1、書名：電子測量技術與儀器ISBN： 978-7-111-39249-1作者：康秀強出版社：機械工業出版社本書配有電子課件項目二 信號產生與信號發生器的使用一、教學目標終極目標：能夠知道信號發生器的基本工作原理，會信號發生器的使用。促成目標：1）能懂得信號發生器的基本原理。2）會用信號發生器產生各種波形信號。二、工作任務1）用函數信號發生器產生幅值（注：本項目下面若無特別說明，則幅值皆為峰-峰值）50mV、1kHz的正弦波。2）用函數信號發生器產幅值50mV、1kHz、50%（占空比）的方波。3）用函數信號發生器產生幅值50mV、1kHz的三角波。三、相關實踐知識（一）DG1022型雙通道函數信

2、號發生器的介紹 信號發生器即信號源，它負責提供電子測量所需的各種電信號，是最基本、應用最廣泛的電子測量儀器之一。函數信號發生器是一種能產生正弦波、方波、三角波等多種函數波形的儀器，由于其輸出波形均可用數學函數描述，故命名為函數信號發生器，新型的函數信號發生器一般還具有調頻、調幅等調制功能。 DG1022型雙通道函數信號發生器使用直接數字合成（DDS）技術，可生成穩定、精確、純凈和低失真的正弦信號、能提供5MHz、具有快速上升沿和下降沿的方波及脈沖波、鋸齒波、白噪聲和其他任意波形，具有調幅（AM）、調頻（FM）、調相（PM）等調制功能，另外還附帶高準確度、寬頻帶的頻率計，具備頻率測量功能，其外形

3、如圖2-1所示。 DDS是指直接數字合成技術，它是最新發展起來的一種信號產生方法，它完全沒有振蕩器元件，而是用數字合成方法產生一連串數據流，再經過數模轉換器產生出一個預先設定的模擬信號。 圖2-1 DG1022型雙通道函數信號發生器外形圖DG1022型雙通道函數信號發生器的性能特點：1）DDS直接數字合成技術，得到穩定、低失真的輸出信號。2）雙通道輸出，可實現通道耦合，通道復制。3）輸出5種基本波形，內置48種任意波形。4）可編輯輸出14bit垂直分辨率、4千個點的用戶自定義任意波形。5）100MSa/s采樣率。6）頻率特性： 正弦波：1Hz20MHz； 方波：1Hz5MHz； 鋸齒波：1Hz

4、150kHz； 脈沖波：500Hz3MHz； 白噪聲：5MHz 帶寬 (-3dB)； 任意波形：1Hz5MHz。 7）幅值范圍：2mV10V（50）、4mV20V（高阻）。8）具有豐富的調制功能，輸出各種調制波形：調幅（AM）、調頻（FM）、調相（PM）、二進制頻移鍵控（FSK）、線性和對數掃描（Sweep）及脈沖串（Burst）模式。9）豐富的輸入輸出：外接調制源、外接基準10MHz 時鐘源、外觸發輸入、波形輸出、數字同步信號輸出。10）高準確度、寬頻帶頻率計。 測量功能：頻率、周期、占空比、正/負脈沖寬度。 頻率范圍：100200MHz （單通道）。11）支持即插即用SB存儲設備，并可通過

5、SB存儲設備存儲、讀取波形配置參數及用戶自定義任意波形，以及進行軟件升級。12）標準配置接口：SB Host&Device。13）與 DS1000 系列示波器無縫對接，直接獲取示波器中存儲的波形并無損地重現。14）圖形化界面可以對信號設置進行可視化驗證。15）中英文嵌入式幫助系統。16）支持中英文輸入。（二）DG1022型雙通道函數信號發生器的操作使用信號發生器的使用大同小異，無非是調節要輸出信號的類型、頻率（周期）、幅度及其他波形參數。 DG1022型雙通道函數信號發生器的前面板如圖2-2所示。前面板上包括各種功能按鍵、旋鈕及菜單軟鍵，您可以進入不同的功能菜單或直接獲得特定的功能應用。 圖2

