- 信號發生器的基本原理
- 信號發生器的分類和作用
- 信號源的主要技術指標
- 信號發生器的使用與測量單位
- 信號發生器實戰問題解答
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信號發生器用來產生振蕩信號，且信號的特征參數完全可控，可方便地模擬各種情況下不同特性的信號，對于產品研發和電路實驗具有重要作用。信號發生器廣泛應用在電子研發、維修、測量、校準等領域，是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具。本講從信號發生器的原理、分類與用途等基本知識入手，詳細介紹信號發生器的使用與測量單位，并搜羅廣大工程師對信號發生器的實戰疑難問題解答，以幫助工程師深層次的了解信號發生器，更好的發揮其作用，為產品設計進行全面、真實的測試，保證研發和測試過程的順利。
信號發生器所產生的信號在電路中常常用來代替前端電路的實際信號，為后端電路提供一個理想信號。在電路測試中，我們可以通過測量、對比輸入和輸出信號，來判斷信號處理電路的功能和特性是否達到設計要求。高精度的信號發生器在計量和校準領域也可以作為標準信號源（參考源），待校準儀器以參考源為標準進行調校。
現代信號發生器的結構非常復雜，與早期的簡易信號發生器天差地別，但總體基本結構功能單元還是類似的。
信號發生器的基本原理
信號發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。
主振級產生低頻正弦振蕩信號，經電壓放大器放大，達到電壓輸出幅度的要求，經輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調節電位器調節輸出電壓的大小。
早期的信號發生器都采用模擬電路，現代信號發生器越來越多地使用數字電路或單片機控制，內部電路結構上有了很大的變化。
信號發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。現代中高檔信號發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。
信號發生器的分類和作用
信號發生器按照產生信號類型可以分為正弦信號發生器、函數信號發生器、脈沖信號發生器、隨機信號發生器、專用信號發生器。正弦信號發生器提供最基本的正弦波信號，可以作為參考頻率和參考幅度信號，用于增益和靈敏度的測量以及儀器的校準。常見的高頻信號發生器和標準信號發生器都屬于此類。函數信號發生器可以產生各種函數波形信號，典型的有方波、正弦波、三角波、鋸齒波、脈沖等。函數信號發生器一般工作頻率不高，頻率上限在幾兆赫到一二十兆赫，頻率下限很低，大多可以低于0.1Hz。函數信號發生器用途非常廣泛，科學實驗、產品研發、生產維修、IC芯片測試中都能見到它的身影。脈沖信號發生器和隨機信號發生器多用于專業場合。專用信號發生器是產生特定制式信號的專用儀器，如常見的電視信號發生器、立體聲信號發生器等。
信號發生器按傳統工作頻段分類，有超低頻信號發生器、低頻信號發生器、高頻信號發生器、微波信號發生器。超低頻信號發生器一般用于專業上的特殊用途；低頻信號發生器多用于音頻領域；高頻信號發生器多用于通信和測量領域；微波信號發生器多用于雷達領域。
信號發生器按頻率產生機制，分有LC振蕩器信號發生器、壓控振蕩信號發生器、頻率合成信號發生器；信號發生器按功率輸出，可以分為簡易信號發生器、標準信號發生器、功率信號發生器；高端信號發生器有矢量信號源、基帶信號源，主要應用在航空、國防等尖端領域，價格也非常昂貴。
關于信號發生器分類和作用的詳情介紹，請參考：
信號發生器的分類與用途
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信號發生器的種類和差數
http://www.91bobo.cn/art/artinfo/id/80009894
信號源的主要技術指標
信號源的主要技術指標傳統函數發生器的主要指標和新近研發的任意波形發生器的主要指標有一些不同，我們這里分開介紹。
（一）普通函數發生器的主要指標：
