ayx体育APP入口：信号发生器概述、工作原理、应用、分类、选型指南、维护保养、需要注意的几点、故障排除-贤集网选型百科

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　　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。

　　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存在广泛的应用。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。

　　是指频率低的信号发生器具有从低频开始到高频（或反之）自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。

　　2、带有外部扫频控制输入接口（控制信号为电压0-5V，控制电流小于1mA）

　　是指低频信号发生器所输出的频率能由外部来控制（有外部控制接口），外部控制频率变化的电压是0-5V，控制电流小于1mA。当外部控制电压在0-5V变化时，频率低的信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。

　　信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设施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。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。频率低的信号发生器的原理：系统包括主振级、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。

　　主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。

　　右图的电路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。电路是由六反相器CD4096组成的自适应方波发生器。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；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。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。

　　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存在广泛的应用。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。函数信号发生器在电路实验和设备检验测试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（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、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。

　　高频、超高频和微波信号发生器已形成标准信号发生器系列，不但实现了固态化，而且出现了合成信号发生器和程控信号发生器等；在频率的范围、精度、稳定度、分辨力以及输出电平的范围、精度、频响、频谱纯度等性能方面，都在不断地提高。带有微处理器的合成高频信号发生器，其频率、输出、调制等的控制已全部键盘化，并有6位数字显示。

　　信号源能够准确的通过输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

　　正弦信号发生器：正弦信号大多数都用在测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

　　包括音频（200～20000赫）和视频（1赫～10兆赫）范围的正弦波发生器。主振级一般用RC式振荡器，也可用差频振荡器。为便于检测系统的频率特性，要求输出幅频特性平和波形失真小。

　　频率为 100千赫～30兆赫的高频、30～300兆赫的甚高频信号发生器。一般都会采用 LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出。主要用途是测量各种接收机的技术指标。输出信号可用内部或外加的低频正弦信号调幅或调频，使输出载频电压能够衰减到1微伏以下。（图1）的输出信号电平能准确读数，所加的调幅度或频偏也能用电表读出。此外，仪器还有防止信号泄漏的良好屏蔽。

　　从分米波直到毫米波波段的信号发生器。信号通常由带分布参数谐振腔的超高频三极管和反射速调管产生，但有逐渐被微波晶体管、场效应管和耿氏二极管等固体器件取代的趋势。仪器一般靠机械调谐腔体来改变频率，每台可覆盖一个倍频程左右，由腔体耦合出的信号功率一般可达10毫瓦以上。简易信号源只要求能加1000赫方波调幅，而标准信号发生器则能将输出基准电平调节到1毫瓦，再从后随衰减器读出信号电平的分贝毫瓦值；还必须有内部或外加矩形脉冲调幅，以便测试雷达等接收机。

　　扫频信号发生器能够产生幅度恒定、频率在限定范围内作线性变化的信号。在高频和甚高频段用低频扫描电压或电流控制振荡回路元件（如变容管或磁芯线圈）来实现扫频振荡；在微波段早期采用电压调谐扫频，用改变返波管螺旋线电极的直流电压来改变振荡频率，后来广泛采用磁调谐扫频，以YIG铁氧体小球作微波固体振荡器的调谐回路，用扫描电流控制直流磁场改变小球的谐振频率。扫频信号发生器有自动扫频、手控、程控和远控等工作方式。

　　这种发生器的信号不是由振荡器直接产生，而是以高稳定度石英振荡器作为标准频率源，利用频率合成技术形成所需之任意频率的信号，具有与标准频率源相同的频率准确度和稳定度。输出信号频率通常可按十进位数字选择，最高能达11位数字的极高分辨力。频率除用手动选择外还可程控和远控，也可进行步级式扫频，适用于自动检测系统。直接式频率合成器由晶体振荡、加法、乘法、滤波和放大等电路组成，变换频率迅速但电路复杂，最高输出频率只能达1000兆赫左右。用得较多的间接式频率合成器是利用标准频率源通过锁相环控制电调谐振荡器（在环路中同时能实现倍频、分频和混频），使之产生并输出各种所需频率的信号。这种合成器的最高频率可达26.5吉赫。高稳定度和高分辨力的频率合成器，配上多种调制功能（调幅、调频和调相），加上放大、稳幅和衰减等电路，便构成一种新型的高性能、可程控的合成式信号发生器，还可作为锁相式扫频发生器。

