你的位置:首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 正文

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器使用方法

發(fā)布時(shí)間:2011-06-01

中心議題:

  • 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器使用方法

信號(hào)發(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及任意波形發(fā)生器,而函數(shù)波形發(fā)生器在設(shè)計(jì)上又區(qū)分出模擬及數(shù)字合成式。眾所周知,數(shù)字合成式函數(shù)信號(hào)源無(wú)論就頻率、幅度乃至信號(hào)的信噪比(S/N)均優(yōu)于模擬,其鎖相環(huán)( PLL)的設(shè)計(jì)讓輸出信號(hào)不僅是頻率精準(zhǔn),而且相位抖動(dòng)(phase Jitter)及頻率漂移均能達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài),但畢竟是數(shù)字式信號(hào)源,數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾,始終難以有效克服,也造成在小信號(hào)的輸出上不如模擬式的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。

這是通用模擬式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu),是以三角波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)經(jīng)二極管所構(gòu)成的正弦波整型電路產(chǎn)生正弦波,同時(shí)經(jīng)由比較器的比較產(chǎn)生方波,換句話說(shuō),如果以恒流源對(duì)電容充電,即可產(chǎn)生正斜率的斜波。
 
在占空比調(diào)整上的設(shè)計(jì)有下列兩種思路:  

改變電平的幅度,亦即改變方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度,即可達(dá)到改變脈寬而頻率不變的特性,但其最主要的缺點(diǎn)是占空比一般無(wú)法調(diào)到20%以下,導(dǎo)致在采樣電路實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)瞬時(shí)信號(hào)所采集出來(lái)的信號(hào)有所變動(dòng),如果要將此信號(hào)用來(lái)作模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,那么得到的數(shù)字信號(hào)就發(fā)生變動(dòng)而無(wú)所適從。但不容否認(rèn)的在使用上比較好調(diào)。  

占空比變,頻率跟著改變,其方法如下:  

將方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度予以固定(正、負(fù)可利用電路予以切換),改變充放電斜率,即可達(dá)成。  
  
這種方式的設(shè)計(jì)一般使用者的反應(yīng)是 “難調(diào)”,這是大缺點(diǎn),但它可以產(chǎn)生10%以下的占空比卻是在采樣時(shí)的必備條件。  
  
以上的兩種占空比調(diào)整電路設(shè)計(jì)思路,各有優(yōu)缺點(diǎn),當(dāng)然連帶的也影響到是否能產(chǎn)生“像樣的”鋸齒波。  
  
接下來(lái)PA(功率放大器)的設(shè)計(jì)。首先是利用運(yùn)算放大器(OP) ,再利用推拉式 (push-pull)放大器(注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防)將信號(hào)送到衰減網(wǎng)路,這部分牽涉到信號(hào)源輸出信號(hào)的指標(biāo),包含信噪比、方波上升時(shí)間及信號(hào)源的頻率響應(yīng),好的信號(hào)源當(dāng)然是正弦波信噪比高、方波上升時(shí)間快、三角波線性度要好、同時(shí)伏頻特性也要好,(也即頻率上升,信號(hào)不能衰減或不能減太大),這部分電路較為復(fù)雜,尤其在高頻時(shí)除利用電容作頻率補(bǔ)償外,也牽涉到PC板的布線方式,一不小心,極易引起振蕩,想設(shè)計(jì)這部分電路,除原有的模擬理論基礎(chǔ)外尚需具備實(shí)際的經(jīng)驗(yàn),“Try Error”的耐心是不可缺少的。  
  
PA信號(hào)出來(lái)后,經(jīng)過(guò)π型的電阻式衰減網(wǎng)路,分別衰減10倍(20dB)或100倍(40dB),此時(shí)一部基本的函數(shù)波形發(fā)生器即已完成。(注意:選用π型衰減網(wǎng)絡(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定)。  
  
