2.3 函數信號發生器

函數發生器是一種能產生正弦波、三角波、方波、斜波和脈沖波等信號的裝置。常用于科研、生產、維修和實驗中。例如在教學實驗中，常使用函數發生器的輸出波形作為標準輸入信號，接至放大器的輸入端，配合測試儀器，例如用示波器定性觀察放大器的輸出端，判斷放大器是否工作正常，否則，通過調整放大器的電路參數，使之工作在放大狀態；然后，通過測試儀器（例如用晶體管毫伏表對輸出端進行定量測試），從而獲得該放大器的性能指標。

2.3.1 函數信號發生器工作原理

函數信號發生器的工作原理框圖如圖2-13所示。

信號發生器采用恒流對積分器中的電容器進行充、放電來產生三角波和方波。圖2-13中，電子開關在電壓比較器輸出的開關信號作用下，用于控制恒流源對電容器進行充、放電。當正向恒流源對電容器進行充電時，電容器上的電壓線性上升，若達到電壓比較器的正閾值時，電壓比較器電路狀態翻轉，迫使電子開關狀態的改變，于是電容器對反向恒流源放電，若電容器上的電壓降至電壓比較器的負閾值時，電壓比較器和電子開關的狀態隨之翻轉，周而復始，于是在電容器上得到三角波，在電壓比較器輸出端得到方波。

如果改變充、放電子的電流值或電容的容量，便可獲得不同頻率的信號。可通過改變電容的容量來改變輸出信號的頻段，通過調節電位器來改變恒流源電流的大小，以實現頻率的連續變化。

改變正、負充放電流的大小可由三角波變為各種斜率的鋸齒波，同時，方波就變成各種占空比的脈沖。采用多級橋式二極管網絡，利用二極管的非線性原理，可使三角波變換為下正弦波。由波形選擇開關選出的正弦波、三角波及其他波形，經輸出級的電壓或功率放大后輸出。

2.3.2 函數信號發生器（EE1641B型）應用

EE1641B型函數信號發生器是一種精密的測試儀器，如圖2-14所示。具有連續信號、掃描信號、函數信號、脈沖信號等多種輸出信號和外部測頻功能。

1．主要特點

1）采用大規模單片集成精密函數發生器電路。

2）采用單片微機電路進行整周期頻率測量和智能化管理，對于輸出信號的頻率幅度可以直觀、準確地了解到。

3）該機采用了精密電流源電路，使輸出信號在整個頻帶內均具有相當高的精度，同時多種電流源的變換使用，使儀器不僅具有正弦波、三角波、方波等基本波形，更具有鋸齒波、脈沖波等多種非對稱波形的輸出，同時對各種波形均可以實現掃描功能。

2．技術參數

1）函數信號發生器技術參數

（1）輸出頻率

EE1641B:0.2Hz～2MHz按十進制分類，共分7檔。

每檔均以頻率微調電位器實行頻率調節。

（2）輸出信號阻抗

函數輸出：50Ω。

TTL同步輸出：600Ω。

（3）輸出信號波形

函數輸出（對稱或非對稱輸出）：正弦波、三角波、方波。

TTL同步輸出：脈沖波。

（4）輸出信號幅度

函數輸出：峰峰值l0V±10%（50負載）峰峰值20V±10%（1M負載）。

TTL脈沖輸出：標準TTL幅度。

（5）函數輸出信號直流電平：-5V～+5V可調（50Ω負載）

（6）函數輸出信號衰減：0dB/20dB/40dB三檔可調

（7）輸出信號類型：單頻信號、掃頻信號

（8）函數輸出非對稱性調節范圍：25%～75%

（9）掃描方式

內掃描方式：線性/對數掃描方式。

外掃描方式：由VCF輸入信號決定。

（10）內掃描特性

掃描時間l0ms～5s。

掃描寬度：＜1個倍頻程。

（11）外掃描特性

輸入阻抗：約100k。

輸入信號幅度：0～2V。

輸入信號周期：l0ms～5s。

（12）輸出信號特征

正弦波失真度：＜2%。

三角波線性度：＞90%。

（13）脈沖波上升、下降沿時間

EE1641B: ＜100ns。

測試條件：l0kHz頻率輸出，輸出幅度1V；直流電平為0V。整機預熱10min；“掃描/計數”為外計數，功能（無外信號）。輸入“低通”、“衰減”打開（燈亮）。

（14）輸出信號頻率穩定度：±0.1%

測試條件：l00kHz正弦波頻率輸出，輸出幅度：峰峰值為5V信號，直流電平為0V；環境溫度：15～25℃，整機預熱30min。

（15）幅度顯示

顯示位數：3位（小數點自動定位）。

顯示單位：峰峰值V或峰峰值mV。

顯示誤差：Vo±20%（負載電阻為50）。

分辨率：峰峰值0.1V（衰減0dB）。

峰峰值10mV（衰減20dB）。

峰峰值1mV（衰減40dB）。

頻率顯示

顯示范圍：0.2Hz～20000kHz。

在用作信號源輸出頻率指示時，閘門指示燈不閃亮，顯示位數4位（其中500～999為3位）。在外測頻時，顯示有效位數：5位l0Hz～20000kHz:4位1～l0Hz;3位0.2～1 Hz。