6、-2 DG1022型雙通道函數信號發生器的前面板1DG1022的用戶界面DG1022型雙通道函數信號發生器提供了三種界面顯示模式：單通道常規模式、單通道圖形模式及雙通道常規模式，如圖2-3所示。這三種顯示模式可通過前面板左側的 View 按鍵切換。用戶可通過CH1、CH2來切換活動通道，以便于設定每通道的參數及觀察、比較波形（注意：本項目對按鍵的標識用加邊框的字符表示，如Sine 代表前面板上一個標注著“Sine”字符的功能鍵，菜單軟鍵的標識用帶陰影的字符表示， 如頻率表示Sine菜單中的“頻率”選項）。a）單通道常規模式 b）單通道圖形模式 a）單通道常規模式 b）單通道圖形模式 c）雙通道

7、常規模式圖2-3 DG1022型雙通道函數信號發生器三種界面顯示模式2DG1022的波形設置 在操作面板左側下方有一系列帶有波形顯示的按鍵，如圖2-4所示。它們分別是正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波、噪聲波和任意波等波形選擇鍵，此外還有兩個常用按鍵，即通道選擇和視圖切換鍵。下面的練習將引導您逐步熟悉這些按鍵的設置。本章以下對波形選擇的說明均在常規顯示模式下進行。圖2-4 按鍵選擇1）使用 Sine 按鍵，波形圖標變為正弦信號，并在狀態區左側出現“Sine”字樣。DG1022可輸出頻率從1Hz到20MHz的正弦波形。通過設置頻率/周期、幅值/高電平、偏移/低電平、相位，可以得到不同參數值的正弦波。圖

8、2-5所示為正弦波使用系統默認參數：頻率為1kHz，幅值為5.0V，直流偏移量為0V，初始相位為0。 圖2-5 正弦波常規顯示界面2）使用 Square按鍵，波形圖標變為方波信號，并在狀態區左側出現“Square”字樣。 DG1022可輸出頻率為1Hz5MHz 并具有可變占空比的方波。通過設置頻率/周期、幅值/高電平、偏移/低電平、占空比、相位，可以得到不同參數值的方波。圖2-6所示為方波使用系統默認參數：頻率為1kHz，幅值為5.0V，直流偏移量為0V，占空比為50，初始相位為0。 圖2-6 方波常規顯示界面 3）使用 Ramp按鍵，波形圖標變為鋸齒波信號，并在狀態區左側出現“Ramp”字樣

9、。 DG1022 可輸出頻率為1Hz150kHz并具有可變對稱性的鋸齒波波形。通過設置頻率/周期、幅值/高電平、偏移/低電平、對稱性、相位，可以得到不同參數值的鋸齒波。圖2-7所示為鋸齒波使用系統默認參數：頻率為1kHz，幅值為5.0V，直流偏移量為0V，對稱性為50，初始相位為0。 圖2-7 鋸齒波常規顯示界面4）使用 Pulse按鍵，波形圖標變為脈沖波信號，并在狀態區左側出現“Pulse”字樣。 DG1022可輸出頻率為500Hz3MHz 并具有可變脈沖寬度的脈沖波形。通過設置頻率/周期、幅值/高電平、偏移/低電平、脈寬/占空比、延時，可以得到不同參數值的脈沖波。圖2-8所示為脈沖波使用系

10、統默認參數：頻率為1kHz，幅值為5.0V，直流偏移量為0V，脈寬為500s，占空比為50，延時為 0。 圖2-8 脈沖波常規顯示界面5）使用 Noise 按鍵，波形圖標變為噪聲信號，并在狀態區左側出現“Noise”字樣。DG1022 可輸出帶寬為5MHz的噪聲。通過設置幅值/高電平、偏移/低電平，可以得到不同參數值的噪聲信號。圖2-9所示為噪聲波使用系統默認參數：幅值為5.0V，直流偏移量為0V。 圖2-9 噪聲波常規顯示界面6）使用 Arb按鍵，波形圖標變為任意波信號，并在狀態區左側出現“Arb”字樣。 DG1022可輸出最多4千個點和最高5MHz重復頻率的任意波形。通過設置頻率/周期、幅

11、值/高電平、偏移/低電平、相位，可以得到不同參數值的任意波信號。圖2-10所示為任意波形常規顯示界面，顯示NegRamp倒三角波形使用系統默認參數：頻率為1kHz，幅值為5.0V，直流偏移量為0V，相位為0。 圖2-10 任意波形常規顯示界面7） 使用 CH1、CH2鍵切換通道，當前選中的通道可以進行參數設置。在常規和圖形模式下均可以進行通道切換，以便用戶觀察和比較兩通道中的波形。8）使用 View鍵切換視圖，使波形顯示在單通道常規模式、單通道圖形模式、雙通道常規模式之間切換。此外，當儀器處于遠程模式，按下該鍵可以切換到本地模式。3DG1022的輸出設置通道輸出及頻率計輸入如圖2-11所示，在

