信号发生器是一种能提供各种频率、波形和
输出电平电信号的设备。在测量各种
电信系统或
电信设备的
振幅特性、
频率特性、传输特性及其它电参数时,以及测量元器件的特性与参数时,用作测试的
信号源或
激励源。
简介
也称为信号发生器,它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整
电子电路及设备时,为测定电路的一些电参量,如测量
频率响应、
噪声系数,为
电压表定度等,都要求提供符合所定
技术条件的
电信号,以模拟在实际工作中使用的待测设备的
激励信号。当要求进行系统的
稳态特性测量时,需使用
振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时,又需使用前沿时间、
脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源
输出信号的参数,如频率、波形、
输出电压或功率等,能在一定范围内进行精确调整,有很好的稳定性,有输出指示。 信号源可以根据
输出波形的不同,划分为正弦波信号发生器、矩形
脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。
正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单,而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作
频率范围的不同划分为若干种。
结构
信号发生器有参考振荡器、
频率合成单元、调制单元、
电平控制单元等组成。
1、内部带有扫频输出功能(全频段扫频时间小于5秒)
是指
低频信号发生器具有从低频开始到高频(或反之)自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程,而这一次过程的时间为5秒。
2、带有外部扫频控制
输入接口(
控制信号为电压0-5V,控制电流小于1mA)
是指低频信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制(有外部控制接口),外部
控制频率变化的电压是0-5V,控制电流小于1mA。当外部
控制电压在0-5V变化时,低频信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。
工作原理
信号发生器用来产生频率为20Hz~200kHz的
正弦信号(低频)。除具有电压输出外,有的还有
功率输出。所以用途十分广泛,可用于测试或检修各种电子仪器设备中的
低频放大器的
频率特性、增益、
通频带,也可用作高频信号发生器的
外调制信号源。另外,在校准
电子电压表时,它可提供
交流信号电压。
低频信号发生器的原理:系统包括主振级、主振
输出调节电位器、
电压放大器、输出
衰减器、
功率放大器、
阻抗变换器(
输出变压器)和指示
电压表。
主振级产生低频正弦振荡信号,经电压放大器放大,达到电压输出幅度的要求,经输出衰减器可直接
输出电压,用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。
右图的电路是一种不用电源的方波发生器,可供
电子爱好者和实验室作简易信号源用。电路是由六
反相器CD4096组成的自适应方波发生器。当输入端输入小信号正弦波时,该信号分两路传输,其一路径C1、D1、D2、C2回路,完成整流倍压功能,给CD4096提供工作电源;另一路径电容C3耦合,进入CD4096的一个反相器的输入端,完成
信号放大功能(反相器在小信号工作时,可作放大器用)。该放大信号经后级的
门电路处理,变换成方波后经CD4096的12、8、10脚输出。输出端的R2为
可调电阻,以保证输出端信号从0~1.25V可调。该方波发生器电路简单,制作容易,因此可利用该方波发生器电路,作市电供电的50Hz方波发生器。制作时,市电220V的正弦波,应经变压器隔离降压(1~0.75V)处理后,输入到电路的输入端,以保安全。
分类介绍
正弦信号发生器
正弦信号发生器:正弦信号主要用于
测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率
覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器;按输出电平可
调节范围和稳定度分为简易信号发生器(即信号源)、标准信号发生器(
