信号发生器论文(DOC)

函数信号发生器

函数信号发生器

1.概述

1.1 任务说明

1．设计、调试方波、三角波、正弦波发生器

2．输出波形：方波、三角波、正弦波

3．.频率范围三段：10～100Hz，100 Hz～1KHz，1 KHz～10 KHz

4．正弦波U≈3V，三角波U≈5V，方波U≈14V

1.2 信号发生器发展现状

随着信息科技的发展，在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频信号的振荡器。

在电子工程中，常常用到正弦信号，作为信号源的振荡电路，主要的要求是频率准确度高、频率稳定性好、波形失真小和振幅稳定度高等。

在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火，超声波焊接，超声诊断，核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。可见，正弦波振荡电路在各个科学技术部门的应用是十分广泛的。

正弦波振荡电路广泛应用于无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器等。正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电是从电源的直流电转换而来的。

1.3 信号发生器的分类

信号发生器用途广泛、种类繁多，它分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用仪器是为某种专用目的而设计制作的，能够提供特殊的测量信号，如调频立体声信号发生器、电视信号发生器等。通用信号发生器应用面广，灵活性好，可以分为以下几类：

1、按发生器输出信号波形分类

按照输出信号波形的不同，信号发生器大致分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器。应用最广泛的是正弦信号发生器。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。函数信号发生器也比较常用，这是因为它不仅可以输出多种波形，而且信号频率范围较宽。脉冲信号发生器主要用来测量脉冲数字电路的工作性能和模拟电路的瞬态响应。随机信号发生器即噪声信号发生器，用来产生实际电路和系统中的模拟噪声信号，借以测量电路的噪声特性。

2、按工作频率分类

按照工作频率的不同，信号发生器分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频信号发生器。

3、按调制方式分类

按调制方式的不同，信号发生器分为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。

1.4信号发生器的用途

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

在电子测量过程中，信号发生器主要用于：

1、侧元件参数。如测量电感、电容及Q值、损耗角等。

2、测网络的幅频特性、相频特性等。

3、测试接收机的性能。如测接收机的灵敏度、选择性、AGC范围等指标。

4、测量网络的瞬态响应。如用方波或窄脉冲激励，测量网络的阶跃响应、冲激响应和时间常数等。

5、校准仪表。输出频率、幅度准确的信号，校准仪表的衰减器、增益及刻度等。

2.电路设计

正弦信号发生器包括低频、高频、甚高频、超高频信号发生器等，低频、高频信号发生器的使用很广泛。

2.1 低频信号发生器

低频信号发生器又称为音频信号发生器，用来产生频率范围为1Hz～1MHz 的低频正弦信号、方波信号及其他波形信号。它是一种多功能、宽量程的电子仪器，在低频电路测试中应用比较广泛，还可以为高频信号发生器提供外部调制信号。

低频信号发生器的原理方框图如图2-1所示。它主要包括主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。

图2-1 低频信号发生器的原理方框图

主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。电压输出端的负载能力很弱，只能供给电压，故为电压输出。振荡信号再经功率放大器放大后，才能输出较大的功率。阻抗变换器用来匹配不同的负载阻抗，以便获得最大的功率输出。电压表通过开关换接，测量输出电压或输出功率。2.2 高频信号发生器

高频信号发生器和甚高频信号发生器统称为高频信号发生器，它们在高频电路测试中应用比较广泛。高频信号发生器通常用来产生200kHz～30MHz的正弦波或调幅波信号，如无特别说明，均特指此种高频信号发生器。甚高频信号发生器用来产生30MHz～300MHz的正弦波、调幅波或调频波信号。

高频信号发生器主要包括主振级、调制级、内调制振荡器、输出级、监测器和电源组成。其原理框图如图2-2所示。主振级产生的高频正弦信号，送入调制级用内调制振荡器或外调制输人的音频信号调制，再送到输出级，以保证有一定的输出电平调节范围和恒定的源阻抗。监视器用来侧量输出信号的载波的电平和调幅系数。

图2-2 高频信号发生器的原理方框图

图2-3 RC正弦波振荡器电路

如图2-3所示，根据设计要求可选择电阻R1，R2均为15kΩ，R4为100kΩ的可调电位器。电容C1和C2为0.22μF，D1，D2为1N4001，采用的集成运放为MC4558。R1、C1、R2、C2组成RC串并联网络形成正反馈，运放、R4、R5、D1、D2组成同相比例放大器，D1，D2具有稳幅作用。

在此电路中，由RC串、并联网络组成正反馈支路和选频网络，这部分电路决定了电路的振荡频率；由R4、D1、D2和R5组成负反馈支路和稳幅环节。负反馈电路控制运算放大器的增益。反馈过深，不易起振，反馈过小，容易造成波形失真。调节R4为适当值，电路即能起振，输出正弦波，并利用D1、D2的非线性实现稳幅。并联电阻R5有改善二极管非线形引起波形失真的作用。