信号发生器使用策略基础知识及实战问答

信号发生器用于产生振荡信号，信号的特性参数完全可控，可以轻松模拟各种情况下不同特性的信号，在产品开发和电路实验中发挥重要作用。信号发生器广泛应用于电子研发、维修、测量、校准等领域，是电子工程师进行信号模拟实验的最佳工具。本讲座从信号发生器的原理、分类和使用的基本知识开始，详细介绍信号发生器的使用和测量单元，收集广大工程师对信号发生器实际问题的解答，从而帮助工程师深入了解信号。生成器能更好地发挥作用，对产品设计进行全面、真实的测试，保证开发和测试过程的顺利进行。

信号发生器产生的信号常用于电路中代替前端电路的实际信号，为后端电路提供理想的信号。在电路测试中，我们可以通过对输入输出信号的测量和比较来判断信号处理电路的功能和特性是否满足设计要求。高精度信号发生器还可作为测量校准领域的标准信号源（参考源），根据参考源调整待校准仪器。

现代信号发生器的结构非常复杂，与早期的简单信号发生器有很大的不同，但整体的基本结构和功能单元还是相似的。

信号发生器的基本原理

信号发生器的主要组成部分有频率发生单元、调制单元、缓冲放大单元、衰减输出单元、显示单元和控制单元。

主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，以满足电压输出幅度的要求。输出电压可通过输出衰减器直接输出，输出电压可用主振输出调节电位器调节。

早期的信号发生器全部采用模拟电路，现代信号发生器越来越多地采用数字电路或单片机控制，内部电路结构发生了很大变化。

信号发生器的特点之一是它可以控制仪器输出信号的幅度，信号通过衰减器与特定的衰减组合可以达到预定的输出幅度。早期的衰减器是机械的，带有一个刻度来读取衰减或输出幅度。现代中高档信号发生器的衰减单元由单片机控制继电器切换，向电子芯片化过渡水龙头分离发生器真的有效吗，衰减单元的衰减步长不断减小，精度也相应提高。

信号发生器的分类及作用

信号发生器按产生信号的种类可分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、专用信号发生器。正弦信号发生器提供最基本的正弦波信号，可作为增益和灵敏度的测量以及仪器校准的参考频率和参考幅度信号。常见的高频信号发生器和标准信号发生器都属于这一类。函数信号发生器可以产生方波、正弦波、三角波、锯齿波、脉冲等各种函数波形信号。函数信号发生器一般工作在低频，频率上限从几兆赫到100到20兆赫不等，频率下限很低，大部分可以低于0.1Hz。函数信号发生器广泛应用于科学实验和产品开发。 ，生产维修，IC芯片测试都可以看到。脉冲信号发生器和随机信号发生器多用于专业场合。专用信号发生器是产生特定标准信号的专用仪器，如常见的电视信号发生器、立体声信号发生器等。

信号发生器按传统工作频段分类，包括超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器。超低频信号发生器一般用于专业特殊用途；低频信号发生器多用于音频领域；高频信号发生器多用于通信和测量领域；微波信号发生器多用于雷达领域。

信号发生器按频率产生机制分为LC振荡器信号发生器、压控振荡器信号发生器、频率合成信号发生器；信号发生器按输出功率可分为简单信号发生器和标准信号发生器。发生器、电源信号发生器；高端信号源包括矢量信号源和基带信号源，主要用于航空、国防等前沿领域，价格也非常昂贵。

信号源的主要技术指标

信号源的主要技术指标 传统函数发生器的主要指标和新开发的任意波形发生器的主要指标有些不同，这里分别介绍一下。

(一)常用函数发生器主要指标：

Bandwidth（输出频率范围）：仪器的带宽是指模拟带宽，与采样率等无关。信号源的带宽是指信号输出频率的范围，而且一般来说，信号源输出的正弦波和方波的频率范围是不一致的。

频率（时序）分辨率：频率分辨率，即最小可调频率分辨率，即创建波形时可以使用的最小时间增量。

频率精度：信号源显示的频率值与真实值的偏差，通常用相对误差来表示。低档信号源的频率精度只有1%，而采用内部高稳晶振的频率精度。可达108~1010.