12、前面板右側有兩個按鍵，用于通道輸出、頻率計輸入的控制。下面的說明將引導您逐步熟悉這些功能。圖2-11 通道輸出及頻率計輸入1）使用“Output”按鍵，啟用或禁用前面板的輸出連接器輸出信號。通道輸出顯示如圖2-12所示，已按下“Output”鍵的通道顯示“ON”且 Output 點亮（CH1）；未按下“Output”鍵的通道顯示“OFF”且 Output滅（CH2）。2）在頻率計模式下，CH2對應的 Output連接器作為頻率計的信號輸入端，CH2自動關閉，禁用輸出。 圖2-12 通道輸出顯示 4DG1022的模式/功能鍵設置 在DG1022前面板右側上方有六個模式/功能鍵按鍵，Mod、Swe

13、ep、Burst按鍵分別用于調制、掃描及脈沖串的設置，在本信號發生器中，這三個功能只適用于通道1。Store/Recall、Utility、Help按鍵分別用于存儲和調出、輔助系統功能及幫助功能的設置。下面的說明將逐步引導您熟悉這些功能的設置。1）使用Mod按鍵，可輸出經過調制的波形。并可以通過改變類型、內調制/外調制、深度、頻率、調制波等參數，來改變輸出波形。DG1022可使用AM、FM、FSK或PM調制波形，可調制正弦波、方波、鋸齒波或任意波形（不能調制脈沖、噪聲和直流），圖2-13所示為調制正弦波常規顯示界面。 圖2-13 調制正弦波常規顯示界面2）使用Sweep按鍵，對正弦波、方波、鋸

14、齒波或任意波形產生掃描（不允許掃描脈沖、噪聲和直流）。在掃描模式中，DG1022在指定的掃描時間內從開始頻率到終止頻率而變化輸出，圖2-14所示為掃描正弦波常規顯示界面。 圖2-14 掃描正弦波常規顯示界面3）使用Burst按鍵，可以產生正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波或任意波形的脈沖串波形輸出，噪聲只能用于門控脈沖串，圖2-15所示為正弦波脈沖串常規顯示界面。輸出具有指定循環數目的波形，稱為“脈沖串”。脈沖串可持續特定數目的波形循環（N循環脈沖串），或受外部門控信號控制（為門控脈沖串）。脈沖串可適用于任何波形函數，但是噪聲只能用于門控脈沖串。 圖2-15 正弦波脈沖串常規顯示界面4）使用Stor

15、e/Recall按鍵，存儲或調出波形數據和配置信息。5）使用Utility按鍵，可以進行設置同步輸出開/關、輸出參數、通道耦合、通道復制、頻率計測量；查看接口設置、系統設置信息；執行儀器自檢和校準等操作。6）使用Help按鍵，查看幫助信息列表。要獲得任何前面板按鍵或菜單按鍵的上下文幫助信息，按下并按住該鍵23s，顯示相關幫助信息。5DG1022數字輸入的作用在前面板上有兩組按鍵，分別是左右方向鍵、旋鈕和數字鍵盤，如圖2-16所示。使用左右方向鍵，用于數值不同數位的切換；使用旋鈕，用于改變波形參數的某一數位數值的大小，旋鈕的輸入范圍是09，旋鈕順時針旋一格，數值增1。使用數字鍵盤，用于波形參數值

16、的設置，直接改變參數值的大小。 圖2-16 數字輸入鍵 （三）函數信號發生器的應用1用DG1022型雙通道函數信號發生器產生幅值50mV、1kHz的正弦波使用Sine按鍵，常規顯示模式下，在屏幕下方顯示正弦波的操作菜單，左上角顯示當前波形名稱。通過使用正弦波的操作菜單，對正弦波的輸出波形參數進行設置。設置正弦波的參數主要包括：頻率/周期，幅值/高電平，偏移/低電平，相位。通過改變這些參數，得到不同的正弦波，如圖2-17所示（注意：操作菜單中的同相位專用于能使雙通道輸出時相位同步，單通道波形無需配置此項）。 圖2-17 正弦波參數值設置顯示界面（1）設置輸出頻率/周期 按Sine頻率/周期頻率

