信號�(fā)生器又稱信號��振蕩�,在生產(chǎn)實踐和科技�(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)�。各種波形曲線均可以用三角函�(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波�,如三角泀鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號�(fā)生器�
�1)用分立元件組成的函�(shù)�(fā)生器:通常是單函數(shù)�(fā)生器且頻率不�,其工作不很�(wěn)定,不易�(diào)��
?�?)可以由晶體�、運放IC等通用器件制作,更多的則是用專門的函�(shù)信號�(fā)生器IC�(chǎn)�。早期的函數(shù)信號�(fā)生器IC,如L8038、BA205、XR2207/2209等,它們的功能較少,精度不�,頻率上限只�300kHz,無法產(chǎn)生更高頻率的信號,調(diào)節(jié)方式也不夠靈活,頻率和占空比不能獨立�(diào)節(jié),二者互相影��
?�?)利用單片集成芯片的函數(shù)�(fā)生器:能�(chǎn)生多種波�,達(dá)到較高的頻率,且易于�(diào)試。鑒于此,美國美信公司開�(fā)了新一代函�(shù)信號�(fā)生器ICMAX038,它克服了(2)中芯片的缺�,可以達(dá)到更高的技�(shù)指標(biāo),是上述芯片望塵莫及�。MAX038頻率高、精度好,因此它被稱為高頻精密函�(shù)信號�(fā)生器IC。在鎖相�(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的�(shè)計上,MAX038都是�(yōu)選的器件�
�4)利用專用直接數(shù)字合成DDS芯片的函�(shù)�(fā)生器:能�(chǎn)生任意波形并�(dá)到很高的頻率。但成本較高�
�(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號儀�。按其信號波形分為四大類:①正弦信號�(fā)生器。主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特�、非線性失�、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻�20赫至10兆赫)信號發(fā)生器、高頻(100千赫�300兆赫)信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號�(fā)生器、頻率合成式信號�(fā)生器�。②函數(shù)(波形)信號�(fā)生器。能�(chǎn)生某些特定的周期性時間函�(shù)波形(正弦波、方�、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號,頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外,還廣泛用于其他非電測量�(lǐng)�。③脈沖信號�(fā)生器。能�(chǎn)生寬�、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的�(fā)生器,可用以測試線性系�(tǒng)的瞬�(tài)響應(yīng),或用作模擬信號來測�?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系�(tǒng)的性能。④隨機(jī)信號�(fā)生器。通常又分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機(jī)信號�(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途為:在待測系統(tǒng)中引入一個隨�(jī)信號,以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系�(tǒng)性能;外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)�(nèi)部噪聲比較以測定噪聲系數(shù);用隨機(jī)信號代替正弦或脈沖信�,以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號�(jìn)行相�(guān)函數(shù)測量時,若平均測量時間不夠長,會出現(xiàn)�(tǒng)計性誤差,可用偽隨�(jī)信號來解��
信號�(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號�(fā)生器及任意波形發(fā)生器,而函�(shù)波形�(fā)生器在設(shè)計上又區(qū)分出模擬及數(shù)字合成式。眾所周知,數(shù)字合成式函數(shù)信號源無論就頻率、幅度乃至信號的信噪比(S/N)均�(yōu)于模�,其鎖相�(huán)� PLL)的�(shè)計讓輸出信號不僅是頻率精�(zhǔn),而且相位抖動(phase Jitter)及頻率漂移均能達(dá)到相�(dāng)�(wěn)定的狀�(tài),但畢竟是數(shù)字式信號�,數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾,始終難以有效克服,也造成在小信號的輸出上不如模擬式的函數(shù)信號�(fā)生器� 談及模擬式函�(shù)信號�,結(jié)�(gòu)圖如下:
