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      函數信號發生器

      函數信號發生器
      信號發生器一般區分為函數信號發生器及任意波形發生器,而函數波形發生器在設計上又區分出模擬及數字合成式。眾所周知,數字合成式函數信號源無論就頻率、幅度乃至信號的信噪比(S/N)均優于模擬,其鎖相環( PLL)的設計讓輸出信號不僅是頻率精準,而且相位抖動(phase Jitter)及頻率漂移均能達到相當穩定的狀態,但畢竟是數字式信號源,數字電路與模擬電路之間的干擾,始終難以有效克服,也造成在小信號的輸出上不如模擬式的函數信號發生器。
       
        談及模擬式函數信號源,結構圖如下:
       
        這是通用模擬式函數信號發生器的結構,是以三角波產生電路為基礎經二極管所構成的正弦波整型電路產生正弦波,同時經由比較器的比較產生方波。
       
        而三角波是如何產生的,公式如下:
       
        換句話說,如果以恒流源對電容充電,即可產生正斜率的斜波。同理,右以恒流源將儲存在電容上的電荷放電即產生負斜率的斜波,電路結構如下:
       
        當I1 =I2時,即可產生對稱的三角波,如果I1 > >I2,此時即產生負斜率的鋸齒波,同理I1 < < I2即產生正斜率鋸齒波。
       
        再如圖二所示,開關SW1的選擇即可讓充電速度呈倍數改變,也就是改變信號的頻率,這也就是信號源面板上頻率檔的選擇開關。同樣的同步地改變I1及I2,也可以改變頻率,這也就是信號源上調整頻率的電位器,只不過需要簡單地將原本是電壓信號轉成電流而已。
       
        而在占空比調整上的設計有下列兩種思路:
       
        1、頻率(周期)不變,脈寬改變,其方法如下:
       
        改變電平的幅度,亦即改變方波產生電路比較器的參考幅度,即可達到改變脈寬而頻率不變的特性,但其主要的缺點是占空比一般無法調到20[%]以下,導致在采樣電路實驗時,對瞬時信號所采集出來的信號有所變動,如果要將此信號用來作模數(A/D)轉換,那么得到的數字信號就發生變動而無所適從。但不容否認的在使用上比較好調。
       
        2、占空比變,頻率跟著改變,其方法如下:
       
        將方波產生電路比較器的參考幅度予以固定(正、負可利用電路予以切換),改變充放電斜率,即可達成。[NextPage]
       
        這種方式的設計一般使用者的反應是“難調”,這是大缺點,但它可以產生10[%]以下的占空比卻是在采樣時的必備條件。
       
        以上的兩種占空比調整電路設計思路,各有優缺點,當然連帶的也影響到是否能產生“像樣的”鋸齒波。
       
        接下來PA(功率放大器)的設計。首先是利用運算放大器(OP) ,再利用推拉式(push-pull)放大器(注意交越失真Cross-distortion的預防)將信號送到衰減網路,這部分牽涉到信號源輸出信號的指標,包含信噪比、方波上升時間及信號源的頻率響應,好的信號源當然是正弦波信噪比高、方波上升時間快、三角波線性度要好、同時伏頻特性也要好,(也即頻率上升,信號不能衰減或不能減太大),這部分電路較為復雜,尤其在高頻時除利用電容作頻率補償外,也牽涉到PC板的布線方式,一不小心,極易引起振蕩,想設計這部分電路,除原有的模擬理論基礎外尚需具備實際的經驗,“Try Error”的耐心是不可缺少的。
       
        PA信號出來后,經過π型的電阻式衰減網路,分別衰減10倍(20dB)或100倍(40dB),此時一部基本的函數波形發生器即已完成。(注意:選用π型衰減網絡而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定
       
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