输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下)和功率信号发生器(输出功率达数十毫瓦以上);按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。
低频信号发生器
包括音频(20~20000赫)和视频(1赫~10兆赫)范围的正弦波发生器。主
振级一般用RC式振荡器,也可用
差频振荡器。为便于测试系统的频率特性,要求输出
幅频特性平和波形失真小。
高频信号发生器
频率为 100千赫~30
兆赫的高频、30~300兆赫的甚高频信号发生器。一般采用 LC调谐式振荡器,频率可由
调谐电容器的
度盘刻度读出。主要用途是测量各种
接收机的
技术指标。输出信号可用内部或外加的低频正弦信号调幅或调频,使输出载频电压能够衰减到1微伏以下。(图1)的输出
信号电平能准确读数,所加的
调幅度或
频偏也能用电表读出。此外,仪器还有防止
信号泄漏的良好屏蔽。
微波信号发生器
从
分米波直到
毫米波波段的信号发生器。信号通常由带分布参数谐振腔的超高频
三极管和
反射速调管产生,但有逐渐被
微波晶体管、
场效应管和耿氏
二极管等
固体器件取代的趋势。仪器一般靠机械调谐腔体来改变频率,每台可覆盖一个
倍频程左右,由腔体耦合出的信号功率一般可达10毫瓦以上。简易信号源只要求能加1000赫方波调幅,而标准信号发生器则能将输出基准电平调节到1毫瓦,再从后随衰减器读出信号电平的分贝毫瓦值;还必须有内部或外加
矩形脉冲调幅,以便测试雷达等接收机。
扫频和程控信号发生器
扫频信号发生器能够产生幅度恒定、频率在限定范围内作线性变化的信号。在高频和甚高频段用低频扫描电压或电流控制
振荡回路元件(如变容管或
磁芯线圈)来实现扫频振荡;在微波段早期采用电压调谐扫频,用改变返波管螺旋线电极的
直流电压来改变
振荡频率,后来广泛采用磁调谐扫频,以
YIG铁氧体小球作微波固体振荡器的调谐回路,用扫描电流控制直流磁场改变小球的
谐振频率。扫频信号发生器有自动扫频、
手控、程控和远控等工作方式。
频率合成式信号发生器
这种发生器的信号不是由振荡器直接产生,而是以高稳定度石英振荡器作为
标准频率源,利用
频率合成技术形成所需之任意频率的信号,具有与标准频率源相同的
频率准确度和稳定度。输出
信号频率通常可按十进位数字选择,最高能达11位数字的极高
分辨力。频率除用手动选择外还可程控和远控,也可进行步级式扫频,适用于
自动测试系统。直接式频率
合成器由
晶体振荡、加法、乘法、滤波和放大等电路组成,变换频率迅速但电路复杂,最高
输出频率只能达1000兆赫左右。用得较多的间接式
频率合成器是利用标准频率源通过
锁相环控制电
调谐振荡器(在环路中同时能实现倍频、分频和混频),使之产生并输出各种所需频率的信号。这种合成器的最高频率可达26.5
吉赫。高稳定度和高分辨力的频率合成器,配上多种调制功能(调幅、调频和
调相),加上放大、稳幅和衰减等电路,便构成一种新型的高性能、可程控的合成式信号发生器,还可作为锁相式扫频发生器。
函数发生器
又称
波形发生器。它能产生某些特定的周期性时间
函数波形(主要是
正弦波、方波、三角波、锯齿波和
脉冲波等)信号。
频率范围可从几毫赫甚至几微赫的
超低频直到几十兆赫。除供通信、仪表和
自动控制系统测试用外,还广泛用于其他非电测量领域。图2为产生上述波形的方法之一,将
积分电路与某种带有回滞特性的阈值
开关电路(如施米特
触发器)相连
成环路,
积分器能将方波积分成三角波。施米特电路又能使三角波上升到某一阈值或下降到另一阈值时发生跃变而形成方波,频率除能随积分器中的RC值的变化而改变外,还能用外加
电压控制两个阈值而改变。将三角波另行加到由很多不同
偏置二极管组成的整形网络,形成许多不同斜度的折线段,便可形成正弦波。另一种构成方式是用频率合成器产生正弦波,再对它多次放大、
削波而形成方波,再将方波积分成三角波和正、负斜率的锯齿波等。对这些
函数发生器的频率都可电控、程控、锁定和扫频,仪器除工作于
连续波状态外,还能按键控、门控或触发等方式工作。
函数信号发生器是一种综合多种波形信号、波形参数和频率范围可调的信号
发生装置,通常依据
JJG840-2015《函数发生器检定规程》开展检测工作。
脉冲信号发生器
产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器,可用以测试
线性系统的
瞬态响应,或用
模拟信号来测试雷达、
多路通信和其他脉冲
