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信號(hào)發(fā)生器的基本原理
閱讀：799 發(fā)布時(shí)間：2022-6-15
現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與早期的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器天差地別，但總體基本結(jié)構(gòu)功能單元還是類似的。信號(hào)發(fā)生器的主要部件有頻率產(chǎn)生單元、調(diào)制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號(hào)發(fā)生器都采用模擬電路，現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器越來(lái)越多地使用數(shù)字電路或單片機(jī)控制，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上有了很大的變化。
頻率產(chǎn)生單元是信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)和核心。早期的高頻信號(hào)發(fā)生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號(hào)發(fā)生器則較多采用文氏電橋振蕩器和RC移相振蕩器。由于早期沒(méi)有頻率合成技術(shù)，所以上述LC、RC振蕩器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以產(chǎn)生連續(xù)變化的頻率，缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不夠高。早期產(chǎn)品為了提高信號(hào)發(fā)生器頻率穩(wěn)定度，在可變電容的精密調(diào)節(jié)方面下了很多功夫，不少產(chǎn)品都設(shè)計(jì)了精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和指示機(jī)構(gòu)，所以很多早期的高級(jí)信號(hào)發(fā)生器體積大、重量重。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)采用石英晶體構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒(méi)有頻率合成的技術(shù)條件下，只能做成固定頻率信號(hào)發(fā)生器。之后也出現(xiàn)過(guò)壓控振蕩器，雖然頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過(guò)壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以大大縮減儀器的體積，同時(shí)電路不太復(fù)雜，成本也不高?，F(xiàn)在一些低端的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器依然采用這種方式。
隨著PLL鎖相環(huán)頻率合成器電路的興起，高檔信號(hào)發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是頻率輸出穩(wěn)定（頻率合成器的參考基準(zhǔn)頻率由石英晶體產(chǎn)生），頻率可以步進(jìn)調(diào)節(jié)，頻率顯示機(jī)構(gòu)可以用數(shù)字化顯示或者直接設(shè)置。早期的高精度信號(hào)發(fā)生器為了得到較小的頻率步進(jìn)，將鎖相環(huán)做得非常復(fù)雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高信號(hào)發(fā)生器采用了更先進(jìn)的DDS頻率直接合成技術(shù)，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號(hào)頻譜純凈度高等優(yōu)點(diǎn)。由于DDS芯片高度集成化，所以信號(hào)發(fā)生器的體積很小。
信號(hào)發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率設(shè)置精度、相位噪聲、信號(hào)頻譜純度都與頻率產(chǎn)生單元有關(guān)，也是信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。
信號(hào)發(fā)生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號(hào)的幅度，信號(hào)通過(guò)特定組合衰減量的衰減器達(dá)到預(yù)定的輸出幅度。早期的衰減器是機(jī)械式的，通過(guò)刻度來(lái)讀取衰減量或輸出幅度。現(xiàn)代中高檔信號(hào)發(fā)生器的衰減器單元由單片機(jī)控制繼電器來(lái)切換，向電子芯片化過(guò)渡，衰減單元的衰減步進(jìn)量不斷縮小，精度相應(yīng)提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號(hào)輸出屬于高科技技術(shù)，這也是國(guó)內(nèi)很少有企業(yè)能制造信號(hào)發(fā)生器的原因之一。信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出范圍和輸出電平的精度和準(zhǔn)確度也是標(biāo)志信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。