信號發生器的基本原理

現代信號發生器的結構非常復雜，與早期的簡易信號發生器天差地別，但總體基本結構功能單元還是類似的。信號發生器的主要部件有頻率產生單元、調制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號發生器都采用模擬電路，現代信號發生器越來越多地使用數字電路或單片機控制，內部電路結構上有了很大的變化。

頻率產生單元是信號發生器的基礎和核心。早期的高頻信號發生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號發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，所以上述LC、RC振蕩器優點是結構簡單，可以產生連續變化的頻率，缺點是頻率穩定度不夠高。早期產品為了提高信號發生器頻率穩定度，在可變電容的精密調節方面下了很多功夫，不少產品都設計了精密的傳動機構和指示機構，所以很多早期的**信號發生器體積大、重量重。后來，人們發現采用石英晶體構成振蕩電路，產生的頻率穩定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒有頻率合成的技術條件下，只能做成固定頻率信號發生器。之后也出現過壓控振蕩器，雖然頻率穩定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機械結構，可以大大縮減儀器的體積，同時電路不太復雜，成本也不高。現在一些低端的函數信號發生器依然采用這種方式。

隨著PLL鎖相環頻率合成器電路的興起，**信號發生器紛紛采用頻率合成技術，其優點是頻率輸出穩定（頻率合成器的參考基準頻率由石英晶體產生），頻率可以步進調節，頻率顯示機構可以用數字化顯示或者直接設置。早期的高精度信號發生器為了得到較小的頻率步進，將鎖相環做得非常復雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中**信號發生器采用了更**的DDS頻率直接合成技術，具有頻率輸出穩定度高、頻率合成范圍寬、信號頻譜純凈度高等優點。由于DDS芯片高度集成化，所以信號發生器的體積很小。

信號發生器的工作頻率范圍、頻率穩定度、頻率設置精度、相位噪聲、信號頻譜純度都與頻率產生單元有關，也是信號發生器性能的重要指標。

信號發生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號的幅度，信號通過特定組合衰減量的衰減器達到預定的輸出幅度。早期的衰減器是機械式的，通過刻度來讀取衰減量或輸出幅度。現代中**信號發生器的衰減器單元由單片機控制繼電器來切換，向電子芯片化過渡，衰減單元的衰減步進量不斷縮小，精度相應提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號輸出屬于高科技技術，這也是國內很少有企業能制造**信號發生器的原因之一。信號發生器的信號輸出范圍和輸出電平的精度和準確度也是標志信號發生器性能的重要指標。

信號發生器的分類與用途

信號發生器按傳統工作頻段分類，有超低頻信號發生器、低頻信號發生器、高頻信號發生器、微波信號發生器。

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

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

信號發生器的品牌

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

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

國產信號發生器中，普源RIGOL和盛普，以及中國臺灣老品牌固緯，都是有很好口碑的產品，揚中科泰的產品也不錯。普源的DG1022是一款普及型的中檔函數信號發生器，設計理念**，外觀時尚，具有很好的性價比，DG1022售價只有國際品牌同類產品的20%左右，完全適合普通研發和維修以及教學使用。

信號發生器的選購

選購信號發生器，首先要考慮的是信號源的類型要適合應用的需要。對于業余無線電愛好者，如果主要用于調測對講機靈敏度，就需要高頻信號發生器，如果主要用于普通電器維修和基礎電路實驗，則普通函數信號發生器更為適合。對于維修電視機的朋友，則需要電視信號發生器，調頻立體聲信號源適合維修收音機之用。如果你需要用于數字信號測試，那么矢量信號源更適合你。

其次，信號發生器的頻率覆蓋范圍和調制模式以及信號輸出幅度都要滿足應用的需要。調FM對講機的靈敏度一般要求信號發生器具備調頻信號調制，頻率覆蓋對講機工作頻段，信號發生器的信號輸出幅度*小不大于-120dBm，能達到-127dBm則更好。