数字系统的性能。
脉冲发生器主要由
主控振荡器、延时级、脉冲形成级、输出级和衰减器等组成。主控振荡器通常为
多谐振荡器之类的电路,除能
自激振荡外,主要按触发方式工作。通常在外加触发信号之后首先输出一个前置触发脉冲,以便提前触发
示波器等观测仪器,然后再经过一段可调节的
延迟时间才输出主信号脉冲,其宽度可以调节。有的能输出成对的
主脉冲,有的能分两路分别输出不同延迟的主脉冲。
随机信号发生器
随机信号发生器分为
噪声信号发生器和
伪随机信号发生器两类。
噪声信号发生器
完全
随机性信号是在工作
频带内具有均匀频谱的白噪声。常用的
白噪声发生器主要有:工作于1000兆赫以下
同轴线系统的饱和二极管式白
噪声发生器;用于
微波波导系统的
气体放电管式
白噪声发生器;利用
晶体二极管反向电流中噪声的固态
噪声源(可工作在18吉赫以下整个频段内)等。噪声发生器输出的强度必须已知,通常用其输出
噪声功率超过电阻
热噪声的
分贝数(称为超噪比)或用其
噪声温度来表示。噪声信号发生器主要用途是:①在待测系统中引入一个
随机信号,以模拟实际
工作条件中的噪声而测定系统的性能;②外加一个已知噪声信号与系统
内部噪声相比较以测定噪声系数;③用随机信号代替正弦或
脉冲信号,以测试系统的
动态特性。例如,用白噪声作为
输入信号而测出网络的输出信号与输入信号的
互相关函数,便可得到这一网络的冲激响应函数。
伪随机信号发生器
用白噪声信号进行
相关函数测量时,若平均测量时间不够长,则会出现统计性误差,这可用
伪随机信号来解决。当
二进制编码信号的脉冲宽度墹T足够小,且一个码周期所含墹T数N很大时,则在低于fb=1/墹T的频带内
信号频谱的幅度均匀,称为伪随机信号。只要所取的测量时间等于这种编码
信号周期的整数倍,便不会引入统计性误差。二进码信号还能提供相关测量中所需的
时间延迟。伪随机编码信号发生器由带有反馈环路的n级
移位寄存器组成,所产生的码
长为N=2-1。
应用
信号发生器又称
信号源或
振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和
设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的
射频波就是载波,把音频(低频)、
视频信号或
脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、
生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、
超声诊断、
核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
高频、
超高频和
微波信号发生器已形成
标准信号发生器系列,不但实现了固态化,而且出现了
合成信号发生器和
程控信号发生器等;在频率的范围、精度、
稳定度、
分辨力以及
输出电平的范围、精度、
频响、
频谱纯度等性能方面,都在不断地提高。带有
微处理器的合成
高频信号发生器,其频率、输出、调制等的控制已全部键盘化,并有6位
数字显示。
作用
信号发生器的作用——
信号调制功能:信号调制是指被
调制信号中,幅度、相位或频率变化把低频信息嵌入到高频的
载波信号中,得到的信号可以传送从语音、到数据、到视频的任何信号。信号调制可分为模拟调制和
数字调制两种,其中模拟调制,如
幅度调制(AM)和
频率调制(
FM)最常用于广播通信中,而数字调制基于两种状态,允许
信号表示二进制数据。
技术参数
1.适用范围:0.1KV、6KV、10KV、22KV、35KV、66KV、110KV、220KV、500KV 2.0.1-10KV高低压两用
交流验电器。
3.任何电压等级的近电报警安全冒。
4. 220KV验电信号发生器可用于0.3KV以上各种规格验电器,对验电器无损坏。
使用条件
5.电源电压:4.5V(13号
氧化银电池3节、6F22 9V)
6.使用场合:室内外无雨天气
使用方法
选用与
验电器相同
电压等级的验电信号
发生器。手持验电器工作部分(验电器头)将发生器的电极头接触被测验电器的电极头,按动“工作”开关,此时验电器发出声光信号表明验电器的性能完好,如无声光指示表明验电器有故障,应修理或更换后使用。检测
近电报警安全帽时只须将
高压信号发生器的电极头靠近
报警器按动“工作”开关即可。
注意事项
1.信号发生器设有“电源指示”,使用时
指示灯不亮,应更换电池后再使用。
2.信号发生器不用时应放在干燥通风处,以免受潮。