函数信号发生器工作原理及作用

　　什么是函数信号发生器？

　　函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。

　　函数信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

　　函数信号发生器的工作原理：

　　函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波，所以在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

　　函数信号发生器系统主要由主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表构成。当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，一路完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出，输出端为可调电阻。

　　函数信号发生器产生的各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频发射，这里的射频波就是载波，把音频、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

　　函数信号发生器电路图及其电路作用介绍：

　　科技及工业应用要求提供的信号越来越精密，简介推动了函数信号发生器的发展和推广，成为工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它作为一种精密的测试仪器，在电子行业得到了广泛的应用。根据函数信号发生器原理分析，我们知道常用的就是我们经常会用到锯齿波信号产生器作为时基电路。

　　例如在我们需要测量某种信号的度/性能/频率等，需要找一个信号参照观测检测信号的运动规律，再利用一些显示仪器（如示波器/数显仪表等）利用荧光屏来显示实测图像和函数信号发生器的图像进行比对，简化函数发生器测量工作。下面我总结了一些关于函数信号发生器基础知识，包括函数信号发生器原理和性能分析，让大家更直观的去认识这种仪器。

　　函数信号发生器是可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。顾名思义肯定可以产生函数信号源，如一定频率的正弦波，有的可以电压输出也有的可以功率输出。下面我们用简单的例子，来说明函数信号发生器原理。

　　a） 信号发生器系统主要由下面几个部分组成：主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。

　　b） 工作模式：当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，其一路径回路，完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路径电容耦合，进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出。输出端为可调电阻。

　　c） 工作流程：首先主振级产生低频正弦振荡信号，信号则需要经过电压放大器放大，放大的倍数必须达到电压输出幅度的要求，通过输出衰减器来直接输出信号器实际可以输出的电压，输出电压的大小则可以用主振输出调节电位器来进行具体的调节。

　　它一般由一片单片机进行管理，主要是为了实现下面的几种功能：

　　a） 控制函数发生器产生的频率;

　　b） 控制输出信号的波形;

　　c） 测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示;

　　d） 测量输出信号的幅度并显示;

　　e） 控制输出单次脉冲。

　　下面我们来举一个例子，我们用电源自适应的方波发生器原理图来具体的进一步说明。下图是一种不用电源的方波发生器，可供电子爱好者和实验室作简易信号源用。

　　该电路是由六反相器CD4096组成的自适应方波发生器。该方波发生器电路简单，制作容易，因此可利用该方波发生器电路，作市电供电的50Hz方波发生器。制作时，市电220V的正弦波，应经变压器隔离降压（1～0.75V）处理后，输入到电路的输入端，以保安全。

　　【电路分析如下】

　　（1）当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，其一路径C1、D1、D2、C2回路，完成整流倍压功能，给CD4096提供工作电源;

　　（2）另一路径电容C3耦合，进入CD4096的一个反相器的输入端，完成信号放大功能（反相器在小信号工作时，可作放大器用）。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经CD4096的12、8、10脚输出。输出端的R2为可调电阻，以保证输出端信号从0～1.25V可调。

　　在电子设计中函数信号发生器是经常使用的，可以提供一定频率一定周期的正弦波、方波和三角波等。

　　如何搭建一个完整的函数发生器构架：

　　函数信号发生器，在模拟电子领域有很大的用途。总结起来，函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：

　　（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。

　　（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

　　（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

　　（4）利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。