信号發生器:能提供各種頻率波形和輸出電平電信号的設備-中文百科頻道

簡介

凡是産生測試信号的儀器，統稱為信号源。也稱為信号發生器，它用于産生被測電路所需特定參數的電測試信号。在測試、研究或調整電子電路及設備時，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應、噪聲系數，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術條件的電信号，以模拟在實際工作中使用的待測設備的激勵信号。當要求進行系統的穩态特性測量時，需使用振幅、頻率已知的正弦信号源。當測試系統的瞬态特性時，又需使用前沿時間、脈沖寬度和重複周期已知的矩形脈沖源。并且要求信号源輸出信号的參數，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定範圍内進行精确調整，有很好的穩定性，有輸出指示。

信号源可以根據輸出波形的不同，劃分為正弦波信号發生器、矩形脈沖信号發生器、函數信号發生器和随機信号發生器等四大類。正弦信号是使用最廣泛的測試信号。這是因為産生正弦信号的方法比較簡單，而且用正弦信号測量比較方便。正弦信号源又可以根據工作頻率範圍的不同劃分為若幹種。

結構

1、内部帶有掃頻輸出功能（全頻段掃頻時間小于5秒）

是指低頻信号發生器具有從低頻開始到高頻（或反之）自動變化的功能即完成100Hz——20KHZ中間所有頻率的低到高或高到低的變化過程，而這一次過程的時間為5秒。

2、帶有外部掃頻控制輸入接口（控制信号為電壓0-5V，控制電流小于1mA）

是指低頻信号發生器所輸出的頻率可以由外部進行控制（有外部控制接口），外部控制頻率變化的電壓是0-5V，控制電流小于1mA。當外部控制電壓在0-5V變化時，低頻信号發生器可以輸出可以在100HZ到20KHZ之間變化。

工作原理

信号發生器用來産生頻率為20Hz～200kHz的正弦信号（低頻）。除具有電壓輸出外，有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛，可用于測試或檢修各種電子儀器設備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信号發生器的外調制信号源。另外，在校準電子電壓表時，它可提供交流信号電壓。低頻信号發生器的原理：系統包括主振級、主振輸出調節電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器（輸出變壓器）和指示電壓表。

主振級産生低頻正弦振蕩信号，經電壓放大器放大，達到電壓輸出幅度的要求，經輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調節電位器調節輸出電壓的大小。

電源自适應的方波發生器原理圖

電路是由六反相器CD4096組成的自适應方波發生器。當輸入端輸入小信号正弦波時，該信号分兩路傳輸，其一路徑C1、D1、D2、C2回路，完成整流倍壓功能，給CD4096提供工作電源；另一路徑電容C3耦合，進入CD4096的一個反相器的輸入端，完成信号放大功能（反相器在小信号工作時，可作放大器用）。該放大信号經後級的門電路處理，變換成方波後經CD4096的12、8、10腳輸出。輸出端的R2為可調電阻，以保證輸出端信号從0～1.25V可調。該方波發生器電路簡單，制作容易，因此可利用該方波發生器電路，作市電供電的50Hz方波發生器。制作時，市電220V的正弦波，應經變壓器隔離降壓（1～0.75V）處理後，輸入到電路的輸入端，以保安全。

分類介紹

正弦信号發生器

正弦信号發生器：正弦信号主要用于測量電路和系統的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按頻率複蓋範圍分為低頻信号發生器、高頻信号發生器和微波信号發生器；按輸出電平可調節範圍和穩定度分為簡易信号發生器（即信号源）、标準信号發生器（輸出功率能準确地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信号發生器（輸出功率達數十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調諧式信号發生器、掃頻式信号發生器、程控式信号發生器和頻率合成式信号發生器等。

低頻信号發生器

包括音頻（200～20000赫）和視頻（1赫～10兆赫）範圍的正弦波發生器。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測試系統的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。

