函數(shù)信號發(fā)生器YB-3000

產(chǎn)品：函數(shù)信號發(fā)生器YB-3000

技術(shù)指標(biāo) 輸出信號：三角波、方波、正弦波、脈沖波、單次脈沖. TTL電平、直流電平電壓輸出輸出幅度1mV—25Vp-p 輸出阻抗:50Ω±10% 3位數(shù)顯輸出頻率：0.2Hz—2MHz 頻率誤差：±1% 4位數(shù)顯功率輸出頻率0.2Hz —200KHz 輸出功率≥10W空載電壓：≥25Vp-p 外測頻率：0.1Hz－10MHz ±0.1%衰減： 0dB、 -20dB、-40dB 、–60dB直流電平： +10V－-10V連續(xù)可調(diào) 占空比:10%－90%連續(xù)可調(diào)失真度：≤2% (20Hz－20kHz)方波上升時間： ≤50nSTTL方波輸出： ≥3Vp-p 上升時間≤25ns外電壓控制掃頻：輸入電平0－10V 輸出頻率 1:100電源 : 220V ±10% 50Hz－60Hz 外形尺寸：240(W)×90(H)×280(D) 重量：約2.5Kg輸出采用保護電路。

實現(xiàn)方法

（1）用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試

（2）可以由晶體管、運放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。

（3）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國美信公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號發(fā)生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺點，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片*的。MAX038頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計上，MAX038都是優(yōu)選的器件。

（4）利用直接數(shù)字合成DDS芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。

產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號儀器。按其信號波形分為四大類：①正弦信號發(fā)生器。主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻（20赫至10兆赫）信號發(fā)生器、高頻（100千赫至300兆赫）信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等。②函數(shù)（波形）信號發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。③脈沖信號發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號來測試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。④隨機信號發(fā)生器。通常又分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途為：在待測系統(tǒng)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(tǒng)性能；外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測定噪聲系數(shù)；用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，會出現(xiàn)統(tǒng)計性誤差，可用偽隨機信號來解決。

產(chǎn)生器

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。*，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(zhǔn)，而且相位抖動(phase Jitter)及頻率漂移均能達(dá)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)生器。

談及模擬式函數(shù)信號源，結(jié)構(gòu)圖如下：

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。

而三角波是如何產(chǎn)生的，公式如下：

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(fù)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(fù)斜率的鋸齒波，同理I1 < < I2即產(chǎn)生正斜率鋸齒波。

再如圖二所示，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、頻率（周期）不變，脈寬改變，其方法如下：

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(dá)到改變脈寬而頻率不變的特性，但其zui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。但不容否認(rèn)的在使用上比較好調(diào)。

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(fù)可利用電路予以切換），改變充放電斜率，即可達(dá)成。[NextPage]

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*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(biāo)，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，“Try Error”的耐心是*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）

技術(shù)參數(shù)

其余功能

一臺功能較強的函數(shù)波形發(fā)生器，還有掃頻、VCG、TTL、 TRIG、 GATE及或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計電路是重疊的。