　　又称波形发生器。它能产生某些特定的周期性时间函数波形（主要是正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号。频率范围可从几毫赫甚至几微赫的超低频直到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还大范围的使用在其他非电测量领域。图2为产生上述波形的方法之一，将积分电路与某种带有回滞特性的阈值开关电路（如施米特触发器）相连成环路，积分器能将方波积分成三角波。施米特电路又能使三角波上升到某一阈值或下降到另一阈值时发生跃变而形成方波，频率除能随积分器中的RC值的变化而改变外，还能用外加电压控制两个阈值而改变。将三角波另行加到由很多不同偏置二极管组成的整形网络，形成许多不同斜度的折线段，便可形成正弦波。另一种构成方式是用频率合成器产生正弦波，再对它多次放大、削波而形成方波，再将方波积分成三角波和正、负斜率的锯齿波等。对这些函数发生器的频率都可电控、程控、锁定和扫频，仪器除工作于连续波状态外，还能按键控、门控或触发等方式工作。

　　产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。脉冲发生器主要由主控振荡器、延时级、脉冲形成级、输出级和衰减器等组成。主控振荡器通常为多谐振荡器之类的电路，除能自激振荡外，主要按触发方式工作。通常在外加触发信号之后首先输出一个前置触发脉冲，以便提前触发示波器等观测仪器，然后再经过一段可调节的延迟时间才输出主信号脉冲，其宽度能调节。有的能输出成对的主脉冲，有的能分两路分别输出不同延迟的主脉冲。

　　完全随机性信号是在工作频带内具有均匀频谱的白噪声。常用的白噪声发生器主要有：工作于1000兆赫以下同轴线系统的饱和二极管式白噪声发生器；用于微波波导系统的气体放电管式白噪声发生器；利用晶体二极管反向电流中噪声的固态噪声源（可工作在18吉赫以下整个频段内）等。噪声发生器输出的强度必须已知，通常用其输出噪声功率超过电阻热噪声的分贝数（称为超噪比）或用其噪声温度来表示。噪声信号发生器主要用途是：①在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统的性能；②外加一个已知噪声信号与系统内部噪声相比较以测定噪声系数；③用随机信号代替正弦或脉冲信号，以检测系统的动态特性。例如，用白噪声作为输入信号而测出网络的输出信号与输入信号的互相关函数，便可得到这一网络的冲激响应函数。

　　用白噪声信号进行有关函数测量时，若平均测量时间不够长，则会出现统计性误差，这可用伪随机信号来解决。当二进制编码信号的脉冲宽度墹T足够小，且一个码周期所含墹T数N很大时，则在低于fb=1/墹T的频带内信号频谱的幅度均匀，称为伪随机信号。只要所取的测量时间等于这种编码信号周期的整数倍，便不会引入统计性误差。二进码信号还能提供相关测量中所需的时间延迟。伪随机编码信号发生器由带有反馈环路的n级移位寄存器组成，所产生的码长为N=2-1。

　　在 电子测试和测量中，通常会要求信号源，生成只有从外部提供才有的信号。下面列出了为您的应用选择 信号发生器时可能要考虑的常见功能。

　　的最大时钟速率或采样率。采样率影响着主要输出信号的频率。一般来说，您应选择采样频率是生成的信号最高 频谱频率成分两倍的仪器，以保证准确地复现信号。最大采样率还决定着可拿来创建波形的最小时间增量。在典型情况下，这一个数字使用下面的公式计算得出：T=1/F，其中T是用秒表示的定时分辨率，F是采样率。

　　内存深度或记录长度在信号保真度中发挥着及其重要的作用，因为它决定着可以存储多少个数据点来定义一个波形。内存越深，存储的波形细节更多，存储所需波形的周期数越高。

　　垂直分辨率与仪器DAC的二进制字长度有关，用位数表示，位数越多，分辨率越高。DAC的垂直分辨率决定着复现的波形的幅度精度和失真。尽管越高越好，但大多数任意波形仪器都会有一个整体折衷，因为分辨率越高，采样率越低。

　　有些信号发生器提供一系列特点和输出功能。在选择信号发生器时，您还应该评估标准波形、调制功能、输出幅度和波形编辑软件，确保仪器满足您的需求。

　　电子测量仪器的故障通常是由于受热、受潮、漏 电、氧化、腐蚀等因素影响，使仪器内部个别元件或接点或接线失效，导致整机不能工作。为了确认和保证安全使用，一定要做好电子仪器的维护工作，对仪器有可能会出现的故障早发现、早排除。