帶寬（輸出頻率范圍）：儀器的帶寬是指模擬帶寬，與采樣速率等無關，信號源的帶寬是指信號的輸出頻率的范圍，并且一般來講信號源輸出的正弦波和方波的頻率范圍不一致。
頻率（定時）分辨率：頻率分辨率，即最小可調頻率分辨率，也就是創建波形時可以使用的最小時間增量。[page]
頻率準確度：信號源顯示的頻率值與真值之間的偏差，通常用相對誤差表示，低檔信號源的頻率準確度只有1%，而采用內部高穩定晶體振蕩器的頻率準確度可以達到108～1010。
頻率穩定度：頻率穩定度是指外界環境不變的情況下，在規定時間內，信號發生器輸出頻率相對于設置讀數的偏差值的大小。頻率穩定度一般分為長期頻率穩定度（長穩）和短期頻率穩定度（短穩）。其中，短期頻率穩定度是指經過預熱后，15分鐘內，信號頻率所發生的最大變化；長期頻率穩定度是指信號源經過預熱時間后，信號頻率在任意三小時內所發生的最大變化。
輸出阻抗：信號源的輸出阻抗是指從輸出端看去，信號源的等效阻抗。例如，低頻信號發生器的輸出阻抗通常為600Ω，高頻信號發生器通常只有50Ω，電視信號發生器通常為75Ω。
輸出電平范圍：輸出幅度一般由電壓或者分貝表示，指輸出信號幅度的有效范圍。另外，信號發生器的輸出幅度讀數定義為輸出阻抗匹配的條件下，所以必須注意輸出阻抗匹配的問題。
（二）任意波發生器的主要指標：
取樣（或采樣）速率：取樣速率通常用每秒兆樣點或者千兆樣點表示，表明了儀器可以運行的最大時鐘或取樣速率。取樣速率影響著主要輸出信號的頻率和保真度。奈奎斯特取樣定理規定，取樣頻率或時鐘速率必須至少是生成的信號中最高頻譜成分的兩倍，以保證精確的復現。
存儲深度（記錄長度）：存儲深度是指用來記錄波形的數據點數，它決定著波形數據的最大樣點數量（相當于時間）。
每個波形樣點占用一個存儲器位置，每個位置等于當前時鐘頻率下取樣間隔時間。任意波形發生器的帶寬是由任意波發生器的取樣速率和存儲深度決定的。垂直（幅度）分辨率信號源的垂直分辨率是指信號源中可以編程的最小電壓增量，也就是儀器數模轉換器的二進制字寬度，單位為位，它規定了波形的幅度精度。在混和信號源中，垂直分辨率與儀器DAC的二進制字長度有關，位越多，分辨率就越高。
信號源的主要功能
一臺功能較強的信號源，還有信號調制、頻率掃描、TTL同步輸出、參考時鐘輸出、Burst及頻率計信號調制功能。
信號調制：是指被調制信號中，幅度、相位或頻率變化把低頻信息嵌入到高頻的載波信號中，得到的信號可以傳送從語音、到數據、到視頻的任何信號。信號調制可分為模擬調制和數字調制兩種，其中模擬調制，如幅度調制（AM）和頻率調制（FM）最常用于廣播通信中，而數字調制基于兩種狀態，允許信號表示二進制數據。
頻率掃描功能：測量電子設備的頻率特點要求“掃描”正弦波，其會在一段時間內改變頻率。一般分成線性（Lin）掃頻及對數（Log）掃頻；高級信號發生器支持掃頻功能，而且可以選擇開始頻率、保持頻率、停止頻率和相關時間，有些信號發生器還提供與掃頻同步的觸發信號。
TTL同步輸出功能：一般信號源輸出的TTL同步信號是方波經三極管電路轉成的，電平為0（Low）、3.6～5V（High）。主要用來同步其他信號源，或其他類型的儀器，以保證觸發同步。
參考時鐘輸出功能：TTL同步輸出只能保證觸發同步，要想使信號源完全同步就要讓時鐘同步，參考時鐘輸出就是為了讓兩臺信號源的時鐘同步而設計的，一般參考時鐘輸出頻率較穩定的方波信號。
Burst功能：類似OneShot功能，輸入一個TTL信號，則可讓信號源產生一個周期的信號輸出，設計方式是在沒有信號輸入時，輸出接地即可。
頻率計：除市場上簡易的刻度盤顯示之外，無論是LED數碼管或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計電路是重疊的。
信號發生器的使用與測量單位
普通標準信號發生器使用比較簡單，首先是設置工作頻率，高頻信號發生器一般采用“MHz”作單位，工作頻率較低的信號發生器，如函數信號發生器，也有以“kHz”作單位的。其次是選擇調制方式或波形，就是選擇AM還是FM，或者選擇正弦波還是方波，再次按需設定調制頻率，最后設定信號輸出幅度。
