信号发生器组成有哪些

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。它是由内部带有扫频输出功能(全频段扫频时间小于5秒)；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)结构组成。

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。

信号发生器组成具体如下：

1、内部带有扫频输出功能(全频段扫频时间小于5秒)

是指低频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可以由外部进行控制(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，低频信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。

（图/文/摄： 黎彩英） @2019

1 正弦波线性调节；2 正弦波输出；3 三角波输出；4 恒流源调节；5 恒流源调节；6 正电源；7 调频偏置电压；8 调频控制输入端；9 方波输出（集电极开路输出）； 10 外接电容；11 负电源或接地；12正弦波线性调节；13、14 空脚

图XX_02 8038管脚图（顶视图）

在图XX_01中，电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压vC随时间线性上升，当vC上升到vC=2VR/3 时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出Q端由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。由于I2>I1 ，因此电容C放电，vC随时间线性下降。当vC下降到vC≤VR/3 时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，vC又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡。若I2=2I1 ，vC上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。当I1<I2<2I1 时，vC的上升时间与下降时间不相等，管脚3输出锯齿波。因此，8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。

①有关触发器的工作原理见数字部分。图951中的触发器，当R端为高电平、S端为低电平时，Q端输出低电平；反之，则Q端为高电平。

2．8038的典型应用

由图XX_02可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是(VCC+VEE/5) ，它可作为管脚8的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一电阻，其值常选用10kW左右，如图XX_03所示。当电位器Rp1动端在中间位置，并且图中管脚8与7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和正弦波。电路的振荡频率f约为03/[C(R1+RP1/2)] 。调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。

图XX_03 8038接成波形产生器

在图XX_03中，当RP1动端在中间位置，断开管脚8与7之间的连线，若在+VCC与-VEE之间接一电位器，使其动端与8脚相连，改变正电源+VCC与管脚8之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。

信号发生器又称为函数信号发生器，它是一种应用非常广泛的设备，它可作为各种、部件及整机测量、调试、检修时的信号源。信号发生器提供正弦波、方波、三角波等多种信号波形。使用起来有很大的灵活性。目前，信号发生器的输出频率范围可达到0005hz~50mhz，可输出正弦波、方波、三角波、锯齿波等各种信号，一般信号发生器都具有频率计数和显示功能，当该仪器外接计数输入时，还可作为频率计数器使用。有些函数信号发生器还具备调制和扫频功能。

信号发生器中的正弦波输出信号在模拟测试中应用十分广泛，电子放大器增益的测量、相位差的测量、非线性失真的测量以及系统频域特性的测量等均需要正弦信号源。

一、信号发生器的电路构成

信号发生器的电路构成有多种形式，一般有以下几个环节：

基本波形发生电路：波形发生可以是由rc振荡器、文氏电桥振荡器或压控振荡器等电路产生。

波形转换电路：基本波形通过矩形波整形电路、正弦波整形电路、三角波整形电路进行正弦波、方波、三角波间的波形转换。

放大电路：将波形转换电路输出的波形进行信号放大。

可调衰减器电路：可将仪器输出信号进行20db、40db或60db衰减处理，输出各种幅度的函数信号。

二、信号发生器工作原理

目前常用的函数信号发生器大多由与晶体管构成，一般是采用恒流充放电的原理来产生三角波，同时产生方波，改变充放电的电流值，就可得到不同的频率信号，当充电与放电的电流值不相等时，原先的三角波可变成各种斜率的锯齿波，同时方波就变成各种占空比的脉冲。另外，将三角波通过波形变换电路，就产生了正弦波。然后正弦波、三角波(锯齿波)方波(脉冲)经函数开关转换由功率放大器放大后输出。

信号发生器的简化原理框图如图1所示。图中所示方波由三角波通过方波变换电路变换而成，实际中，三角波和方波的产生是难以分开的，方波形成电路通常是三角波发生器的组成部分。正弦波是三角波通过正弦波形成电路变换而来的。所需波形经过选取、放大后经衰减器输出。

