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函數(shù)信號發(fā)生器的認識


  來源: 儀器儀表商情網(wǎng) 時間:2015-11-04 作者:荊楚
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       信號發(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號發(fā)生器及任意波形發(fā)生器,而函數(shù)波形發(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)均優(yōu)于模擬,其鎖相環(huán)(PLL)的設(shè)計讓輸出信號不僅是頻率精準,而且相位抖動(phaseJitter)及頻率漂移均能達到相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài),但畢竟是數(shù)字式信號源,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)信號發(fā)。
      這是通用模擬式函數(shù)信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu),是以三角波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)經(jīng)二極管所構(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)生方波,換句話說,如果以恒流源對電容充電,即可產(chǎn)生正斜率的斜波。同理,右以恒流源將儲存在電容上的電荷放電即產(chǎn)生負斜率的斜波,電路結(jié)構(gòu)如下:
       當(dāng)I1=I2時,即可產(chǎn)生對稱的三角波,如果I1>I2,此時即產(chǎn)生負斜率的鋸齒波,同理I1<I2即產(chǎn)生正斜率鋸齒波。
       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,這也就是信號源上調(diào)整頻率的電位器,只不過需要簡單地將原本是電壓信號轉(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、改變電平的幅度,亦即改變方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度,即可達到改變脈寬而頻率不變的特性,但其最主要的缺點是占空比一般無法調(diào)到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數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,那么得到的數(shù)字信號就發(fā)生變動而無所適從。但蝗莘袢系腦謔褂蒙媳冉蝦玫鰲?
       2、占空比變,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(正、負可利用電路予以切換),改變充放電斜率,即可達成。
       這種方式的設(shè)計一般使用者的反應(yīng)是“難調(diào)”,這是大缺點,但它可以產(chǎn)生10%以下的占空比卻是在采樣時的必備條件。
       以上的兩種占空比調(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產(chǎn)生“像樣的”鋸齒波。
接下來PA(功率放大器)的設(shè)計。首先是利用運算放大器(OP),再利用推拉式(push-pull)放大器(注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防)將信號送到衰減網(wǎng)路,這部分牽涉到信號源輸出信號的指標,包含信噪比、方波上升時間及信號源的頻率響應(yīng),好的信號源當(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補償外,也牽涉到PC板的布線方式,一不小心,極易引起振蕩,想設(shè)計這部分電路,除原有的模擬理論基礎(chǔ)外尚需具備實際的經(jīng)驗,“TryError”的耐心是不可缺少的。
       PA信號出來后,經(jīng)過π型的電阻式衰減網(wǎng)路,分別衰減10倍(20dB)或100倍(40dB),此時一部基本的函數(shù)波形發(fā)生器即已完成。(注意:選用π型衰減網(wǎng)絡(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定)。
       一臺功能較強的函數(shù)波形發(fā)生器,還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計等功能,其設(shè)計方式在此也順便一提:

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