　　仪器保管的环境条件一般为：环境和温度25℃左右，相对湿度50%左右，室内清洁、无尘、无腐蚀性气体。

　　① 防尘 由于灰尘具有吸湿性，当仪器内积满尘埃时，会使仪器的绝缘性能变差，使一些活动部件和与其接触部件的磨损加剧，易发生电击穿，导致仪器异常工作。

　　但在通常情况下，绝对无尘的环境是很难达到的。所以，在保管仪器时,应使用仪器罩将仪器盖好， 以防尘埃的直接侵入。仪器罩最好采用质地细密既防尘又透气的绒布。塑料罩虽然拥有非常良好的防尘作用，但透气性能差。容易使仪器内部的金属元(部)件因受潮而锈蚀，使其绝缘程度降低。

　　② 防潮 潮气会使电子仪器内部的元件绝缘性能直线下降，尤其是那些用纤维材料制造成的在允许电压下不导电的材料，如变压器、线圈、线绕电位器、表头动圈等都会因受潮发霉而断(或短)路，潮气还会使外壳金属部件发生锈蚀而影响美观。

　　③ 防腐 为避免酸、醎性等气体对电子仪器的腐蚀，不要将蓄电池或易挥发的化学药剂与电子仪器放在一起，也不要采用石灰作为防潮剂。应按时进行检查电子仪器内部的干电池。以免发生腐烂，若长期不用应将电池取出。

　　电了测量仪器若需要较长时间的包装存放， 应用凡士林或黄油涂擦仪器面板的电镀部件及金属的附配件，并用油纸（或蜡纸）包封，使用时可用干布把油层擦抹了净。

　　④防热 由于绝缘材料的抗电强度会随着温度的升高而下降，电路元件的参数也会受湿度的影响 (如炭质电阻、电解电容等容易由于过热而改变参数甚至损坏）,特别是半导体器件特性受温度的影响更明显。这样一些问题的存在，会导致电子测量仪器的工作不稳定，出现各种故障。因此，对于仪器的“温升， 都有一定的限制，一般不允许超出40℃：,室内温度保持在20〜25℃：,如果室温超过35℃：，应采取降温排热措施，并且尽可能缩短连续上班时间，必要时可摘下机壳盖板，快速散热。

　　为尽量避免高温影响，要选择好仪器的存放点。 最好将仪器放置在向阳和通风的房间内，不要直接放置在水泥地上或紧靠墙壁，更不宜放在窗口，以免太阳直接照射。

　　温度的剧变也会吸附潮气。冬季室内外温度相差很大，当仪器从室外移到室内时，仪器表面会附有潮气，应及时擦净吹干。

　　⑤ 防漏电 由于受市电浪涌，脉冲影响，特别是瞬间断电，容易使电子仪器产生故障。所以实验室必须要有良好的接地系统，采用三芯插头插座,接线方 法标准化，可减少意外故障。防漏电也是一项重要的维护措施，方法是在不通电的情况下，将被测仪器的电源开关扳置“通”的部位，然后用兆欧表检査仪器电源线插头与机壳之间的绝缘是不是满足要求。一般最小允许绝缘电阻不能低于500 千欧姆,否则，应禁止使用。

　　⑥ 防震 在搬动仪器时要小心轻放，避免震动或碰撞，以免损坏仪器的插件和表头等部件。在检修仪器的过程中，防止保装弹簧垫圈、电子管屏蔽罩和弹簧片等紧固用零件。

　　在放置仪器的桌面上，不应进行敲击锤打工作。仪器附近不应装有震动很大的机电设施。对仪器的开关、旋钮、刻度盘、接合器等处的锁定螺丝、螺帽应紧固，必要时可加点清漆，以免松脱。

　　使用方法：选用与验电器相同电压等级的验电信号发生器。手持验电器工作部分(验电器头)将发生器的电极头接触被测验电器的电极头，按动“工作”开关，此时验电器发出声光信号表明验电器的性能完好，如无声光指示表明验电器有故障，应修理或更换后使用。检测近电报警安全帽时只须将高压信号发生器的电极头靠近报警器按动“工作”开关即可。

　　电子测量仪器在使用中，会出现各种不同的故障，要想排除一些故障，首先就要查找出故障所在，下面就介绍查找的方法。

　　故障的大部分原因是由于短路、断路和元器件损坏造成的。而这些原因中有一部分可通过人的感觉器官直接感觉到。例如，断线、脱焊、印刷线路板铜箔断裂、电阻烧焦、电解电容器漏液、示波管灯丝不亮和辉光管漏气、高压打火和机械损坏等都能够最终靠眼睛看到；高压打火，摩擦声，碰撞声等可通过耳朵听到；晶体管，变压器等温升过高时可用手感觉到；变压器、电阻等绝缘层烧坏的焦糊味能够最终靠鼻子嗅到。善于使用直觉法，常能很快地发现故障的最终的原因。