直流偏置电路提供一个直流补偿调整，使信号发生器输出的直流成分可以进行调节

函数发生器工作原理

波形发生电路

这部分电路由MAX038函数发生器及频率、占空比控制电路组成，波形的选择、频率、占空比的调节都是由单片机来控制。

MAX038是一个产生从1Hz到大于20MHz的低失真正弦波、三角波、锯齿波或矩形（脉冲）波的高频波形发生器，它只要少量的外部元件。频率和占空比可以由调整电流、电压或电阻来独立控制。

单片机智能控制电路

该部分电路由单片机、面板按键输入、频率、幅度显示及其各种控制信号的输出及指示电路组成。其主要功能是：控制输出信号的波形，调节函数信号的频率，测量输出信号或外部输入信号的频率并显示，显示输出波形的幅度。

频率计数通道

该电路由宽带放大器及方波整形器组成，主要功能用于外测频率时对于信号的放大整形。

功率放大电路

获得一定功率的输出信号，且功放电路具有倒相特性。

1 前言

在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速地选用不同特征的信号源，就成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后人们用其它仪表测量感兴趣的参数。信号源在各种实验应用和实验测试处理中，不是测量仪器，而是根据使用者的需求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

函数信号发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小、输出稳定、可靠性高，特别是 *** 作简单方便。

本实验由两个电路组成，分别是“方波——三角波发生电路”和“三角波——正弦波变换电路”。方波——三角波发生电路由自激的单线比较器产生方波，通过RC积分电路产生三角波，再经过差分电路可实现三角波——正弦波的变换。本电路振荡频率和幅度用电位器调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定；而正弦波幅度和电路的对称性也分别由两个电位器调节，以实现良好的正弦波输出图形。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力、物力资源，具有实际的应用价值。

11设计任务要求：

设计制作一个简易方波——三角波——正弦波信号发生器，供电电源为±12V，要求频率调节方便，并满足下列指标要求：

1、输出频率能在1 KHZ~10KHZ范围内连续可调。

2、方波输出电压峰峰值Uopp=12V（误差<20%），上升、下降沿均小于10uS；

3、三角波输出电压峰峰值Uopp=8V（误差<20%）；

4、在1KHZ~10KHZ的频率范围内，正弦波输出电压峰峰值Uopp≥1V，无明显失真。

提高要求：

1、将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围不少于30%~70%；

2、自拟其他功能。

2 方波、三角波、正弦波发生器方案

2 1 原理框图

RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波——方波——三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。

2 2 系统组成框图

3 各组成部分的工作原理

31 方波-三角波产生电路的工作原理

方波输出幅度由2DW232稳压管的稳压值决定，即限制在（Uz+UD）之间。

方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m=±（Uz+UD）。

方波和三角波的震荡频率相同，为f=1 /T=āRf/4R1 R2C，式中ā为电位器Rp1的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。即调节Rp1可改变振荡频率。

根据两个运放的转换速率的比较，在产生方波的时候选用转换速率快的LM318，这样保证生成的方波上下长短一致，用LM741则会不均匀。产生三角波的时候选用LM741。其中R1、R2的值是根据实验要求设定在20K和30K，根据计算可设定R6=2KΩ，C=0 01 uF。根据运放两端电阻要求的电阻平衡，选择R6的阻值和R8的相等，即R8=2KΩ。根据所需要输出方波的幅度选择合适的稳压管和限流电阻R3的大小。稳压管为给定的2DW232，其稳压幅度已经给定。选择限流电阻R3为430Ω。为使ā的变化范围较大，信号的频率范围达到要求，电位器Rp1选择为100KΩ范围内可调。

3 2 三角波-正弦波转换电路的工作原理

差动放大器具有很大的共模抑制比，被广泛应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

差动放大器的设计：

1、确定静态工作点电流Ic1、Ic2、Ic3

静态时，差动放大器不加入输入信号，对于电流镜Re3=Re4=ReIr=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2I b4=Ic4+2Ic4/β≈Ic4=Ic3而Ir=Ic4=Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)。上式表明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4决定，与晶体管的参数无关。由于差动放大器的静态工作点主要由恒流源决定，故一般先设定Ic3。Ic3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小， 放大器的输入阻抗越高。因此在实验中，取Ic3为1mA。有Ic1 =Ic2=0 5Ic3=0 5mA。由R+Re=（Ucc+Uee-Ube）/Ir，其中Ucc为12V，Uee也为12V，Ube的典型值为07V（在本次取值中可以忽略），Ir为1 mA，故取R=18KΩ，Re4=1 KΩ。由于镜像电流源要求电阻对称，故取Re3=1KΩ。

