第三章：信号发生器及应用电路.docVIP

第三章：信号发生器 概述 信号发生器（signal generator）又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。 1、信号发生器的实现方法 函数信号发生器的实现方法通常有以下几种： 　　（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 　　（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。 　　（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器IC MAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。 　　（4）利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。 2、按信号波形分类 信号发生器按其信号波形分为四大类： （1）正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。 （2）函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。 （3）脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。 （4）随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。 多功能信号发生器实例 本例是以集成电路ICL 8038为核心器件制作的一种信号发生器，可以实现输出方波、正弦波、三角波，具有频率范围大，波形失真小等特点。 信号发生器原理 电源部分 由变压器T、桥堆、电容C1-C4以及三段稳压器L7812和L7912组成，可提供稳定的±12V电源电压。主原理图如附录1。 信号发生器部分 ICL 8038可同时输出方波、三角波和正弦波，使用时只需接少量电阻、电容。RP5为方波输出占空必调节电阻，阻值为4.7KΩ，用来改变4、5脚电压，从而改变方波占空比。RP1、R1和R2组成分压网络，RP1为频率调节电位器（精密电位器），阻值为10K，调节RP1，可改变ICL 8038的8脚输入电压，可改变频率；C6~C11为外接定时电容，改变S2的位置可获得6个频段（0-20Hz,20-200Hz,200-2KHz,2K-20KHz,20K-200KHz,200K-1MHz）的输出信号。RP3、RP4可调节正弦波的失真度。ICL 8038的2脚输出正弦波、3脚输出三角波、9脚输出方波。 输出驱动部分 由于ICL 8038输出的信号幅度小，需要放大输出信号。输出驱动电路RP2、R9-R14及LF353组成。LF353内部双运放电路，1、2、3脚和5、6、7脚各组成一个运放，LF353性能优良。ICL 8038的信号经过R9、R10、R11、R12组成的幅值微调电路后，送LF353放大输出。RP2是优质多圈电位器（精密电位器），阻值为10KΩ。R12、R13以及开关S4组成幅值衰减电路。工作原理是通过改变Rf，使电压放大倍数Au=Uo/Ui=-Rf/R1