频率稳定性：频率稳定性是指在外部环境不变的情况下，在规定时间内信号发生器输出频率相对于设定读数的偏差。频率稳定度一般分为长期频率稳定度（long-term stability）和短期频率稳定度（short-term stability）。其中，短期频率稳定性是指预热后15分钟内信号频率的最大变化；长期频率稳定性是指信号源经过预热时间后任意三个小时内信号频率的最大变化。种类繁多。

输出阻抗：信号源的输出阻抗是指从输出端看信号源的等效阻抗。例如，低频信号发生器的输出阻抗通常为600Ω，高频信号发生器通常只有50Ω，电视信号发生器通常为75Ω。

输出电平范围：输出幅度一般用电压或分贝表示，是指输出信号幅度的有效范围。另外，信号发生器的输出幅度读数是在输出阻抗匹配的条件下定义的，所以必须注意输出阻抗匹配的问题。

(二)任意波发生器主要指标：

采样（或采样）率：采样率，通常以每秒兆采样或千兆采样表示，表示仪器可以运行的最大时钟或采样率。采样率影响主输出信号的频率和保真度。奈奎斯特采样定理指出，采样频率或时钟频率必须至少是生成信号中最高频谱分量的两倍，以保证准确再现。

存储深度（记录长度）：存储深度是指用于记录波形的数据点数，它决定了波形数据的最大采样数（相当于时间）。

每个波形样本占用一个内存位置，每个位置等于当前时钟频率下的采样间隔。任意波形发生器的带宽由任意波形发生器的采样率和存储深度决定。垂直（幅度）分辨率 信号源的垂直分辨率是指可以在信号源中编程的最小电压增量，即仪器数模转换器的二进制字宽，以位为单位，它规定了波形的幅度精度。在混合信号源中，垂直分辨率与仪表DAC的二进制字长有关，位数越多，分辨率越高。

信号源的主要功能

强大的信号源，以及信号调制、频率扫描、TTL同步输出、参考时钟输出、Burst和频率计信号调制功能。

信号调制：是指在调制后的信号中，幅度、相位或频率的变化将低频信息嵌入到高频载波信号中，得到的信号可以传输任何信号，从语音到数据，再到视频。信号调制可分为模拟调制和数字调制，其中模拟调制，如幅度调制（AM）和频率调制（FM），是广播通信中最常用的，而数字调制是基于两种状态，允许信号表示二进制数据。

频率扫描功能：测量电子设备的频率特性需要“扫描”一个正弦波，它会在一段时间内改变频率。一般分为线性（Lin）扫频和对数（Log）扫频；先进的信号发生器支持扫频功能，可选择起始频率、保持频率、终止频率和相关时间，部分信号发生器还提供与扫频同步的触发信号。

TTL同步输出功能：一般信号源输出的TTL同步信号经三极管电路转换成方波，电平为0（低），3.6~5V（高）。主要用于同步其他信号源，或者其他类型的仪器，保证触发同步。

参考时钟输出功能：TTL同步输出只能保证触发同步。为了使信号源完全同步，时钟必须同步。参考时钟输出旨在同步两个信号源的时钟。一般来说，参考时钟输出频率是比较稳定的方波信号。

Burst 功能：与 OneShot 功能类似，输入一个 TTL 信号可以使信号源产生周期性的信号输出。设计方法是在无信号输入时，输出接地即可。

频率计：除了市面上简单的表盘显示外，无论是LED数码管还是LCD液晶显示频率，都与频率计电路重叠。

信号发生器的使用和测量单位

普通标准信号发生器的使用比较简单。第一步是设置工作频率。高频信号发生器一般以“MHz”为单位。工作频率较低的信号发生器，如函数信号发生器，也以“kHz”为单位。二是选择调制方式或波形，即选择AM或FM，或选择正弦波或方波，根据需要重新设置调制频率，最后设置信号输出幅度。

信号发生器的信号输出幅度有多种表示单位，包括电压单位V、mV、μV（也可以dB表示为dBμV和dB mV），功率单位以dBm表示。它们之间的转换可以通过查表或计算来完成。现在很多中高端信号发生器都可以选择输出幅度设定单元，方便用户应用。一般大多数对讲机手册中标称灵敏度的单位是μV（微伏），很多信号发生器和综合测试仪经常使用dBm作为测量单位。