這是通用模擬式函�(shù)信號�(fā)生器的結(jié)�(gòu),是以三角波�(chǎn)生電路為基礎(chǔ)�(jīng)二極管所�(gòu)成的正弦波整型電路產(chǎn)生正弦波,同時經(jīng)由比較器的比較產(chǎn)生方��
而三角波是如何產(chǎn)生的,公式如下:
換句話說,如果以恒流源對電容充電,即可產(chǎn)生正斜率的斜�。同�,右以恒流源將儲存在電容上的電荷放電即產(chǎn)生負(fù)斜率的斜�,電路結(jié)�(gòu)如下�
�(dāng)I1 =I2�,即可產(chǎn)生對稱的三角�,如果I1 > >I2,此時即�(chǎn)生負(fù)斜率的鋸齒波,同理I1 < < I2即產(chǎn)生正斜率鋸齒��
再如圖二所示,開關(guān)SW1的選擇即可讓充電速度呈倍數(shù)改變,也就是改變信號的頻率,這也就是信號源面板上頻率檔的選擇開關(guān)。同樣的同步地改變I1及I2,也可以改變頻率,這也就是信號源上�(diào)整頻率的電位�,只不過需要簡單地將原本是電壓信號�(zhuǎn)成電流而已�
而在占空比調(diào)整上的設(shè)計有下列兩種思路�
1、頻率(周期)不�,脈寬改�,其方法如下�
改變電平的幅度,亦即改變方波�(chǎn)生電路比較器的參考幅�,即可達(dá)到改變脈寬而頻率不變的特�,但其最主要的缺點是占空比一般無法調(diào)�20[%]以下,導(dǎo)致在采樣電路實驗時,對瞬時信號所采集出來的信號有所變動,如果要將此信號用來作模�(shù)(A/D)�(zhuǎn)換,那么得到的數(shù)字信號就�(fā)生變動而無所適從。但不容否認(rèn)的在使用上比較好�(diào)�
2、占空比�,頻率跟著改變,其方法如下:
將方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度予以固定(�、負(fù)可利用電路予以切換),改變充放電斜率,即可達(dá)�。[NextPage]
這種方式的設(shè)計一般使用者的反應(yīng)是“難�(diào)�,這是大缺點,但它可以�(chǎn)�10[%]以下的占空比卻是在采樣時的必備條��
以上的兩種占空比�(diào)整電路設(shè)計思路,各有優(yōu)缺點,當(dāng)然連帶的也影響到是否能�(chǎn)生“像樣的”鋸齒波�
接下來PA(功率放大器)的�(shè)�。首先是利用運算放大器(OP) ,再利用推拉�(push-pull)放大器(注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防)將信號送到衰減�(wǎng)�,這部分牽涉到信號源輸出信號的指標(biāo),包含信噪比、方波上升時間及信號源的頻率響應(yīng),好的信號源�(dāng)然是正弦波信噪比高、方波上升時間快、三角波線性度要好、同時伏頻特性也要好,(也即頻率上升,信號不能衰減或不能減太大),這部分電路較為復(fù)雜,尤其在高頻時除利用電容作頻率�(bǔ)償外,也牽涉到PC板的布線方式,一不小心,極易引起振蕩,想�(shè)計這部分電�,除原有的模擬理論基�(chǔ)外尚需具備實際的經(jīng)驗,“Try Error”的耐心是不可缺少的�
PA信號出來后,�(jīng)過π型的電阻式衰減網(wǎng)路,分別衰減10倍(20dB)�100倍(40dB),此時一部基本的函數(shù)波形�(fā)生器即已完成。(注意:選用π型衰減網(wǎng)�(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定)
一臺功能較�(qiáng)的函�(shù)波形�(fā)生器,還有掃�、VCG、TTL� TRIG� GATE及頻率計等功�,其�(shè)計方式在此也順便一提:
1. 掃頻:一般分成線性(Lin)及對�(shù)(Log)掃頻�
2. VCG:即一般的FM,輸入一音頻信號,即可與信號源本身的信號�(chǎn)生頻率調(diào)��
上述兩項�(shè)計方式,�1項要先產(chǎn)生鋸齒波及對�(shù)波信�,并與第2項的輸入信號�(jīng)過多路器(Multiplexer)選擇,然后再�(jīng)過電壓對電流�(zhuǎn)換電路,同步地去加到圖二中的I1、I2��
3. TTL同步輸出:將方波�(jīng)三極管電路轉(zhuǎn)�0(Low)�5V(High)的TTL信號即可�
但注意這樣的TTL信號須再�(jīng)過緩沖門(buffer)后才能輸�,以增加扇出�(shù)(Fan Out),通常有時還并�(lián)幾個buffer。而TTL INV則只要加個NOT Gate即可�
4. TRIG功能:類似One Shot功能,輸入一個TTL信號,則可讓信號源產(chǎn)生一個周期的信號輸出,設(shè)計方式是在沒信號輸入�,將圖二的SWI接地即可�
5. Gate功能:即輸入一個TTL信號,讓信號源在輸入為Hi�,產(chǎn)生波形輸�,直到輸入為LOW�,圖二SWI接地而關(guān)掉信號源輸出�
6. 頻率計:除市場上簡易的刻度盤顯示之外,無論是LED�(shù)碼管或LCD液晶顯示頻率,其與頻率計電路是重疊的,方塊圖如下�
維庫電子�,電子知�,一查百通!
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