2、差模特性

差动放大器的输入和输出各含有单端和双端输入两种方式，因此，差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式。不同的连接方式，电路的特性不同。Rp的取值不能太大，否则反馈太强，一般取100Ω左右的电位器，用来调整差动放大器的对称性。

3、 三角波——正弦波变换电路

三角波—正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路，二极管可变分压器电路和差分放大器等。本实验利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波——正弦波的变换。

图中R17调节三角波的幅度，R16调整电路的对称性，并联电阻RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C2、C3、C4为隔直流电容，用单向的大电容不但很好地滤除直流分量，还能避免双向耦合，使输出地波形清晰稳定。C5为滤波电容，以滤除高频信号干扰，改善输出正弦波的波形，减少不确定的信号干扰。

电解电容C2、C3、C4为隔直流电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取得相对较大，故取C2=100uF，C3=100uF，C4=100uF。R17调节三角波的幅度，为满足实验要求，其可调范围应该比较大，故取R17=10kΩ。Rb1与Rb2为平衡电阻，取值为 Rb1=Rb2=51Ω。流进T1，T2集电极电流约为05mA，为满足其正弦波的幅度大于1mA， 取Rc1=Rc2=75kΩ，使得电流流经Rc2的电压降不至于很大。C5为滤波电容，其值应该满足要求的正弦电压幅度与频率，其值不能取太大，否则会使幅度太小无法达到要求，故取 C5=01uF。至此，电路的设计基本完成，需要在实验中进一步调试电路。

3 3 提高要求电路图

将原电路图的R5改为

这样的结构，利用二极管的单向导电性，电位器的调节使两个方向串接的电阻值不同，使得电容C充电、放电的时间不同，从而实现调节方波占空比的扩展功能。

3 4 总电路图

4 用Multisim电路仿真

4 1 方波—三角波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图8所示的方波转三角波波形仿真图。

4 2 方波—正弦波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图所示的三角波转正弦波波形仿真图。

4 3 提高要求的仿真

5 电路的实验结果及分析

5 1 方波波形产生电路的实验结果

把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的问题， 进行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测方波波形如图11所示：

5 2 方波——三角波转换电路的实验结果

实测三角波波形如图12所示：

5 3 正弦波发生电路的实验结果

由示波器实测正弦波波形图为：

由图可知波形比较准确，调节RP可改变幅频、幅值大小。频率在1kHZ~10kHZ连续可调。

5 4 提高要求的实验结果

5 5 主要测试数据

三种输出波形的输出频率在1K~10KHz范围内连续可调，无明显失真。

方波的峰峰值为138V，大于实验要求的峰峰值12V，误差为15%，小于20%，满足实验要求。上升时间为251ns，小于10us。输出方波占空比可调范围是12%87%，大于30%70%。

三角波的峰峰值为885V，大于实验要求的峰峰值8V，误差为10625%，小于20%，满足实验要求。

正弦波的峰峰值大于1V满足要求。

5 6 必要的测试方法

利用直流电压源产生工作电压，用示波器测试输出电压波形、峰峰值、频率、占空比、上升时间等，用万用表测量电阻的阻值及电容容值。

5 7 实验结果分析

输出的各波形的参数范围符合使要求，有些许的偏差。原因可能是在各原件的参数选择上有些偏差。

正弦波稍微有点失真是因为积分电路中充放电的时间不够, 隔直电容选取的不够大，差分电路不完全对称，调节几个电位器即可使波形改善，若还不对称，则需将隔直电容调换之更大数值。

6 故障及问题分析

在第一次试验中，第一级的方波——三角波发生电路不能产生波形，检查元器件连接无误，于是多次将电路拆掉重连，最终发现是调节频率的电位器一个引脚损坏。

无波形图示：

第二级电路连接好之后，正弦波总出现波形失真，且频率可调范围小于1K~10KHz，我请教了电路中心的张咏梅老师，她说这是因为正弦波形是电容滤出来的，而不是差分电路输出的改变C2、C3、C4的容值即可。

