【正文】 第 3章 信號發(fā)生器 3．?dāng)?shù)字合成低頻信號發(fā)生器 用 RC文氏橋振蕩器以及以積分器為基礎(chǔ)的函數(shù)發(fā)生器，突出的優(yōu)點是 電路簡單。三角波經(jīng)過由 10只二極管組成的電阻網(wǎng)絡(luò)和緩沖放大器組成的正弦折線成形電路變換 成正弦波。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —14 XD8B框圖 第 3章 信號發(fā)生器 比較器把恒定的正負極性電位 (177。二極管整形網(wǎng)絡(luò)就可實現(xiàn)這種功能，我們用圖 —13(b)所示的二極管整形網(wǎng)絡(luò)來說明其工作原理。點電位為 DuT ,1tRCEuD ???? ?() 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —12 函數(shù)發(fā)生器波形圖 第 3章 信號發(fā)生器 將對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如圖 —13(a)所示。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 3． 3—1l是函數(shù)發(fā)生器的原理圖，圖中由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器 I、 Ⅱ 和積分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，然后由二極管整形網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —10 用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —10 用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器 第 3章 信號發(fā)生器 2．函數(shù)信號發(fā)生器 在低頻 (或超低頻 )信號發(fā)生器的家族中，還有一種被稱為函數(shù)信號發(fā)生器，簡稱函數(shù) 發(fā)生器，它在輸出正弦波的同時，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不同的測試需求。在實際振蕩器中，為了調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡單，一般取 ，并在兩級積分器前，各加一個由同軸電位器構(gòu)成的分壓電路，分壓比均為 a，如圖 3． 3—l0(b)所示，不難得出其振蕩頻率為 1?K?CCCRRR ???? 2121 ,RCafRCa?? 2, 00 ??() 實際振蕩器中，用改變 R或 C的辦法改變頻段，改 變。在圖 (c)中，同樣考慮虛開路、虛短路的理想化條件，可以得到 dttuRCdttiCdttiCuRiuii)(1)(1)(111221121??? ????????() 第 3章 信號發(fā)生器 由式 (3。圖 (a)中 i1＝ i2(虛開路 )， (虛短路 )，所以 111222 , iRuiRu ???12112212RRiRiRuu ????() 第 3章 信號發(fā)生器 因此圖 (a)所示電路具有比例 (乘法、除法 )功能。為了便于分析，不妨就近似認為： ui ≈ 0(習(xí)慣上稱為虛短路，因為小并不真正等于零 )， i ≈ 0(習(xí)慣上稱為虛開路 )輸入電阻、開環(huán)放大系數(shù)分別近似認為 ，這樣就得到圖 3． 38中 (c)的理想化運放模型。輸出電壓受到偏置直流電壓限制，一般在一 15V～ +15V范圍內(nèi)。下面我們主要介紹產(chǎn)生超低頻振蕩的幾種常用方法 . 第 3章 信號發(fā)生器 1．用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器 (1)運算放大器及其理想化模型 圖 3． 38(a)中虛框內(nèi)表示運算放大器， (b)中虛框內(nèi)部分為其等效電路，其中只 i為運算放大器 (以后簡稱運放 )輸入電阻，必為運放開環(huán)放大系數(shù)，圖中 R R1為構(gòu)成實際放大器的反饋電阻。 第 3章 信號發(fā)生器 在電子測量儀器的門類劃分中，并不把超低頻信號發(fā)生器單列一類，我們僅出于從產(chǎn)生低頻振蕩的方法不同考慮，將其單獨列出加以敘述，其實這些產(chǎn)生低頻振蕩的方法，有時也用在一般低頻信號發(fā)生器中。