模擬信號發(fā)生器的工作原理

模擬信號發(fā)生器能輸出多種波形，一般由集成電路與晶體管構(gòu)成，通常采用恒流充放電的原理來產(chǎn)生三龜波，同時產(chǎn)生方波，改變充放電的電流值，就可以得到不同頻率的信號。當充電與放電的電流值不相等時,原先的三角波就變成各種斜率的鋸齒波，同時方波變成工作占空比的矩形波。另外，將三角波通過波形變換電路，可以產(chǎn)生正弦波。產(chǎn)生的波形經(jīng)過函數(shù)開關(guān)轉(zhuǎn)換由功率放大器放大后輸出。模擬信號發(fā)生器的電路構(gòu)成有多種形式，一般有以下幾個環(huán)節(jié)。

1. 基本波形發(fā)生電路

波形發(fā)生可以是由RC振蕩器、壓控振蕩器等電路產(chǎn)生。

2. 波形轉(zhuǎn)換電路

基本波形通過矩形整形電路、正弦波整形電路、角波整形電路 進行方波、正弦波、三角波間的波形轉(zhuǎn)換。

3. 放大電路

將波形轉(zhuǎn)換電路輸出的波形進行信號放大。

4. 可調(diào)衰減電路

可將輸出信號進行20dB、40dB、60dB衰減處理，輸出各種幅度的信號。

其簡化的工作原理框圖如圖8-4所示，圖中方波由藍角波通過方 波變換電路變換而成。實際電路中，三角波和方波的產(chǎn)生是難以分開的，方波形成電路通常是三角波發(fā)生器的組成部分，正弦波是三角波通過正弦波形成電路變換而來的。所需的波形經(jīng)過選取、放大后經(jīng)衰減器輸出。直流偏置電路提供一個直流補償，使信號發(fā)生器輸出的交流信號可加進直流成分，而且直流成分的大小可以調(diào)節(jié)。

數(shù)字合成信號發(fā)生器沒有振蕩元件，是用數(shù)字合成方法產(chǎn)生一連串數(shù)據(jù)流，再經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生預先設(shè)定的模擬信號，即利用程序軟件產(chǎn)生所需的信號，其原理框圖如圖8-5所示。

波形合成原理：例如要產(chǎn)生一個正弦波，首先將函數(shù)y=sina:進行數(shù)字量化，再以為地址，y為量化數(shù)據(jù)，依次存人波形存儲器。

數(shù)字合成信號發(fā)生器是使用相位累加技術(shù)控制波形存儲器的地址，在每個采樣周期中，數(shù)字合成信號發(fā)生器都把一個相位增量，累加到相位累加器的當前結(jié)果上，通過改變相位增量而使輸出的頻率發(fā)生改變；再根據(jù)相位累加器輸出的地址，由波形存儲器取出波形量化數(shù)據(jù)， 經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運算放大器轉(zhuǎn)換成模擬信號電壓。但是波形數(shù)據(jù)是簡短的采樣數(shù)據(jù)，輸出是一個階梯形的正弦波，必須經(jīng)過低通濾波器 濾除波形中的高次諧波，才可變?yōu)檫B續(xù)的，可供使用的正弦波。

正弦波的輸出幅度是由幅度控制器控制的，它將低通濾波器輸出 的滿幅度信號，按照設(shè)定的要求進行比例衰減，經(jīng)過功率放大器放大后，送至輸出端口。微處理器是整機的控制中心，通過鍵盤控制各個模塊工作，實現(xiàn)其輸出設(shè)置。

8.4.1低頻信號發(fā)生器的組成

低頻信號發(fā)生器組成框圖如圖8-6所示，主要包括主振器、緩沖放大器、電平調(diào)節(jié)器、功率放大器、輸出衰減器、阻抗變換器和輸出指示器等部分。

1. 主振器

主振器是低頻信號發(fā)生器的核心部分，產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦信號，它決定了信號發(fā)生器的有效頻率范圍和頻率穩(wěn)定度。低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號的方法有多種，現(xiàn)代低頻信號發(fā)生器中，主振器常采用RC文氏電橋振蕩電路。其原理框圖如圖8-7所示。

2. 緩沖放大器

緩沖放大器兼有緩沖和電壓放大的作用。緩沖是為了將后級電路與主振器隔離，防止后級電路、 負載等的變化對主振器的影響， 保證主振頻率穩(wěn)定，一般采用射極跟隨器或運算放大器組成的電壓跟隨器

3. 功率放大器

功率放大器用來對電平調(diào) 節(jié)器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到額定的功率輸出，驅(qū)動低阻抗負載。通常采用電壓跟隨器或BTL電路等。

4. 輸出衰減器

如圖8-8.所示電路為低頻信號發(fā)生器中zui常用的輸出衰減器。由電位器RP取出一部分信號電壓加于A~組成的步進衰減器，調(diào)節(jié)電位器或調(diào)節(jié)波段開關(guān)s所接的檔位，均可使衰減器輸出不同電壓。