函數(shù)信號發(fā)生器的基本知識

使用一個(gè)激發(fā)裝置(即信號源)來激勵(lì)一個(gè)系統(tǒng)，以便觀察、分析它對激勵(lì)信號的反映如何，這是電子測試技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)之一。在設(shè)計(jì)、制造飛機(jī)時(shí)，需要事先了解機(jī)體及其有關(guān)設(shè)備在各種氣流、雷擊、雨水、溫變干擾下的反映情況；在發(fā)展冶煉技術(shù)時(shí)，需要了解爐內(nèi)物態(tài)隨爐臉溫度燃油器噴口溫度而變化的動態(tài)過程；在分析一個(gè)電子線路時(shí)，常常需要了解輸出信號頻率及振幅與輸入信號頻率及振幅之間的關(guān)系。這樣，在進(jìn)行上述過程的硬件或軟件的模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)．就需要人為地產(chǎn)生各種模仿的信號。系統(tǒng)在這些模仿的信號的激勵(lì)下產(chǎn)生各種反應(yīng)，因此，稱它們?yōu)榧?lì)信號。產(chǎn)生這些信號的儀器設(shè)備稱為信號源。

信號源包括函數(shù)信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生器、任意波形信號發(fā)生器以及掃描頻率發(fā)生器等多種設(shè)備，用于各種各樣的工程測試。圖11.1所示的產(chǎn)品系列樹反映出信號源之間的關(guān)系，其中直接數(shù)字器件合成(DDS)是一種較新的技術(shù)，它利用了最現(xiàn)代化的數(shù)字器件的能力，成為系列產(chǎn)品的主干，發(fā)展出函數(shù)發(fā)生器相任意波形發(fā)生器這樣高水平的產(chǎn)品。

基本的函數(shù)發(fā)生器提供正弦波、方波和三角波，頻率范圍在1MHz到約50MHz之間。圖11.2顯示的是一個(gè)包含兩個(gè)運(yùn)算放大器的基本函數(shù)發(fā)生器。器件A1是一個(gè)積分器，它提供一個(gè)三角波輸出信號，它所產(chǎn)生的三角波信號通過正弦波形成電路而產(chǎn)生正弦波信號輸出。器件A2是一個(gè)電壓比較器，它產(chǎn)生一個(gè)方波信號。大多數(shù)普通價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器都以一些單片式集成電路(IC)為基礎(chǔ)，并能提供正弦波、方波和三角波。價(jià)格較高者則能提供觸發(fā)信號*只有較寬的頻率范圍祁較穩(wěn)定的頻率．具有可變的上升時(shí)間(對方波而言)和可變的直流補(bǔ)償．具有較高的頻率準(zhǔn)確度和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動能力，旦波形失真度小。

函數(shù)發(fā)生器在輸出保真和方波上升沿方面性能的提高，依賴于兩類相關(guān)的信號發(fā)生器的支持：低失真、低頻率函數(shù)發(fā)生器和脈沖發(fā)生器。經(jīng)優(yōu)化的低失真信號源常用于信號保真要求很高的地方，高性能音頻系統(tǒng)就是最明顯的例子。用阻容積分器獲得不同波形的基本原理是：先以一個(gè)恒定的電流源向電容充電，然后用另一個(gè)恒定的電流源使它放電。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三角波發(fā)生器的輸出信號斜率的線性。輸出信號的頻率是通過選擇電容的范圍和充電電流來確定的，這一電流又取決子對輸入電壓的控制，而輸入電壓則通過頻率調(diào)諧設(shè)置和掃描電路輸入來控制。圖11.3是一個(gè)函數(shù)發(fā)生器的簡化框圖。

有一類函數(shù)發(fā)生器具有對頻率信號進(jìn)行掃描的能力，叫做掃描震蕩發(fā)生器。他們能產(chǎn)生一個(gè)緩慢變化的斜坡，這一斜坡反過來作用于包括被控制的電流源的元件上，使得被控制的電流源的主振頻在掃描模塊所給定的始末時(shí)刻之間變化(圖11.4)。

這種在函數(shù)發(fā)生器中具有積分電容器且由開關(guān)控制電源的方法可進(jìn)一步發(fā)展為使月獨(dú)市的可調(diào)頻率發(fā)生器，它可以方便地調(diào)制輸出AM／FM／Ext則頻率范圍。更進(jìn)一步地，采用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器和存儲器來配合實(shí)現(xiàn)輸出函數(shù)的幅度和頻率顯示。在使用開關(guān)積分器的條件下，頻率穩(wěn)定性可達(dá)到±2％。若需更進(jìn)一步提高穩(wěn)定性，則可使用品體(振蕩)控制器和PLL(鎖相環(huán)路)模塊。