當(dāng)開關(guān)撥向“內(nèi)測”時，它做為信號發(fā)生器輸出指示，由于它位于輸出衰減器之前，因此實際輸出電壓應(yīng)根據(jù)電壓表指示值與輸出衰減分貝數(shù)按表 —l計算。若負載阻抗過小，過載指示燈會再次閃亮，表示已經(jīng)過載，機內(nèi)過載保護電路動作，此時應(yīng)加大負載阻抗值 (即減輕負載 )，使燈熄滅。當(dāng)負載為高阻抗，且輸出頻率接近低高兩端，即接近 10Hz或幾百 kHz時，為保證有足夠的功率輸出，應(yīng)將面板右側(cè)“內(nèi)負載”鍵按下，接通內(nèi)負載。為了保證衰減的準確性及輸出波形不變壞，電壓輸出端鈕上的負載應(yīng)大于 5kΩ . ?第 3章 信號發(fā)生器 功率輸出：將功率開關(guān)按下，用電纜直接從功率輸出插口引出。通過調(diào)節(jié)輸出衰減旋鈕和輸出細調(diào)旋鈕，可以得到較好的非線性失真 (％ )、 較小的電壓輸出 (200 V)和小電壓下較高的信噪比。例如：“頻率范圍”指 10～100kHz檔，“頻率調(diào)節(jié) 1‖指 4，“頻率調(diào)節(jié) ‖指8，“頻率調(diào)節(jié) 0． 01‖指 7，則此時輸出頻率為 48． 7 kHz。 第 3章 信號發(fā)生器 (2)使用 參考圖 XD1低頻信號發(fā)生器框圖。 電源： 220V 177。 交流電壓表： 5V、 15V、 5 0V、 15 0V四檔， ≤177。 3dB，100kHz～ 700kHz衰減 ≤80dB 177。 衰減器：電壓輸出， lHz～ 1MHz衰減 ≤80dB 177。 輸出：電壓輸出， lHz～ 1MHz， 5V；最大功率輸出， 10Hz～ 7 0 0kHz(5 0Ω 、 75 Ω 、 150Ω 、 600 Ω )， 10 Hz～ 200 kHz(5 kΩ )， 4W。 2dB 100～ 700kHz(50Ω 、 75 Ω 、1， 50 Ω 、 600Ω )， ≤13dB； 100～ 200kHz(5 kΩ )，≤177。 第 3章 信號發(fā)生器 頻率特性 (輸出信號幅頻特性 )：電壓輸出 177。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —6 差頻信號發(fā)生器框圖 第 3章 信號發(fā)生器 5． XD—l型低頻信號發(fā)生器 由于低頻信號發(fā)生器應(yīng)用非常廣泛和頻繁，我們以 XD—1型低頻信號發(fā)生器為例，介 紹其主要技術(shù)指標和簡要使用方法 . 第 3章 信號發(fā)生器 (1)主要技術(shù)指標 頻率范圍： lHz～ 1MHz，分成 1Hz一 10Hz～100Hz～ 1kHz～ 10kHz一 100kHz～ 1MHz六個頻段 (六檔 )。當(dāng)可變頻率振蕩器頻率從 f1max變成 f1min時，低通濾波器后就得到了 fmax ～ fmin的低頻信號，再經(jīng)放大器和輸出衰減器后得到所需要的低頻信號。例如 L固定，調(diào)節(jié)電容 C改變振蕩頻率，設(shè)電容調(diào)節(jié)范圍為 40～ 450pF，則頻率復(fù)蓋系數(shù) 3404 5 0m i nm a xm i nm a x ????CCffK () 如果用只 C橋式振蕩器，仍以上面的情況為例，根據(jù) 式 (3． 3—2)，可以得到頻率復(fù)蓋系數(shù) 114045 0m i nm a xm i nm a x ????CCffK () 第 3章 信號發(fā)生器 事實上，例如以 RC文氏橋電路構(gòu)成振蕩器的 XD1型低頻信號源，信號頻率范圍為 1kHz ～ 1MHz，分為 6個頻段，每個頻段內(nèi)的頻率復(fù)蓋系數(shù)均為主 0。這是因 為對 L、 C振蕩電路，振蕩頻率 當(dāng)頻率較低時， L、 C的體積都相當(dāng)大，分布電容、漏電導(dǎo)等也都相應(yīng)很大，而品質(zhì)因數(shù) Q值降低很多， 諧振特性變壞，且調(diào)節(jié)困難。為此實際振蕩器電路中放大器輸入級常采用場效應(yīng)管，以提高輸入阻抗 Ri，輸出時加接射極跟隨器，以降低輸出阻抗 Ro. 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —4 XD—2低頻信號發(fā)生器中的 RC振蕩器 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —5 放大器輸入輸出阻抗對 RC網(wǎng)絡(luò)的影響 第 3章 信號發(fā)生器 4．其他低頻振蕩器 (l) LC振蕩器 當(dāng)談到正弦振蕩時，很容易想到用 L、 C構(gòu)成諧振電路和晶體管放大器來實現(xiàn)。