一臺(tái)功能較強(qiáng)的函數(shù)波形發(fā)生器,還有掃頻、VCG、TTL、 TRIG、 GATE及頻率計(jì)等功能,其設(shè)計(jì)方式在此也順便一提:  
  
1. 掃頻:一般分成線性(Lin)及對(duì)數(shù)(Log)掃頻;  
  
2. VCG:即一般的FM,輸入一音頻信號(hào),即可與信號(hào)源本身的信號(hào)產(chǎn)生頻率調(diào)制;  
  
上述兩項(xiàng)設(shè)計(jì)方式,第1項(xiàng)要先產(chǎn)生鋸齒波及對(duì)數(shù)波信號(hào),并與第2項(xiàng)的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)多路器 (Multiplexer)選擇,然后再經(jīng)過(guò)電壓對(duì)電流轉(zhuǎn)換電路,同步地去加到I1、I2上;  
  
3. TTL同步輸出:將方波經(jīng)三極管電路轉(zhuǎn)成0(Low)、5V(High)的TTL信號(hào)即可。  
  
但注意這樣的TTL信號(hào)須再經(jīng)過(guò)緩沖門(mén)(buffer)后才能輸出,以增加扇出數(shù)(Fan Out),通常有時(shí)還并聯(lián)幾個(gè)buffer。而TTL INV則只要加個(gè)NOT Gate即可;  
  
4. TRIG功能:類似One Shot功能,輸入一個(gè)TTL信號(hào),則可讓信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)周期的信號(hào)輸出,設(shè)計(jì)方式是在沒(méi)信號(hào)輸入時(shí),將圖二的SWI接地即可;  
  
5. Gate功能:即輸入一個(gè)TTL信號(hào),讓信號(hào)源在輸入為Hi時(shí),產(chǎn)生波形輸出,直到輸入為L(zhǎng)OW時(shí),圖二SWI接地而關(guān)掉信號(hào)源輸出;  
  
6. 頻率計(jì):除市場(chǎng)上簡(jiǎn)易的刻度盤(pán)顯示之外,無(wú)論是LED數(shù)碼管或LCD液晶顯示頻率,其與頻率計(jì)電路是重疊的.   

任意波形發(fā)生器,仿真實(shí)驗(yàn)的最佳儀器  
  
任意波形發(fā)生器是信號(hào)源的一種,它具有信號(hào)源所有的特點(diǎn)。我們傳統(tǒng)都認(rèn)為信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形),然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)??梢?jiàn)信號(hào)源在電子實(shí)驗(yàn)和測(cè)試處理中,并不測(cè)量任何參數(shù)而是根據(jù)使用者的要求,仿真各種測(cè)試信號(hào),提供給被測(cè)電路,以達(dá)到測(cè)試的需要。  
  
信號(hào)源有很多種,包括正弦波信號(hào)源,函數(shù)發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號(hào)源等。一般來(lái)講任意波形發(fā)生器,是一種特殊的信號(hào)源,綜合具有其它信號(hào)源波形生成能力,因而適合各種仿真實(shí)驗(yàn)的需要。  
  
一、函數(shù)功能,仿真基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)人員的環(huán)境  
  
函數(shù)信號(hào)源是使用最廣的通用信號(hào)源,它能提供正弦波、鋸齒波、方波、脈沖串等波形,有的還同時(shí)具有調(diào)制和掃描能力,眾所周知,在我們的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中(如大學(xué)電子實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)室、工廠開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室等),我們?cè)O(shè)計(jì)了一種電路,需要驗(yàn)證其可靠性與穩(wěn)定性,就需要給它施加理想中的波形以辨別真?zhèn)?。如我們可使用信?hào)源的DC補(bǔ)償功能對(duì)固態(tài)電路控制DC偏壓電平;我們可對(duì)一個(gè)懷疑有故障的數(shù)字電路,利用信號(hào)源的方波輸出作為數(shù)字電路的時(shí)鐘,同時(shí)使用方波加DC補(bǔ)償產(chǎn)生有效的邏輯電平模擬輸出,觀察該電路的運(yùn)行狀況,而證實(shí)故障缺陷的地方。總之利用任意波形發(fā)生器這方面的基礎(chǔ)功能,能仿真您基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室所必須的信號(hào)。  
  