业余无线电爱好者在使用信号发生器调试对讲机时，切不可让对讲机误传。有些信号发生器没有反向电源输入保护，或者反向输入保护功率容量有限，很容易导致信号产生。内部衰减器损坏，导致信号输出电平不准确。保护信号发生器最好的方法是在信号源的输出端加装一个20-30dB的衰减器，这样可以将电台误传时对信号发生器的影响降到最低，适合在非精度下使用测量要求。安装好衰减器后，只需从信号发生器的输出信号幅度读数中减去衰减器的衰减量即可，这只是一个简单的数学运算。

在使用信号发生器进行信号模拟实验时，经常会遇到一些问题。以下是信号发生器实战中工程师最常被问到的问题汇总。

信号发生器实用问答

一功能信号发生器能不能用主信号端产生TTL信号（不是TTL输出端）？

回答：是的。

1)设置主信号端的波形为“方波”；

2)设置输出信号低电平为0V，高电平为3.3V（如果要5VTTL，设置为5V）；

这样输出的是一个TTL信号，但是上面的方法只能输出一个简单的时钟，或者通过任意波的方式输出一个一定模式的周期数字信号。

2 将电压表连接到信号发生器的两端。改变频率，为什么电压表的指示会改变？

Answer: 很可能是电压表对交流频率的响应不同造成的。一般万用表或电压表只能测量相对低频的电压信号。即使是数字万用表也能准确测量只有几百KHz的交流频率。因此，当电路频率发生变化时水龙头分离发生器真的有效吗，由于电压表的特性，指示值也会发生变化，如果要测量交流信号的频率，就应该使用毫伏表。

3如何使用信号发生器产生直流信号？

Answer：所有的信号发生器都可以产生直流信号，有的设置在UTILITY中，有的设置为任意波，具体取决于仪器的型号。如果实在没有直流功能，可以采用如下方法：输出一个正弦信号，频率为20K，幅度选到最小，直流偏置设置为所需的直流电压值，这样输出基本上可以看成是直流信号。 .

4使用函数信号发生器和直流稳压电源需要注意什么？

答：使用函数信号发生器时，注意输出信号由小到大，慢慢调整。每次改变频率和波形时，应将输出信号关闭到最小。使用直流稳压电源时，要注意输出电压和电流是否带负载，并有一定的余量。接线时注意正负极不要短路。

5需要一个峰峰值在100mv左右的正弦信号，用信号发生器输出的正弦波（波形很好），峰峰值为1. 2V通过电阻分压产生100mv的电压，为什么？两个电阻分压后波形会不会失真？

回答：原因可能是以下几个方面造成的：测量问题、信号发生器问题、阻抗匹配问题。其中，测量问题：示波器表笔的阻抗是50欧还是10k欧。信号发生器问题：有负载能力。阻抗匹配问题：高频传输信号等效于水流模型，水龙头的粗细，水管，容器的入口，分别对应源头，传输线，负载，和高频下的电容和电感，这里称为阻抗。只有一致才能很好地传输，否则入射波和反射波会叠加。波形会变差。

解决方法：改变阻抗。串联一个小电阻或电感；或将信号放大后再分配；或使用特殊的配电装置。

6为什么信号发生器连接负载后幅度会发生变化？

答：由于信号发生器采用负反馈，接上负载后，负反馈增大，输入减小，所以幅度会减小。

7 我希望信号发生器触发超声波脉冲。超声波接收器接收到信号后，会向信号发生器发回一个脉冲。信号发生器收到后，会发出一个脉冲触发超声波……循环100次后，计算总时间，接示波器测时间，可行吗？

回答：可以。利用信号源的外触发功能，BURST对单脉冲信号进行调制，使得在给定一个启动信号后，信号源向电路发送一个单脉冲信号，电路将一个信号反馈给外触发信号源。接口，信号源触发再发出另一个，如此循环，但不能智能结束，可以用示波器处理。但需要做声电转换器。