圖 —4是 XD—2型低頻信號發(fā)生器中的月 C振蕩器部分電路。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —3 使用熱敏電阻 Rt作為增益控制器件的 文氏橋式振蕩器方框圖 第 3章 信號發(fā)生器 由式 (3． 3—2)可知，改變電阻 R和電容 C數(shù)值可調(diào)節(jié)振蕩頻率。 第 3章 信號發(fā)生器 熱敏電阻只，的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時，由于該電壓也直接接在 Rt、 Rf串聯(lián)電路，流過 Rt的電流也隨之增加而導(dǎo)致 Rt阻值降低，負反饋加大，放大器總增益降低，使輸出電壓減小，達到穩(wěn)定輸出信號振幅的目的。因此，總是使用高增益的二級放大器加上負反饋，使得在維持振蕩期間，總電壓增益為 3，這樣就形成了圖3， 3—3所示的文氏橋振蕩電路。.由圖 (b)、 (c)可以看出：當(dāng) ，或 時，輸出信號與輸入信號同相，且此時傳輸函數(shù)模最大 ，如果輸出信號 后接放大倍數(shù) 的同相放大器(一般 由兩級反相放大器級聯(lián)實現(xiàn) )，那么就可以維持 或者 的正弦振蕩，而 由于 RC網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，其他頻率的信號將被抑制。在圖 (a)中， 是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓， 是輸出電壓， Z1為 R、 C串聯(lián)阻抗， Z2為 R、 C并聯(lián)阻抗，則網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù) iU?oU?)(31)(31)1(31)(0000212ffffjjCRCRjZZZUUjNio?????????????????????（ ） 第 3章 信號發(fā)生器 式中 RCfRC ?? 21,100 ??（ ） 由式 (3。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —1 低頻信號發(fā)生器框圖 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —1 低頻信號發(fā)生器框圖 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —2 RC文氏橋網(wǎng)絡(luò) 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —2 RC文氏橋網(wǎng)絡(luò) 第 3章 信號發(fā)生器 圖 3． 32給出了文氏橋式網(wǎng)絡(luò)及其傳輸函數(shù)的幅頻相頻特性。圖 (a)僅包括電壓輸出，負載能力 弱。 (1～ 2)％；④輸出電壓 0—10v連續(xù)可調(diào)；⑤ 輸出功率約 (～ 5)w連續(xù)可調(diào)；⑥非線性失真 ( ～ 1)％；⑦輸出阻抗可為 50 Ω 、 75 Ω 、 150 Ω 、 600 及 5k Ω 。而像 HP8663這類高檔合成信號發(fā)生器，同時具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等多種調(diào)制功能。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號發(fā)生器，是測試無線電收發(fā)設(shè)備等場合不可缺少的儀器。 ?第 3章 信號發(fā)生器 八、調(diào)制特性 高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一種以上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅信號和調(diào)頻信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。輸出幅度可用電壓 (V， mV， V)或分貝表示。當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時，要特別注意阻抗的匹配。低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為 600Q(或 1 kΩ )，功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有 50Ω 、 75Ω 、 150Ω 、 600Ω和5kΩ等檔。由于 等較 U1小得多，為了測量上的方便，也用下面公式定義 y： nUU