再次，所選的信號發生器的價格應該在自己的預算范圍之內，中**的信號發生器都屬于高價值儀器，**的信號發生器性能**，使用也順手，但如果沒有足夠的預算，則只能對它敬而遠之。**的儀器除了性能指標有保障外，在一定程度上能夠為你的實驗室“撐場面”，增加懂行的客戶對你提供測試結果的信任度，也代表測試機構的實力。

*后，購買高價值儀器售后服務和維修保障也很重要，有的產品包含不同年限的保修報價是不一樣的，購買時不能只貪圖便宜。

函數信號發生器的原理圖及設計

函數信號發生器的原理圖及設計

序言：

隨著大規模集成電路的迅速發展，函數發生器的應用也逐漸廣泛起來。函數信號發生器（函數信號發生器的使用）是一種在科研和生產中經常用到的基本波形產生器，一般可以分為模擬與數字信號發生器兩種。目前，國內生產的多功能函數信號發生器大多是基于5G8038芯片的，其功能與國外的ICL8038芯片功能相同。它的各種信號頻率可以通過調節外接電阻和電容的參數值進行調節，為快速而準確地實現函數信號發生器提供了極大的方便。那么，函數信號發生器的原理圖的設計方案是什么呢?本文基于ICL8038芯片簡單介紹了函數信號發生器的幾個核心電路原理圖。

下圖所示為函數信號發生器核心電路原理圖（函數信號發生器設計），

函數信號發生器核心電路原理圖

函數信號發生器顯示電路方案

ICL7107是一塊應用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數字A/D轉換器，可直接驅動LED數碼管，內部設有參考電壓、獨立模擬開關、邏輯控制、顯示驅動、自動調零功能等。這里我們介紹一種它的典型應用電路--數字電壓表的制作。其電路如圖。

LED顯示電路

函數信號發生器穩壓電源部分電路

由于本系統復雜，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換，我們通過7812、7912分別產生正負12V電壓給AD620與AD811供電，用7805產生正5V電壓。根據題目要求我們設計的穩壓電源電路圖如圖所示：

穩壓電源電路圖

函數信號發生器電流峰值保護電路

電流峰值保護電路，功率板上的輸出電流通過電流互感器后，以電壓形式表現電流大小的信號通過信號放大器后，就會立即關斷輸出，起到迅速保護作用。如圖所示。

電流峰值保護電路

函數信號發生器蜂鳴報警電路

本電路設計的是峰鳴報警電路.當來自檢測到高于設定電壓時,控制口PC1為高電平時,系統發出報警。如圖所示。

蜂鳴報警電路

函數信號發生器熔絲熔斷指示電路

如下圖所示，當熔絲FU熔斷后，220V交流電通過用電器加至報警器上，氖泡兩金屬片間發生放電閃光于是在陶瓷壓電片HA上產生連續報警聲。

熔絲熔斷指示電路

一臺功能較強的函數波形發生器，還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計等功能，其設計方式在此也順便一提：

1.掃頻：一般分成線性(Lin)及對數(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產生頻率調制;

上述兩項設計方式，第1項要先產生鋸齒波及對數波信號，并與第2項的輸入信號經過多路器(Multiplexer)選擇，然后再經過電壓對電流轉換電路，同步地去加到圖二中的I1、I2上;

3. TTL同步輸出：將方波經三極管電路轉成0(Low)、5V(High)的TTL信號即可。

但注意這樣的TTL信號須再經過緩沖門(buffer)后才能輸出，以增加扇出數(Fan Out)，通常有時還并聯幾個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，則可讓信號源產生一個周期的信號輸出，設計方式是在沒信號輸入時，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時，產生波形輸出，直到輸入為LOW時，圖二SWI接地而關掉信號源輸出;

6.頻率計：除市場上簡易的刻度盤顯示之外，無論是LED數碼管或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計電路是重疊的，方塊圖如下：

頻率計電路方塊圖

總結

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