二、任意波形,仿真模擬更復(fù)雜的信號(hào)要求  
  
眾所周知,在我們實(shí)際的電子環(huán)境所設(shè)計(jì)的電路在運(yùn)行中,由于各種干擾和響應(yīng)的存在,實(shí)際電路往往存在各種信號(hào)缺陷和瞬變信號(hào),例如過(guò)脈沖、尖峰、阻尼瞬變、頻率突變等(見(jiàn)圖1,圖2),這些情況的發(fā)生,如在設(shè)計(jì)之初沒(méi)有考慮進(jìn)去,有的將會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果。例如圖1中的a處過(guò)尖峰脈沖,如果給一個(gè)抗沖能力差的電路,將可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備“燒壞”。確認(rèn)電路對(duì)這樣一個(gè)狀況敏感的程度,我們可以避免不必要的損失,該方面的要求在航天、軍事、鐵路和一些情況比較復(fù)雜的重要領(lǐng)域尤其重要。  
  
由于任意波形發(fā)生器特殊的功能,為了增強(qiáng)任意波形生成能力,它往往依賴計(jì)算機(jī)通訊輸出波形數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)傳輸中,通過(guò)專用的波形編輯軟件生成波形,有利于擴(kuò)充儀器的能力,更進(jìn)一步仿真模擬實(shí)驗(yàn)。同時(shí)由于編輯一個(gè)任意波形有時(shí)需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力,并且每次編輯波形可能有所差異這樣有的任意波形發(fā)生器,內(nèi)置一定數(shù)量的非易失性存儲(chǔ)器,隨機(jī)存取編輯波形,有利于參考對(duì)比;或通過(guò)隨機(jī)接口通訊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)作更進(jìn)一步分析與處理。  
  
三、下載傳輸,更進(jìn)一步實(shí)時(shí)仿真  
  
在一些軍事、航空、交通制造業(yè)等領(lǐng)域中,有些電路運(yùn)行環(huán)境很難估計(jì),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成之后,在現(xiàn)實(shí)環(huán)境還需要作更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),有些實(shí)驗(yàn)的成本很高或者風(fēng)險(xiǎn)性很大(如火車高速實(shí)驗(yàn)時(shí)鐵軌變換情況、飛機(jī)試機(jī)時(shí)螺旋槳的運(yùn)行情況等),人們不可能長(zhǎng)期作實(shí)驗(yàn)判斷所設(shè)計(jì)產(chǎn)品(例如高速火車、飛機(jī))的可行性和穩(wěn)定性等;我們就可利用有些任意波形發(fā)生器波形下載功能,在作一些麻煩費(fèi)用高或風(fēng)險(xiǎn)性大的實(shí)驗(yàn)時(shí),通過(guò)數(shù)字示波器等儀器把波形實(shí)時(shí)記錄下來(lái),然后通過(guò)計(jì)算機(jī)接口傳輸?shù)叫盘?hào)源,直接下載到設(shè)計(jì)電路,更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。  
  
綜上所述,任意波形發(fā)生器是電子工程師信號(hào)仿真實(shí)驗(yàn)的最佳工具。我們選購(gòu)時(shí)除關(guān)心傳統(tǒng)信號(hào)源的缺陷——頻率精度、頻率穩(wěn)定度、幅度精度、信號(hào)失真度外,更應(yīng)關(guān)心它編輯與波形生存和下載能力,同時(shí)也要注意它的輸出通道數(shù),以便同步比較兩信號(hào)的相移特性,更進(jìn)一步達(dá)到仿真實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。  

要采購(gòu)工具么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門(mén)搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