17、，設置頻率參數值。使用數字鍵盤，直接輸入所選參數值1000，然后選擇頻率所需單位Hz，按下對應于所需單位的軟鍵，也可以使用左右鍵選擇需要修改的參數值的數位，使用旋鈕改變該數位值的大小，如圖2-18所示。 圖2-18 設置頻率的參數值（2）設置輸出幅值 按Sine幅值/高電平幅值 ，設置幅值參數值。使用數字鍵盤或旋鈕，輸入所選參數值，然后選擇幅值所需單位，按下對應于所需單位的軟鍵，如圖2-19所示（注意：幅值設置中的“dBm”單位選項只有在輸出阻抗設置為50才會出現）。 圖2-19 設置輸出幅值的參數值（3）設置偏移電壓 按Sine偏移/低電平偏移，設置偏移電壓參數值。使用數字鍵盤或旋鈕，輸入所

18、選參數值，然后選擇偏移量所需單位，按下對應于所需單位的軟鍵，如圖2-20所示。 圖2-20 設置偏移電壓的參數值（4）設置起始相位 按Sine相位，設置起始相位參數值。使用數字鍵盤或旋鈕，輸入所選參數值，然后選擇單位，如圖2-21所示。 圖2-21 設置起始相位的參數值 此時按 View 鍵切換為圖形顯示模式，查看波形參數，如圖2-22所示。 圖2-22 圖形顯示模式下的正弦波參數2用函數信號發生器產生幅值50mV、1kHz、50%（占空比）的方波使用Square按鍵，常規顯示模式下，在屏幕下方顯示方波的操作菜單。通過使用方波的操作菜單，對方波的輸出波形參數進行設置。設置方波的參數主要包括：頻

19、率/周期、幅值/高電平、偏移/低電平、占空比、相位。通過改變這些參數，得到不同的方波。方波參數值設置顯示界面如圖 2-23所示，在軟鍵菜單中，選中占空比，在參數顯示區中，與占空比相對應的參數值反色顯示，用戶可在此位置對方波的占空比值進行修改。 圖2-23 方波參數值設置顯示界面按要求輸入對應參數后，此時按View鍵切換為圖形顯示模式，查看波形參數，如圖2-24所示。 圖2-24 圖形顯示模式下的方波參數3用函數信號發生器產生幅值50mV、1kHz的三角波DG1022型函數信號發生器具有編輯任意波形的功能，要創建圖2-25所示的三角波，用戶可以通過初始化點的操作來創建任意的新波形，按Arb編輯，

20、進入圖2-26所示界面，界面操作菜單說明見表2-1。 圖2-25 三角波波形 圖2-26 編輯任意波形操作界面表 2-1 編輯波形的操作菜單說明功能菜單菜單說明創建創建新的任意波形，并覆蓋易失性存儲器中的波形已存編輯存儲在非易失性存儲器中的任意波形易失波編輯存儲在易失性存儲器中的任意波形刪除刪除存儲在10個非易失性存儲器中的一個任意波形注：1）當非易失存儲器中沒有存儲波形時，已存菜單隱藏，刪除菜單隱藏 2）當易失存儲器中沒有存儲波形時，易失波菜單隱藏（1）創建新波形 要創建一三角波，按Arb編輯創建 ，進入圖2-27所示界面，可以對總的波形參數進行設置，設置菜單說明見表2-2。 圖2-27 創

21、建新波形參數值設置界面 表 2-2 創建新波形參數值設置菜單說明功能菜單菜單說明周期設置任意波形的周期電平高設置任意波形的最高電壓電平電平低設置任意波形的最低電壓電平插值開/插值關啟用在波形的定義點之間的線性內插/禁用在波形的定義點之間的線性內插點數設置任意波形初始化點數編輯點啟動波形編輯器（2）設置周期 按周期，軟鍵菜單周期反色顯示；使用數字鍵盤輸入“1”，選擇單位“ms”，設置周期為1ms，頻率為1000Hz。（3）設置波形電壓限制 按電平高，使用數字鍵盤輸入“50”，選擇單位“mV”，設置高電平為50mV；按電平低，使用數字鍵盤輸入“-50”，選擇單位“mV”，設置低電平為-50mV。（