高頻信号發生器

頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信号發生器。一般采用 LC調諧式振蕩器，頻率可由調諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測量各種接收機的技術指标。輸出信号可用内部或外加的低頻正弦信号調幅或調頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。（圖1）的輸出信号電平能準确讀數，所加的調幅度或頻偏也能用電表讀出。此外，儀器還有防止信号洩漏的良好屏蔽。

微波信号發生器

從分米波直到毫米波波段的信号發生器。信号通常由帶分布參數諧振腔的超高頻三極管和反射速調管産生，但有逐漸被微波晶體管、場效應管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢。儀器一般靠機械調諧腔體來改變頻率，每台可複蓋一個倍頻程左右，由腔體耦合出的信号功率一般可達10毫瓦以上。簡易信号源隻要求能加1000赫方波調幅，而标準信号發生器則能将輸出基準電平調節到1毫瓦，再從後随衰減器讀出信号電平的分貝毫瓦值；還必須有内部或外加矩形脈沖調幅，以便測試雷達等接收機。

掃頻和程控信号發生器

掃頻信号發生器能夠産生幅度恒定、頻率在限定範圍内作線性變化的信号。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變容管或磁芯線圈）來實現掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調諧掃頻，用改變返波管螺旋線電極的直流電壓來改變振蕩頻率，後來廣泛采用磁調諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調諧回路，用掃描電流控制直流磁場改變小球的諧振頻率。掃頻信号發生器有自動掃頻、手控、程控和遠控等工作方式。

頻率合成式信号發生器

這種發生器的信号不是由振蕩器直接産生，而是以高穩定度石英振蕩器作為标準頻率源，利用頻率合成技術形成所需之任意頻率的信号，具有與标準頻率源相同的頻率準确度和穩定度。輸出信号頻率通常可按十進位數字選擇，最高能達11位數字的極高分辨力。頻率除用手動選擇外還可程控和遠控，也可進行步級式掃頻，适用于自動測試系統。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路複雜，最高輸出頻率隻能達1000兆赫左右。用得較多的間接式頻率合成器是利用标準頻率源通過鎖相環控制電調諧振蕩器（在環路中同時能實現倍頻、分頻和混頻），使之産生并輸出各種所需頻率的信号。這種合成器的最高頻率可達26.5吉赫。高穩定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調制功能（調幅、調頻和調相），加上放大、穩幅和衰減等電路，便構成一種新型的高性能、可程控的合成式信号發生器，還可作為鎖相式掃頻發生器。

函數發生器

又稱波形發生器。它能産生某些特定的周期性時間函數波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信号。頻率範圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域。圖2為産生上述波形的方法之一，将積分電路與某種帶有回滞特性的阈值開關電路（如施米特觸發器）相連成環路，積分器能将方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一阈值或下降到另一阈值時發生躍變而形成方波，頻率除能随積分器中的RC值的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個阈值而改變。将三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網絡，形成許多不同斜度的折線段，便可形成正弦波。另一種構成方式是用頻率合成器産生正弦波，再對它多次放大、削波而形成方波，再将方波積分成三角波和正、負斜率的鋸齒波等。對這些函數發生器的頻率都可電控、程控、鎖定和掃頻，儀器除工作于連續波狀态外，還能按鍵控、門控或觸發等方式工作。

脈沖信号發生器

産生寬度、幅度和重複頻率可調的矩形脈沖的發生器，可用以測試線性系統的瞬态響應，或用模拟信号來測試雷達、多路通信和其他脈沖數字系統的性能。脈沖發生器主要由主控振蕩器、延時級、脈沖形成級、輸出級和衰減器等組成。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類的電路，除能自激振蕩外，主要按觸發方式工作。通常在外加觸發信号之後首先輸出一個前置觸發脈沖，以便提前觸發示波器等觀測儀器，然後再經過一段可調節的延遲時間才輸出主信号脈沖，其寬度可以調節。有的能輸出成對的主脈沖，有的能分兩路分别輸出不同延遲的主脈沖。

