻段選擇；（9）輸出信號頻率粗調(diào)；（10）輸出信號頻率細(xì)調(diào)；（11）單次脈沖；（12）信號輸入端子；（13）顯示窗口；（14）頻率計(jì)內(nèi)測、外測功能）；（15）測量頻率；（16）測量周期；（17）計(jì)數(shù)；（18）復(fù)位；（19）頻率或周期單位指示；（20）測量功能指示。2.信號源部分（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1

17、dB （第6檔1.5db），輸出幅度5V，波形的非線性失真：20HZ20KHZ0.1%；（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，50輸出 5VPP；（5）正、負(fù)尖脈沖：脈沖寬度0.1，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：1M；（5）測量范圍：1HZ20MHZ（精度：5×10-4±1個(gè)字）；（6）計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)

18、速率：波形周期1uS, 計(jì)數(shù)范圍：1983040。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最小。（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、信號發(fā)生器應(yīng)用（1）用信號發(fā)

19、生器信號波形選擇，選擇“”鍵，輸出信號即為正弦波信號。頻率選擇，選擇“KHz”鍵，輸出信號頻率以KHz為單位。必須說明的是：信號發(fā)生器的測頻電路的調(diào)節(jié)，按鍵和旋鈕要求緩慢調(diào)節(jié)；信號發(fā)生器本身能顯示輸出信號的值，當(dāng)輸出電壓不符合要求時(shí)，需要另配交流毫表測量輸出電壓，選擇不同的衰減再配合調(diào)節(jié)輸出正弦信號的幅度，直到輸出電壓達(dá)到要求。若要觀察輸出信號波形，可把信號輸入示波器。需要輸出其它信號，可參考上述步驟操作。（2）用信號發(fā)生器測量電子電路的靈敏度信號發(fā)生器發(fā)出與電子電路相同模式的信號，然后逐漸減小輸出信號的幅度（強(qiáng)度），同時(shí)通過監(jiān)測輸出的水平。當(dāng)電子電路輸出有效信號與噪聲的比例劣化到一定程度時(shí)(一般靈敏度測試信噪比標(biāo)準(zhǔn)S/N=12dB)，信號發(fā)生器輸出的電平數(shù)值就等于所測電子電路的靈敏度。在此測試中，信號發(fā)生器模擬了信號，而且模擬的信