信號發生器的信號輸出幅度有多種表示單位，有電壓單位V、mV、μV（也可以用dB表示為dBμV和dB mV），功率單位dBm。它們之間的換算可以通過查表或者計算求得。現在很多中高檔信號發生器輸出幅度設定的單位是可以選擇的，方便用戶應用。一般大部分對講機說明書中標稱靈敏度的單位是μV（微伏），而很多信號發生器和綜合測試儀常用dBm作為測量單位。
業余電臺愛好者在使用信號發生器調測對講機時，切忌不要使對講機誤發射，有的信號發生器沒有反向功率輸入保護，或者反向輸入保護承受功率有限，極容易導致信號發生器內部衰減器損壞，導致信號輸出電平不準。保護信號發生器的土辦法是在信號源輸出口安裝20～30dB的衰減器，這樣可以將對講機誤發射時對信號發生器造成的影響降到最小，適合在非精密測量要求下使用。安裝衰減器后，只要將信號發生器輸出信號幅度讀數減去衰減器衰減量即可，多了一個簡單的數學運算而已。
關于信號發生器使用的詳情介紹，請參考：
信號發生器使用攻略
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函數信號發生器使用方法
http://www.91bobo.cn/art/artinfo/id/80011187
如何為應用選擇合適的信號源
http://www.91bobo.cn/art/artinfo/id/80011201
在使用信號發生器進行信號仿真實驗時，往往會碰到一些問題，下面搜羅工程師在信號發生器實戰過程中最常提出的問題進行解答。[page]
信號發生器實戰問題解答
1函數信號發生器能否用主信號端產生TTL信號（不是用TTL輸出端）？
答：可以。
1）將主信號端的波形設置為“方波”；
2）將輸出信號的幅度低電平設置為0V，高電平設置為3.3V（如果你要5VTTL就設置為5V)；
這樣輸出就是TTL信號了，不過以上方法只能輸出簡單的時鐘，或通過任意波的方式輸出某種碼型的周期數字信號。
2把電壓表接入信號發生器兩端，當改變頻率時，為什么電壓表的示數會改變？
答：很可能是因為電壓表對交流頻率響應不同造成的。一般的萬用表或者電壓表只能測量相對較低頻率的電壓信號，即使是數字萬用表，能準確測量的交流頻率也僅有幾百KHz，所以當電路頻率改變，由于電壓表這樣的特性，造成了示數改變，如果要測量交流信號的頻率，應該使用毫伏表。
3如何用信號發生器產生直流信號？
答：信號發生器都可以產生直流信號，有的在UTILITY里面設置，有的在任意波里面設置，具體對應儀器型號。若真的沒有直流這個功能的，可以使用如下方法：輸出一個正弦信號，頻率20K，幅度選到最小，直流偏置就設置為所要的直流電壓值，這樣輸出的也基本可以看作一個直流信號。
4使用函數信號發生器及直流穩壓電源時應注意什么?
答：使用函數信號發生器時要注意輸出的信號要由小到大，緩慢調節。每次變換頻率及波形時，要把輸出信號關到最小處。 使用直流穩壓電源時應注意輸出的電壓及電流是否帶起負載并有一定的余量，接線時注意正負極性不要短路
5需要一個峰-峰值100mv左右的正弦信號，用信號發生器輸出的正弦波（波形很好），峰-峰值是1.2V用電阻分壓后產生100mv的電壓，為什么兩個電阻分壓后波形會有畸變？
答：原因可能由如下幾方面產生：測量問題、信號發生器問題、阻抗匹配問題。其中，測量問題：示波器表筆阻抗是50歐姆還是10k歐姆。信號發生器問題：帶負載能力。阻抗匹配問題：高頻段傳輸信號相當于水流模型，水龍頭，水管，容器入口的粗細大小，分別對應源，傳輸線，負載的電阻大小和在高頻時的電容和電感大小，這里稱為阻抗。只有它們一致時才能很好傳輸，否則入射波和反射波疊加。波形會變差。
解決方案：改變阻抗。串接一個小電阻，或電感；或者信號放大后再分配；或用專門的功率分配器件。
6信號發生器接入負載后幅值為什么會變化？
答：因為信號發生器使用的是負反饋，接入負載后，負反饋增加，使輸入減小，所以幅值會減小。
7想讓信號發生器觸發一個超聲波脈沖，在超聲波接收端收到信號后，再回傳給信號發生器一個脈沖，信號發生器收到后，再發出一個脈沖觸發超聲波……以此循環，直到100次后，計算總時間，這個跟示波器連起來測時間，可行嗎？
答：可以做到，使用信號源的外觸發功能，BURST調制單個脈沖信號，這樣給一個啟動信號以后，信號源發出一個單脈沖信號給電路，電路反饋一個信號給信號源的外觸發接口，信號源觸發后再發出一個，如此循環，但是不能智能結束，過程可以使用示波器。但是需要做一個聲電轉換器。