22、4）選擇插值方法 按插值開/關插值開 ，啟用在波形點之間進行線性內插。若選擇插值關，表示在波形點之間維持不變的電壓電平，并創建一個類似的數字波形。（5）設置波形的初始化點數 設置初始化點數為“4”，按確定。當創建新波形時，波形編輯器最初建立一個具有兩個點的波形。 波形編輯器自動地將波形的最后一個點連接到點1的電壓電平，以創建一個連續波形，可創建最多4千個點的任意波形。在波形中，最后一個可定義點的時間必須小于指定的循環周期。在默認情況下，點1設置為高電平，固定在0，點2設置為低電平，設置為指定循環周期的一半。（6）編輯波形點 對波形中的每個點的電壓和時間進行編輯，來定義波形。如果需要的話，可插入

23、或刪除波形點。 按編輯點，使用數字鍵盤或旋鈕在不同點數之間切換。各點的時間值和電壓值設置見表2-3。 表2-3 波形點的時間值和電壓值設置表點時間值/ms電壓值/mV10020.255030.50040.75-50（7）存儲波形 按保存，將編輯完成的三角波存儲到10個非易失性存儲位置ARB1ARB10中的任一個位置上，如圖2-28所示。按存儲，輸入文件名后再按存儲將編輯完成的任意波形存儲到指定非易失存儲器中，每個非易失性存儲器只能存一個自定義波形，如果有新波形存入，舊波形將被覆蓋；按讀取將已存波形讀到易失性存儲器并進行輸出。 圖2-28 保存用戶自定義波形上述設置完成后，按View鍵切換到圖形

24、顯示模式，信號發生器輸出創建的三角波。四、相關理論知識（一）信號發生器的分類 信號發生器即信號源，它負責提供電子測量所需的各種電信號。信號發生器用途廣泛、種類繁多，它分為通用信號發生器和專用信號發生器兩大類。專用信號發生器是為某種特殊專用目的而設計制作的，能夠提供特殊的測量信號，如調頻立體聲信號發生器、電視信號發生器等。通用信號發生器應用面廣，靈活性好，可以分為以下幾類：1按發生器輸出信號波形分類按照輸出信號波形的不同，信號發生器大致分為正弦信號發生器、函數信號發生器、脈沖信號發生器和隨機信號發生器。（1）正弦信號發生器 主要用于測量電路和系統的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按其不同性

25、能和用途還可細分為低頻（20Hz10MHz）信號發生器、高頻（100kHz300MHZ）信號發生器、微波信號發生器、掃頻和程控信號發生器、頻率合成式信號發生器等，廣泛應用于科研與生產實踐。（2）函數信號發生器 能產生某些特定的周期性時間函數波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域，廣泛應用于科研與生產實踐。（3）脈沖信號發生器 能產生寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發生器，可用以測試線性系統的瞬態響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信和其他脈沖數字系統的性能。（4）隨機信號發生器 通

26、常又分為噪聲信號發生器和偽隨機信號發生器兩類。噪聲信號發生器主要用途是在待測系統中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統性能；外加一個已知噪聲信號與系統內部噪聲比較以測定噪聲系數；用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統動態特性等。當用噪聲信號進行相關函數測量時，若平均測量時間不夠長，會出現統計性誤差，可用偽隨機信號來解決。2按工作頻率分類按照工作頻率的不同，信號發生器分為超低頻、低頻、視頻、高頻、甚高頻、超高頻信號發生器。其工作頻率范圍見表2-4。3按調制方式分類 按調制方式的不同，信號發生器分為調幅、調頻、調相、脈沖調制等類型。4按工作原理分類 按工作原理（實現方式）的不同

27、，信號發生器又可分為集成芯片的函數發生器和直接數字合成芯片的函數發生器。集成芯片的函數發生器能產生多種波形，達到較高的頻率，且易于調試，如用MAX038集成芯片開發的函數信號發生器；直接數字合成芯片的函數發生器能產生任意波形并達到很高的頻率，性能較好，但成本較高，如上述DG1022型雙通道函數信號發生器。（二）信號發生器的主要技術特性1頻率特性 （1）頻率范圍 又稱為“有效頻率范圍”，指的是正弦信號源的各項指標都能得到保證時的輸出頻率范圍。（2）頻率準確度 正弦信號源的頻率準確度可用頻率的絕對偏離（絕對誤差）f = ff0或相對偏離（相對誤差） =f /f0來表示，其中，f0為標稱頻率，f為頻