随機信号發生器

随機信号發生器分為噪聲信号發生器和僞随機信号發生器兩類。

噪聲信号發生器

完全随機性信号是在工作頻帶内具有均勻頻譜的白噪聲。常用的白噪聲發生器主要有：工作于1000兆赫以下同軸線系統的飽和二極管式白噪聲發生器；用于微波波導系統的氣體放電管式白噪聲發生器；利用晶體二極管反向電流中噪聲的固态噪聲源（可工作在18吉赫以下整個頻段内）等。噪聲發生器輸出的強度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過電阻熱噪聲的分貝數（稱為超噪比）或用其噪聲溫度來表示。噪聲信号發生器主要用途是：

①在待測系統中引入一個随機信号，以模拟實際工作條件中的噪聲而測定系統的性能；

②外加一個已知噪聲信号與系統内部噪聲相比較以測定噪聲系數；

③用随機信号代替正弦或脈沖信号，以測試系統的動态特性。例如，用白噪聲作為輸入信号而測出網絡的輸出信号與輸入信号的互相關函數，便可得到這一網絡的沖激響應函數。

僞随機信号發生器

用白噪聲信号進行相關函數測量時，若平均測量時間不夠長，則會出現統計性誤差，這可用僞随機信号來解決。當二進制編碼信号的脈沖寬度墹T足夠小，且一個碼周期所含墹T數N很大時，則在低于fb=1/墹T的頻帶内信号頻譜的幅度均勻，稱為僞随機信号。隻要所取的測量時間等于這種編碼信号周期的整數倍，便不會引入統計性誤差。二進碼信号還能提供相關測量中所需的時間延遲。僞随機編碼信号發生器由帶有反饋環路的n級移位寄存器組成，所産生的碼長為。

應用

信号發生器又稱信号源或振蕩器，在生産實踐和科技領域中有着廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠産生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信号發生器。函數信号發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統中，都需要射頻（高頻）發射，這裡的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信号或脈沖信号運載出去，就需要能夠産生高頻的振蕩器。在工業、農業、生物醫學等領域内，如高頻感應加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。

高頻、超高頻和微波信号發生器已形成标準信号發生器系列，不但實現了固态化，而且出現了合成信号發生器和程控信号發生器等；在頻率的範圍、精度、穩定度、分辨力以及輸出電平的範圍、精度、頻響、頻譜純度等性能方面，都在不斷地提高。帶有微處理器的合成高頻信号發生器，其頻率、輸出、調制等的控制已全部鍵盤化，并有6位數字顯示。

作用

信号發生器的作用--信号調制功能:信号調制是指被調制信号中，幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信号中，得到的信号可以傳送從語音、到數據、到視頻的任何信号。信号調制可分為模拟調制和數字調制兩種，其中模拟調制，如幅度調制(AM)和頻率調制(FM)最常用于廣播通信中，而數字調制基于兩種狀态，允許信号表示二進制數據。

技術參數

1.适用範圍：0.1KV、6KV、10KV、22KV、35KV、66KV、110KV、220KV、500KV2.0.1-10KV高低壓兩用交流驗電器。

3.任何電壓等級的近電報警安全冒。

4.220KV驗電信号發生器可用于0.3KV以上各種規格驗電器，對驗電器無損壞。

使用條件

1.空氣溫度：+45~-25℃

2.相對濕度：不大于90%

3.外形尺寸：φ48×200mm

4.工作壽命：不低于15000次

5.電源電壓：4.5V(13号氧化銀電池3節、6F229V)

6.使用場合：室内外無雨天氣

使用方法

選用與驗電器相同電壓等級的驗電信号發生器。手持驗電器工作部分(驗電器頭)将發生器的電極頭接觸被測驗電器的電極頭，按動“工作”開關，此時驗電器發出聲光信号表明驗電器的性能完好，如無聲光指示表明驗電器有故障，應修理或更換後使用。檢測近電報警安全帽時隻須将高壓信号發生器的電極頭靠近報警器按動“工作”開關即可。