信号发生器工作原理 信号发生器原理 信号发生器原理 工作原理

信号发生器也称信号源,是用来产生振荡信号的一种仪器,为使用者提供需要的稳定、可信的参考信号,并且信号的特征参数完全可控。


信号发生器的基本原理
现代信号发生器的结构非常复杂,与早期的简易信号发生器天差地别,但总体基本结构功能单元还是类似WWw.aIhUaU.COM的。信号发生器的主要部件有频率产生单元、调制单元、缓冲放大单元、衰减输出单元、显示单元、控制单元。早期的信号发生器都采用模拟电路,现代信号发生器越来越多地使用数字电路或单片机控制,内部电路结构上有了很大的变化。

频率产生单元是信号发生器的基础和核心。早期的高频信号发生器采用模拟电路LC振荡器,低频信号发生器则较多采用文氏电桥振荡器和RC移相振荡器。由于早期没有频率合成技术,所以上述LC、RC振荡器优点是结构简单,可以产生连续变化的频率,缺点是频率稳定度不够高。早期产品为了提高信号发生器频率稳定度,在可变电容的精密调节方面下了很多功夫,不少产品都设计了精密的传动机构和指示机构,所以很多早期的高级信号发生器体积大、重量重。后来,人们发现采用石英晶体构成振荡电路,产生的频率稳定,但是石英晶体的频率是固定的,在没有频率合成的技术条件下,只能做成固定频率信号发生器。之后也出现过压控振荡器,虽然频率稳定度比LC振荡器好些,但依然不够理想,不过压控振荡器摆脱了LC振荡器的机械结构,可以大大缩减仪器的体积,同时电路不太复杂,成本也不高。现在一些低端的函数信号发生器依然采用这种方式。


信号发生器的分类与用途
信号发生器按传统工作频段分类,有超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器。

超低频信号发生器一般是指工作频率下潜到0.1Hz以下的信号发生器,一般用于专业上的特殊用途。低频信号发生器一般是指工作频率主要在1Hz~1MHz的信号发生器,多用于音频领域。高频信号发生器,也叫射频信号发生器,一般是指工作频率从100kHz到几百兆赫的信号发生器(目前频率高的可以达到几吉赫兹),多用于通信和测量领域。微波信号发生器一般是指工作频率高达数吉赫兹到几十吉赫兹的信号发生器,多用于雷达领域。


信号发生器的应用与意义

信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信号,为后端电路提供一个理想信号。由于信号源信号的特征参数均可人为设定,所以可以方便地模拟各种情况下不同特性的信号,对于产品研发和电路实验特别有用。在电路测试中,我们可以通过测量、对比输入和输出信号,来判断信号处理电路的功能和特性是否达到设计要求。例如,用信号发生器产生一个频率为1kHz的正弦波信号,输入到一个被测的信号处理电路(功能为正弦波输入、方波输出),在被测电路输出端可以用示波器检验是否有符合设计要求的方波输出。高精度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源(参考源),待校准仪器以参考源为标准进行调校。由此可看出,信号发生器可广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域。


信号发生器的使用与测量单位
普通标准信号发生器使用比较简单,首先是设置工作频率,高频信号发生器一般采用“MHz”作单位,工作频率较低的信号发生器,如函数信号发生器,也有以“kHz”作单位的。其次是选择调制方式或波形,就是选择AM还是FM,或者选择正弦波还是方波,再次按需设定调制频率,最后设定信号输出幅度。

信号发生器的信号输出幅度有多种表示单位,有电压单位V、mV、μV(也可以用dB表示为dBμV和dBmV),功率单位dBm。它们之间的换算可以通过查表或者计算求得。现在很多中高档信号发生器输出幅度设定的单位是可以选择的,方便用户应用。一般大部分对讲机说明书中标称灵敏度的单位是μV(微伏),而很多信号发生器和综合测试仪常用dBm作为测量单位。附表是50Ω系统dBm与μV数值换算的对照表。


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信号发生器的品牌
目前,国内高端信号发生器以美国Agilent(安捷伦)和德国Rohde&Schwarz(罗德与施瓦茨)品牌产品为主。此外,Tektronix(泰克)、Aeroflex-IFR和日本ANRITSU(安立)的信号发生器也很好。国内高档函数信号发生器用得比较多的是Agilent33210A和33220A,高端一些的产品是Agilent33250A。高频(射频)信号发生器主要是AgilentE4428C和罗德与施瓦茨的SMC100A。
  

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