28、率指示值。（3）頻率穩定度 頻率短期穩定度定義為信號發生器經規定的預熱時間后，頻率在規定的時間間隔內的最大變化，即。頻率穩定度是一個信號源的重要工作特性，一個正弦信號源的頻率準確度是由主振器的頻率穩定度來保證的，一般主振器的頻率穩定度應比所要求的準確度高12個數量級。（4) 頻譜純度 對于正弦信號發生器，頻譜純度也是其重要指標之一。 2輸出特性（1）輸出電平范圍 表征信號源所能提供的最小和最大輸出電平的可調范圍。（2）輸出電平準確度 指信號發生器輸出電平的誤差大小。對常用電子儀器，常采用“工作誤差”來評價儀器的準確度。工作誤差指儀器在額定工作條件下，在任何可能組合的各種使用條件下，儀器總的極限

29、誤差。 （3）輸出阻抗 輸出阻抗的高低隨信號發生器類型而異。低頻信號發生器一般有50、75、150、600 、5k等幾種不同的輸出阻抗，而高頻信號發生器一般只有50(或75)不平衡輸出，在使用高頻信號發生器時，要注意阻抗的匹配。 （4）輸出波形及諧波失真 輸出波形是指信號發生器所能輸出信號的波形。諧波失真是指全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。對于純電阻負載，則定義為全部諧波電壓（或電流）有效值與基波電壓（或電流）有效值之比，即 式中，U1為輸出信號基波的有效值；U2、U3、Un為其他次諧波電壓的有效值。3調制特性許多信號源還包含調制功能。如高頻信號發生器，一般還具有輸出一種或多種調制信號的

30、能力，通常為調幅和調頻信號，有些還帶有調相、脈沖調制、數字調制等功能。調制特性包括調制頻率、調幅系數或最大頻偏以及調制線性等。（三）信號發生器的組成及工作原理不同類型的信號發生器其性能、用途雖不相同，但基本構成是類似的，其組成框圖如圖2-29所示。 圖2-29 信號發生器組成框圖（1）振蕩器 是信號發生器的核心部分，由它產生各種不同頻率的信號，通常是正弦波振蕩器或脈沖發生器。它決定了信號發生器的一些重要工作特性，如工作頻率范圍、頻率的穩定度等。輸出電平及其穩定度、頻譜純度、調頻特性等也在很大程度上取決于振蕩器的工作特性。調頻信號一般都在本級直接調制而產生。（2）變換器 可以是電壓放大器、功率放

31、大器或調制器、脈沖形成器等，它將振蕩器的輸出信號進行放大或變換，進一步提高信號的電平并給出所要求的波形。（3）調制器 主要為高頻信號發生器提供調制信號。（4）輸出電路 為被測設備提供所要求的輸出信號電平或信號功率及阻抗匹配。（5）指示器 用來監視輸出信號。不同功用的信號發生器，指示器的種類是不同的，它可能是電壓表、功率計、頻率計、調制度儀或以上綜合等。（6）電源 為測量信號源的各部分電路提供所需的各種直流電壓，通常是將50HZ的交流電經過變壓、整流、濾波和穩壓后而得到的。1正弦低頻信號發生器（1）正弦低頻信號發生器的組成及工作原理 低頻信號發生器組成框圖如圖2-30所示，主要包括主振器、緩沖放

32、大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器和輸出指示器等部分。 圖2-30 低頻信號發生器組成框圖1）主振器：是低頻信號發生器的核心部分，產生頻率可調的正弦信號，它決定了信號發生器的有效頻率范圍和頻率穩定度。低頻信號發生器中產生振蕩信號的方法有多種，現代低頻信號發生器中，主振器常采用RC文氏電橋振蕩電路，其原理圖如圖2-31所示。 圖2-31 主振器原理圖 2）緩沖放大器：兼有緩沖和電壓放大的作用。緩沖是為了將后級電路與主振器隔離，防止后級電路、負載等的變化對主振器的影響，保證主振頻率穩定，一般采用射極跟隨器或運放組成的電壓跟隨器。3）輸出衰減器：圖2-32所示電路為低頻信號發生器中最常用的輸出