2）頻率計數器技術參數

（1）頻率測量范圍：0.2Hz～20000kHz

（2）輸入電壓范圍（衰減器為0dB）：

50mV～2V（l0Hz～20000kHz）。

100mV～2V（0.2～l0Hz）。

（3）輸入阻抗：500k Ω/30pF

（4）波形適應性：正弦波、方波

（5）濾波器截止頻率：大約為l00kHz（帶內衰減，滿足最小輸入電壓要求）

（6）測量時間：0.ls（fi＞l0Hz）；單個被測信號周期（fi＜l0Hz）

（7）測量誤差：時基誤差與觸發誤差（觸發誤差：單周期測量時被測信號的信號噪聲比優于40dB，則觸發誤差小于或等于0.3%）

（8）時基

標稱頻率：l0MHz。

頻率穩定度：±5×10 -5。

3）電源適應性及整機功耗

（1）電壓：220V±10%

（2）頻率：50Hz±5%

（3）功耗：＜30W

3．工作原理

（1）整機電路如圖2-15所示，由兩片單片機進行管理，主要功能為：控制函數發生器產生的頻率；控制輸出信號的波形；測量輸出的頻率或測量外部輸入的頻率并顯示；測量輸出信號的幅度并顯示。

（2）函數信號由專用的集成電路產生，該電路集成度大，線路簡單、精度高并易于與微機接口，使得整機指標得到可靠保證。

（3）掃描電路由多片運算放大器組成，以滿足掃描寬度、掃描速度的需要。寬帶直流功放電路的選用，保證輸出信號的帶負載能力以及輸出信號的直流電平偏移均可受面板電位器控制。

（4）整機電源采用線性電路以保證輸出波形的純凈性，具有過壓、過流、過熱保護。

4．使用說明

EE1641B前面板、后面板布局參見圖2-16和圖2-17所示。

1）EE1641B前面板各部分的名稱和作用

①頻率顯示窗口：顯示輸出信號的頻率或外測頻信號的頻率。

②幅度顯示窗口：顯示函數輸出信號的幅度（50Ω負載時的峰峰值）。

③掃描寬度調節旋鈕。

④掃描速率調節：調節此電位器可以改變內掃描的時間長短。在外測頻時，逆時針旋到綠燈亮，為外輸入測量信號經過衰減“20dB”進入測量系統。

⑤外部輸入插座：當掃描/計數鍵?功能選擇在外掃描外計數狀態時，外掃描控制信號或外測頻信號由此輸入。

⑥ TTL信號輸出端：輸出標準的TTL幅度的脈沖信號，輸出阻抗為600Ω。

⑦函數信號輸出端：輸出多種波形受控的函數信號，輸出幅度峰峰值為20V（1 MΩ負載），峰峰值為10V（50Ω負載）。

⑧函數信號輸出幅度調節旋鈕：調節范圍20dB。

⑨函數信號輸出信號直流電平預置調節旋鈕：調節范圍：-5V～+5V（50Ω負載），當電位器處在關斷位置時（逆時針旋到底），則為0電平。

⑩輸出波形，對稱性調節旋鈕：調節此旋鈕可改變輸出信號的對稱性。當電位器處關斷位置時（逆時針旋到底），則輸出對稱信號。

函數信號輸出幅度衰減開關：“20dB”，“40dB”鍵均不按下，輸出信號不經衰減，直接輸出到插座口。“20dB”、“40dB”鍵分別按下，則可選擇20dB或40dB衰減。

函數輸出波形選擇按鈕：可選擇正弦波、三角波、脈沖波輸出。

掃描/計數’按鈕：可選擇多種掃描方式和外測頻方式。

頻率范圍選擇旋鈕：調節此旋鈕可改變輸出頻率的1個倍頻程。

整機電源開關：此按鍵按下時，機內電源接通，整機工作。此鍵釋放為關掉整機電源。

2）后面板各部分的名稱和作用

①電源插座（AC220V）：交流市電220V輸入插座。

②保險絲座（FUSE0.5A）：交流市電220V進線保險絲管座，座內保險容量為0.5A，座內另有一只備用0.5A保險絲。

3）測量、試驗的準備工作

請先檢查市電電壓，確認市電電壓在220V±10%范圍內，方可將電源線插頭插入本儀器后面板電源線插座內，供儀器隨時開啟工作。

4）自校檢查

在使用本儀器進行測試工作之前，可對其進行自校檢查，以確定儀器工作正常與否。自校檢查程序參見圖2-18所示。

5）函數信號輸出

（1）50Ω主函數信號輸出

以終端連接50Ω匹配器的測試電纜，由前面板插座⑦輸出函數信號。

由頻率選擇按鈕?選定輸出函數信號的頻段，由頻率調節器調整輸出信號頻率，直到所需的工作頻率值。

由波形選擇按鈕?選定輸出函數的波形分別獲得正弦波、三角波、脈沖波。

由信號幅度選擇器⑩和⑧選定和調節輸出信號的幅度。

由信號電平設定器⑨選定輸出信號所攜帶的直流電平。

輸出波形對稱調節器?可改變輸出脈沖信號空度比，與此類似，輸出波形為三角或正弦時可使三角波調變為鋸齒波，正弦波調變為正與負半周分別為不同角頻率的正弦波形，且可移相180°。

（2）TTL脈沖信號輸出

除信號電平為標準TTL電平外，其重復頻率、調控操作均與函數輸出信號一致。利用測試電纜（終端不加50Ω匹配器）由插座⑥輸出TTL脈沖信號。

（3）內掃描掃頻信號輸出

“掃描/計數”按鈕?選定為內掃描方式。

分別調節掃描寬度調節器③和掃描速率調節器④，即獲得所需的掃描信號輸出。

函數輸出插座⑦、TTL脈沖信號⑥輸出插座均輸出相應的內掃描的掃頻信號。

（4）外掃描調頻信號輸出

“掃描/計數”按鈕?選定為“外掃描方式”。

由外部輸入插座⑤輸入相應的控制信號，即可得到相應的受控掃描信號。

（5）外測頻功能檢查

“掃描/計數”按鈕?選定為“外計數方式”。

用本機提供的測試電纜，將函數信號引入外部輸入插座⑤，觀察顯示頻率應與“內”測量時相同。