于是改变C2、C3、C4的容值，反复试验，最终出现无失真，频率范围可调的正弦波。

失真图示：

7 实验总结

在实验过程中，遇到了很多的问题。比如：

1、波形失真，甚至得不到波形这样的问题。开始很长一段时间内我换掉各种元件但是还是不能出现波形，直到我更换了面包板。这是因为插线的时候用力过猛，使得面包板的d片掉落，不能使电路内部连通。

2、正弦波输出有很大失真，一开始没有输出正弦波而是三角波，这是因为差放工作在线性区，不能完成三角波——正弦波的转换，我将Rb的阻值调小，并且改变隔直电容的容值，才使波形得以改善。

3、方波的峰峰值不符合要求。理论上，方波的峰峰值是由稳压管决定的，调节电位器，可以改变幅度和频率。

4、三角波峰峰值比预想中大。理论上，是要保证R1/R2=3:2，即可保证三角波峰峰值为8V。但当采用了R1=30kΩ，R2=20kΩ的电阻后，三角波的峰峰值反而偏大，并且不由调节电位器可以改变。解决办法是适当调整R1、R2的阻值直到达到预期效果。

5、一开始搭建电路缺乏经验，使电路的构造十分拥挤。后来借鉴了其他同学搭电路的方法，让电路连接的导线尽量短，导线和元器件紧贴在面包板上，这样搭出来的电路更加赏心悦目，各元器件的连接更加清晰，debug更加方便，实验成功率也大大提高。

6、一开始正弦波失真，是因为正弦波形是电容滤出来的，而不是差分电路输出的。改变C6、C7的容值即可。

8 仪器仪表清单

8 1 所用仪器及元器件：

元器件：电位器、电阻、电容

相关元件参数：

LM318芯片：

输入失调电压：4mV；增益带宽积：15MHz

耗电流：5mA；偏置电流：150nA

转换速率：70V/uS；电源：+/-20V

LM741芯片：

输入失调电压08mV；增益带宽积：15MHz

耗电流：17mA；偏置电流：30nA

转换速率：07V/uS；电源：+/-3V — +/-22V

三极管：8050

双稳压管：2DW232

二极管：1N4148

8 2 仪器清单表

表一 仪器清单表

元器件名称 型号、规格 数量

运算放大器 LM741 1片

运算放大器 LM318 1片

三极管 8050 4个

双稳压管 2DW232 1个

电位器 100Ω 1个

电位器 10kΩ 2个

独石电容 若干

电解电容 若干

电阻 若干

面包板 1个

提高要求需要：

电位器 1个

二极管 1N4148 2个

函数发生器元件清单

1、电阻：1K(2个) 15k(1个) 10K(8个) 20K(2个) 100K(4个) 200K（6个）300K（5个）

5K(2个) 15K，51K,200K各（1个）

2、三极管：2SK30A(2个)n

3、二极管：1N4148(11个)

4、运放及插座：8脚TL082芯片（2个） 8脚集成块插座(2个)

5、电容：2400P（1个），104（2个）

6、稳压管：43V（2个）

7、电位器（3脚直插式）：2K（2个）

8、其他：排针1排、多孔板1张 以上各50套。

另外，彩色排线买18米。

函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。

函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。

设计要求：

（1） 根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。

（2） 列出所有元、器件清单报实验室备件。

（3） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。

（4） 记录实验结果。

函数信号发生器的波形有：三角波、矩形波、正弦波、锯齿波、脉冲波等具有一些特定周期性（或者频率）的时间函数波形。

函数信号发生器的输出端可以短接，短接不会损坏机器。

交流毫伏表不能用来测量直流电压的大小。

函数信号发生器的工作原理：

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。

扩展资料

信号发生器和示波器的区别：

1、严格来说，函数信号发生器是一个信号源，示波器是一个显示器---接收信号源的的波形显示器。但实际上，现在的示波器为了通用方便，也可以有简单的波形发生器例如正弦波的。但绝对不可能具备多种波形的函数波形。

2、还有一种仪器叫综合测试仪，那就是将两者结合起来的仪器，也有叫做信号分析仪，它通常分通用的还是专用频谱分析，也有将一些函数波形发生器和示波器结合起来。

——函数信号发生器