33、衰減器原理圖。由電位器RP取出一部分信號電壓加于R1R8組成的步進衰減器，調節電位器RP或調節波段開關S所接的檔位，均可使衰減器輸出不同電壓。 圖2-32 輸出衰減器原理圖4）功率放大器：用來對電平調節器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到額定的功率輸出，驅動低阻抗負載。通常采用電壓跟隨器或BTL電路等。 5）阻抗變換器：用于匹配不同阻抗的負載，以便在負載上獲得最大輸出功率。 6）輸出指示器：用來指示輸出端輸出電壓的幅度，或對外部信號電壓進行測量，可能是指針式電壓表、數碼LED或LCD。（2）正弦低頻信號發生器的主要性能指標 一般正弦低頻信號發生器的主要性能指標如下：1）頻率范圍： 一般為20

34、Hz1MHz，連續可調。2）頻率準確度： (13)%。3）頻率穩定度： 優于0.1%。4）輸出電壓： 010V連續可調。5）輸出功率： 0.55W連續可調。6）非線性失真范圍： 0.1%1%。7）輸出阻抗：50、75、150、600、5k。8）輸出形式： 平衡輸出與不平衡輸出。（3）正弦低頻信號發生器的使用 一般正弦低頻信號發生器的使用步驟如下：1）仔細閱讀操作使用說明書。2）開機準備。3）選擇輸出頻率。4）輸出電壓的調節和測讀。5）輸出阻抗的配接。 6）選擇輸出電路的形式。 2正弦高頻信號發生器正弦高頻信號發生器的組成框圖如圖2-33所示，主要包括振蕩器、緩沖級、調制級、輸出級、內調制振蕩器

35、、頻率調制器、監測指示電路等。 圖2-33 正弦高頻信號發生器的組成框圖（1）振蕩器 用于產生高頻振蕩信號，它是信號發生器的核心，信號發生器的主要工作特性大都由它決定。一般采用可調頻率范圍寬、頻率準確度高、穩定性能好的LC振蕩器。 （2）緩沖級 主要起隔離放大的作用，用來隔離調制級對主振級可能產生的不良影響，以保證主振級工作穩定，并將主振信號放大到一定的電平。（3）調制級 主要完成對主振信號的調制，包括調頻和調幅等調制方式。在輸出載波或調頻波時，調制級相當于一個寬帶放大器；在輸出調幅波時，相當于實現振幅調制和信號放大。 （4）頻率調制器 與主振器的諧振回路耦合，在調制信號作用下，控制諧振回路電

36、抗的變化而實現調頻。（5）內調制振蕩器 供給符合調制級要求的音頻正弦調制信號，該方式稱為內調制；當調制信號由外部提供時，稱為外調制。（6）輸出級 主要由放大器、濾波器、輸出微調、輸出衰減器、倍乘器等組成，對高頻輸出信號進行調節以得到所需的輸出電平。輸出級還用來提供合適的輸出阻抗。（7）監測指示電路 監測指示輸出信號的載波電平和調制系數。3函數信號發生器函數發生器是一種能夠產生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號發生器。函數信號發生器主要有三種組成方案，第一種是施密特電路產生方波，然后經變換得到三角波和正弦波，即脈沖式函數信號發生器；第二種是先產生正弦波再得到方波和三角波，即正弦式函數信號發生器

37、；第三種是先產生三角波再轉換為方波和正弦波，即三角波式函數發生器。（1）脈沖式函數信號發生器 脈沖式函數信號發生器的組成如圖2-34所示。它包括雙穩態觸發器、積分器、正弦波轉換器和輸出放大器等部分，雙穩態觸發器通常采用施密特觸發器，積分器則采用密勒積分器，正弦波轉換器一般采用分段折線逼近的方法。脈沖式函數信號發生器的工作原理如下： 圖2-34 脈沖式函數信號發生器的組成1）方波、三角波的形成：開關S1懸空，當雙穩態觸發器輸出為u1=U1時，積分器輸出u2將開始線性下降，當u2下降到等于參考電平Ur時，比較器使雙穩態觸發器翻轉， u1由U1變為U1，同時，u2將開始以與線性下降相等的速率線性上升

38、。當u2上升到等于參考電平Ur時，雙穩態觸發器又翻轉回去，于是完成一個循環周期。不斷重復上述過程，即得到方波信號u1、三角波信號u2，如圖2-35所示。二種波形再經過輸出級放大后即可在輸出端得到所需的波形。2）鋸齒波和矩形波的形成：S1與VD2相接，當觸發器輸出為U1時，VD2導通，電阻R3被短路，積分器很快下降，當下降到Ur時，觸發電路翻轉，觸發器輸出為U1，VD2截止，R3接入電路，積分器輸出緩慢上升，形成正向鋸齒波u2(t)，觸發器輸出為矩形波u1(t)，如圖2-36所示。如果S1與VD1相接，將得到反向鋸齒波和極性相反的矩形波。圖2-35 方波、三角波形成 圖2-36 矩形波、鋸齒波形

