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信號發生器的基本原理
閱讀：847 發布時間：2022-6-15
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。
頻率產生單元是信號發生器的基礎和核心。早期的高頻信號發生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號發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振蕩器優點是結構簡單，可以產生連續變化的頻率，缺點是頻率穩定度不夠高。早期產品為了提高信號發生器頻率穩定度，在可變電容的精密調節方面下了很多功夫，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生器體積大、重量重。后來，人們發現采用石英晶體構成振蕩電路，產生的頻率穩定，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生器。之后也出現過壓控振蕩器，雖然頻率穩定度比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。現在一些低端的函數信號發生器依然采用這種方式。
隨著PLL鎖相環頻率合成器電路的興起，高檔信號發生器紛紛采用頻率合成技術，其優點是頻率輸出穩定（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，頻率顯示機構可以用數字化顯示或者直接設置。早期的高精度信號發生器為了得到較小的頻率步進，將鎖相環做得非常復雜，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，具有頻率輸出穩定度高、頻率合成范圍寬、信號頻譜純凈度高等優點。由于DDS芯片高度集成化，所以信號發生器的體積很小。
信號發生器的工作頻率范圍、頻率穩定度、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，也是信號發生器性能的重要指標。
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。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能制造信號發生器的原因之一。信號發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生器性能的重要指標。