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信號發(fā)生器的基本原理
閱讀：788 發(fā)布時間：2022-6-15
現(xiàn)代信號發(fā)生器的結構非常復雜，與早期的簡易信號發(fā)生器天差地別，但總體基本結構功能單元還是類似的。信號發(fā)生器的主要部件有頻率產生單元、調制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號發(fā)生器都采用模擬電路，現(xiàn)代信號發(fā)生器越來越多地使用數(shù)字電路或單片機控制，內部電路結構上有了很大的變化。
頻率產生單元是信號發(fā)生器的基礎和核心。早期的高頻信號發(fā)生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號發(fā)生器則較多采用文氏電橋振蕩器和RC移相振蕩器。由于早期沒有頻率合成技術，所以上述LC、RC振蕩器優(yōu)點是結構簡單，可以產生連續(xù)變化的頻率，缺點是頻率穩(wěn)定度不夠高。早期產品為了提高信號發(fā)生器頻率穩(wěn)定度，在可變電容的精密調節(jié)方面下了很多功夫，不少產品都設計了精密的傳動機構和指示機構，所以很多早期的高級信號發(fā)生器體積大、重量重。后來，人們發(fā)現(xiàn)采用石英晶體構成振蕩電路，產生的頻率穩(wěn)定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒有頻率合成的技術條件下，只能做成固定頻率信號發(fā)生器。之后也出現(xiàn)過壓控振蕩器，雖然頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機械結構，可以大大縮減儀器的體積，同時電路不太復雜，成本也不高。現(xiàn)在一些低端的函數(shù)信號發(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，高檔信號發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術，其優(yōu)點是頻率輸出穩(wěn)定（頻率合成器的參考基準頻率由石英晶體產生），頻率可以步進調節(jié)，頻率顯示機構可以用數(shù)字化顯示或者直接設置。早期的高精度信號發(fā)生器為了得到較小的頻率步進，將鎖相環(huán)做得非常復雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高信號發(fā)生器采用了更先進的DDS頻率直接合成技術，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號頻譜純凈度高等優(yōu)點。由于DDS芯片高度集成化，所以信號發(fā)生器的體積很小。
信號發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率設置精度、相位噪聲、信號頻譜純度都與頻率產生單元有關，也是信號發(fā)生器性能的重要指標。
信號發(fā)生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號的幅度，信號通過特定組合衰減量的衰減器達到預定的輸出幅度。早期的衰減器是機械式的，通過刻度來讀取衰減量或輸出幅度。現(xiàn)代中高檔信號發(fā)生器的衰減器單元由單片機控制繼電器來切換，向電子芯片化過渡，衰減單元的衰減步進量不斷縮小，精度相應提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號輸出屬于高科技技術，這也是國內很少有企業(yè)能制造信號發(fā)生器的原因之一。信號發(fā)生器的信號輸出范圍和輸出電平的精度和準確度也是標志信號發(fā)生器性能的重要指標。