信號發生器的分類及其詳細介紹
2014-07-12
正弦信號發生器：正弦信號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。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號發生器、高頻信號發生器和微波信號發生器;按輸出電平可調節范圍和穩定度分為簡易信號發生器（即信號源）、標準信號發生器（輸出功率能準確地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信號發生器（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號發生器、掃頻式信號發生器、程控式信號發生器和頻率合成式信號發生器等。
用555制作的多波形信號發生器低頻信號發生器：包括音頻（200～20000赫）和視頻（1赫～10兆赫）范圍的正弦波發生器。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。
高頻信號發生器：頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號發生器。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標。輸出信號可用內部或外加的低頻正弦信號調幅或調頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。（圖1）的輸出信號電平能準確讀數，所加的調幅度或頻偏也能用電表讀出。此外，儀器還有防止信號泄漏的良好屏蔽。
微波信號發生器：從分米波直到毫米波波段的信號發生器。信號通常由帶分布參數諧振腔的超高頻三極管和反射速調管產生，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，每臺可覆蓋一個倍頻程左右，由腔體耦合出的信號功率一般可達10毫瓦以上。簡易信號源只要求能加1000赫方波調幅，而標準信號發生器則能將輸出基準電平調節到1毫瓦，再從后隨衰減器讀出信號電平的分貝毫瓦值;還必須有內部或外加矩形脈沖調幅，以便測試雷達等接收機。
掃頻和程控信號發生器：掃頻信號發生器能夠產生幅度恒定、頻率在限定范圍內作線性變化的信號。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，后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。掃頻信號發生器有自動掃頻、手控、程控和遠控等工作方式。
標準信號發生器頻率合成式信號發生器：這種發生器的信號不是由振蕩器直接產生，而是以高穩定度石英振蕩器作為標準頻率源，利用頻率合成技術形成所需之任意頻率的信號，具有與標準頻率源相同的頻率準確度和穩定度。輸出信號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，適用于自動測試系統。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復雜，最高輸出頻率只能達1000兆赫左右。用得較多的間接式頻率合成器是利用標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），使之產生并輸出各種所需頻率的信號。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、可程控的合成式信號發生器，還可作為鎖相式掃頻發生器。
函數發生器：又稱波形發生器。它能產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）信號。頻率范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為產生上述波形的方法之一，將積分電路與某種帶有回滯特性的閾值開關電路（如施米特觸發器）相連成環路，積分器能將方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一閾值或下降到另一閾值時發生躍變而形成方波，頻率除能隨積分器中的RC值的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個閾值而改變。將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產生正弦波，再對它多次放大、削波而形成方波，再將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態外，還能按鍵控、門控或觸發等方式工作。
脈沖信號發生器：產生寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發生器，可用以測試線性系統的瞬態響應，或用模擬信號來測試雷達、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。通常在外加觸發信號之后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，然后再經過一段可調節的延遲時間才輸出主信號脈沖，其寬度可以調節。有的能輸出成對的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。
隨機信號發生器：隨機信號發生器分為噪聲信號發生器和偽隨機信號發生器兩類。
噪聲信號發生器：完全隨機性信號是在工作頻帶內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態噪聲源（可工作在18吉赫以下整個頻段內）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。噪聲信號發生器主要用途是：①在待測系統中引入一個隨機信號，以模擬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號與系統內部噪聲相比較以測定噪聲系數;③用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測試系統的動態特性。例如，用白噪聲作為輸入信號而測出網絡的輸出信號與輸入信號的互相關函數，便可得到這一網絡的沖激響應函數。
偽隨機信號發生器：用白噪聲信號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，這可用偽隨機信號來解決。當二進制編碼信號的脈沖寬度墹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的頻帶內信號頻譜的幅度均勻，稱為偽隨機信號。只要所取的測量時間等于這種編碼信號周期的整數倍，便不會引入統計性誤差。二進碼信號還能提供相關測量中所需的時間延遲。偽隨機編碼信號發生器由帶有反饋環路的n級移位寄存器組成，所產生的碼長為N=2-1。
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