　　必须指出，直接法有时所感觉到的并不是故障的根本原因，有些元器件的损坏变质和虚焊在外表上无任何迹象，凭直觉法是无法判断的。

　　在正常工作情况下，电路内各点的电压电流必定在一个正常的范围内。若测量所得的示值超出正常值范围，则说明不正常或已存在严重故障。电子测量仪器中各级晶体管的直流工作点，常在说明书或有关联的资料中给出了正常值。通常测量电路工作点，能判断该电路是不是正常。

　　静点电压和电流还反映了交流和开关工作时的情况，如振荡器是否起振，可由发射极对地电位的变动来判断，一个多谐振荡器是否工作，也可由静点法判断。

　　检查电子仪器中交流电路的工作是否正常，仍用静点法就不够了，还一定要使用波形法。通过示波器观察被检查电路交流工作状态下各测量点的波形、振幅等，以判断交流电路中各元器件有没有损坏的方法称为波形法。

　　用波形法检查振荡电路时不需外加任何信号，而检查放大电路时则需要把信号源的标准信号反馈至输入端。这种方法在检查多级放大器增益下降、波形失真振荡电路、开关电路时应用很广。

　　把故障电路产生的影响用短通测仪器路的方法消除掉，使这一影响不再传到下级或输出端。在某一点短路时，如故障现通测仪器象消失或显著减小，可以说明故障在短路点之前。相反，如故障现象没有消失，就说明故障在短路点之后。移动短路点位置，能更加进一步判定故障的部位。应注意，如果将要短路的两点通测仪器之间有直流电位差，就不能直接短路，而必须用一只大容量电容器来短路。所谓大容量，是指使其交流电抗远小于将被短路的两点间的阻抗，起交流短路作用。

　　将可疑部分从整机电路或单元电路中断开，使之不影响其它部分的正常工作，看故障是否消失。若消失，则故障发生在被切断部分的电路。这种方法使用甚广，尤其是电子测量仪器电路愈来愈复杂，或用多个插件，或采用积木式电路时，此法的应用就更广。应当注意：被断开的插件影不影响别的部分的正常工作，是否有可能造成新的故障，比如电源工作不正常时，就不可轻易拔去保护电路。

　　对于有反馈的闭环系统电路，系统中任何一处的故障都会引起连锁反应，从而使电路异常工作。这时可能各级工作点都不正常，较难断定真正引起故障的原因。断环，即打开反馈闭环，从打开处给一个模拟闭环时的工作状态，这样电路就成了链式结构，查找故障就容易得多了，断环点常选择在反馈支路上。

　　对于可疑的元件、器件、插件乃至整件，可以用同类型的部分试换。比如，某仪器的一块插板用另一块完好的同类插板换上后，故障排除，由此可初步肯定故障就在这块插板上。试换法适用于有备件或有同类型仪器能互换性的情况。

　　故障的最终的原因，除虚焊外，通常是元器件的损坏，在故障范围逐步缩小到某一元器件时，必须对它进行严格测试。如果缺乏在线测试仪器，在没有焊下之前，先用万用表等仪器测试，作一仔细判断，尽可能少用烙铁。这可免除烙铁过热对元器件的不利影响，也可避免印刷线路板因拆焊而损坏或邻近元器件焊点因拆装而导致虚焊。在初步测试后认为某元器件有问题，则将其焊下，并用元器件测量仪器测量检查。

　　所谓软故障，常指故障现象时有时无，难以发现其规律的一些故障。这类故障的原因十分复杂，常见的有：焊点虚焊；波段开关接触不可靠；元器件参数处于临界状态，不稳定；环境和温度变化，电源电压变化等。解决的方法有两种：一是人为地促使软故障变为硬故障(恒存故障)；二是对可疑部位分析普查。将软故障变为硬故障有两种办法：长时间工作，使故障部位渐渐变坏，转为硬故障；扭曲可疑的印刷线路板，拨动可疑元件或引线，看故障是否加剧。

　　电子测量仪器制造厂根据检修的需要，制造专用的检测设备，可收到事半功倍的作用。

　　上述十种方法各有优点。因此在检修电子测量仪器时，很多方法应灵活地使用。检修前务必对被检修仪器的构成和具体电路原理有一个较深的理解，单纯地掌握很多方法而不掌握仪器原理，是很难收到良好效果的。