39、成3）正弦波的形成：正弦波成形電路一般采用分段折線逼近的方法將三角波變換成為正弦波。圖2-37中a、b和c分別為電路輸出特性、輸入波形、輸出波形，由于該網絡對信號的衰減隨三角波幅度的加大而增加，而使輸出波形向正弦波逼近。如果折線段選得足夠多，并適當選擇轉折點的位置，便能得到非常逼真的正弦波。 圖2-37 正弦波形成電路原理 圖2-37 正弦波形成電路原理t000ui uououi atcb圖2-38為實際正弦波形成電路，電路中使用了3對二極管。正、負直流電源和電阻R7R10及R11R14為二極管提供適當的偏壓，以控制三角波逼近正弦波時轉折點的位置。隨著輸入電壓的變化，3個二極管依次導通及截止，

40、并把電阻R3、R2、R1依次接入電路或從電路斷開，這樣就改變了電路輸入輸出比例。電路中每個二極管可產生一個轉折點。在正半周可獲得4段折線；負半周也得到4段折線。以后每增加1對二極管，正負半周可各增加1段折線，當二極管足夠多時，可逼近正弦波，其波形失真很小。 由上述分析得知，脈沖式函數信號發生器無獨立的主振級，而是由施密特觸發器、積分器和比較器構成的閉合回路組成的自激振蕩器，它產生的最基本波形是方波和三角波。調換積分電容或改變電位器RP可以改變輸出信號的頻率。如果用壓控元件（如場效應晶體管）代替電阻R2，可使振蕩電路成為壓控振蕩器，實現調頻或脈寬調制。 圖2-38 實際正弦波形成電路（2）正弦式

41、函數信號發生器 正弦式函數信號發生器原理框圖如圖2-39所示，它包括正弦振蕩器、緩沖級、方波形成器、積分器、放大器和輸出級等部分。其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經緩沖級隔離后，分為兩路信號，一路送放大器輸出正弦波，另一路作為方波形成器的觸發信號。方波形成器通常是施密特觸發器，它輸出兩路信號，一路送放大器，經放大后輸出方波；另一路作為積分器的輸入信號。積分器通常為密勒積分器，積分器將方波變換為三角波，經放大后輸出。三個波形的輸出由選擇開關控制。 圖2-39 正弦式函數信號發生器原理框圖4脈沖信號發生器 脈沖信號發生器可以產生頻率、脈寬和幅度可調的脈沖信號，普遍應用于電子測量系統、自動控制系

42、統和數字通信領域，主要用于對視頻放大器、寬帶電路的過渡特性以及邏輯器件的開關速度進行測試。按照頻率范圍來分，脈沖信號發生器有射頻脈沖信號發生器和視頻脈沖信號發生器兩種。前者一般是高頻或超高頻信號發生器受矩形脈沖的調制而獲得的，而常用的脈沖信號發生器都是以產生矩形脈沖為主的視頻脈沖信號發生器。（1）脈沖信號發生器的組成及工作原理 一臺基本的脈沖信號發生器，其組成框圖如圖2-40所示，包括主振級、延遲級、脈寬形成級、整形級、輸出級等部分。 圖2-40 脈沖信號發生器組成框圖1）主振級：用于產生頻率可調的同步脈沖，是脈沖信號源的核心，決定輸出脈沖的重復頻率。要求有良好的調節性能，較高的頻率穩定度，寬的頻率范圍，陡峭的前后沿和足夠的幅度。2）延遲級：主振級輸出的未經延時的脈沖稱為同步脈沖，又稱前置脈沖，延遲級用于產生與同步脈沖有一定延遲的主脈沖，如圖2-41所示。延遲級一般由單穩電路和微分電路組成。 圖2-41 同步脈沖與延時主脈沖 3）形成級：是脈沖信號發生器的中心環節，用于形成波形良好、寬度準確的矩形脈沖，要求脈沖的寬度可調，并具有較高的穩定性。一般由單穩態觸發器等電路組成。4）整形級：起限幅與電流放大的作用，一般由限幅、放大電路組成。5）輸出級：主要對輸出信號進行功率放大及極性、幅度的調整，主要由脈沖放大器、倒相器