凡是產生測試信號的儀器,統稱為信號源。信號發生器的振蕩電路也稱為信號發生器,它用于產生被測電路所需特定參數的電測試信號。在測試、研究或調整電子電路及設備時,為測定電路的一些電參量,如測量頻率響應、噪聲系數,為電壓表定度等,都要求提供符合所定技術條件的電信號,以模擬在實際工作中使用的待測設備的激勵信號。當要求進行系統的穩態特性測量時,需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。當測試系統的瞬態特性時,又需使用前沿時間、脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數,如頻率、波形、輸出電壓或功率等,能在一定范圍內進行精確調整,有很好的穩定性,有輸出指示。本文搜羅了幾個經典的信號發生器電路,為工程師及電子愛好者設計信號產生電路提供參考。
一、正弦信號產生電路
文氏電橋振蕩器是最經典的正弦信號產生器,其優點是:不僅振蕩較穩定,波形良好,而且振蕩頻率在較寬的范圍內能方便地連續調節。將RC串并聯選頻網絡和放大器結合起來即可構成RC振蕩電路,放大器件可采用集成運算放大器。 RC串并聯選頻網絡接在運算放大器的輸出端和同相輸入端之間,構成正反饋,接在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間的電阻,構成負反饋。正反饋電路和負反饋電路構成一文氏電橋電橋。
由文橋選頻電路和放大器組成正弦波發生器的電路原理圖
二、脈沖信號發生器電路
在很多設備的檢測中,需脈沖信號源,但標準的脈沖信號源電路較為復雜,價格較高,電子愛好者不易辦到。為此,本文設計一款簡單脈沖信號發生器,其效果較為理想。
本信號發生器主要采用兩塊TTL集成電路(74LS00和74LS221),由于TTL中的晶體管工作于飽和區域,因此電路工作穩定,輸入輸出阻抗比較低,不易受到周圍雜散電磁場的干擾,開關速度快,功耗低,使電路的抗干擾度得到提高。74LS00由四個與非門組成,其中三個構成方波振蕩電路,由最后一個與非門的輸出反饋到第一個與非門的輸入,因此經過了奇數次的反相,使信號相位相反,激起電路來回振蕩,接入電阻和電容就可以得到頻率可調的振蕩電路。
三、高頻信號發生器
頻率為100千赫~30兆赫的高頻、30~300兆赫的甚高頻信號發生器。一般采用LC調諧式振蕩器,頻率可由調諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測量各種接收機的技術指標。輸出信號可用內部或外加的低頻正弦信號調幅或調頻,使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。
此高頻信號發生器由高頻石英晶體振蕩電路和告警電路組成。其工作原理為:振蕩器電路由穩壓管VD1和三極管VT1,石英晶體諧振器SJT,電容器C1、C2并聯諧振槽路以及其它電阻、電容等原件組成。該振蕩器為單管調諧變量器反饋式振蕩電路,在反饋回路中,串接了石英晶體諧振器SJT,振蕩頻率工作在石英晶體諧振器相串聯的固定電容C2,空氣微調電容器C1 用來補償石英晶體諧振器獲得最佳的激勵功率。
四、低頻信號發生器
低頻信號發生器包括音頻(200~20000赫)和視頻(1赫~10兆赫)范圍的正弦波發生器。主振級一般用RC式振蕩器,也可用差頻振蕩器。為便于測試系統的頻率特性,要求輸出幅頻特性平和波形失真小。
本電路具有良好的線性和精度,輸出為每秒1000個脈沖時,誤差只有1%。如果每秒10個脈沖,其誤差可以減少到0.001%。由于可控硅整流器SCR的陰極是連接到運算放大器的相加點。所以應采用負電壓控制。對于正輸入電壓可以倒相后輸入。
電路復位是由R-S觸發器和延時倒相器來完成。平時觸發器Q輸出端為低電平,故可控硅SCR截止,積分器的輸出通過二極管VD1加至三極管VT1的基極。當積分器輸出達到大約1.4V的時候,晶體管導通,使觸發器置位。此時觸發器的Q輸出變成高電平,可控硅SCR導通,積分電容放電。Q輸出的高電平經 1us延時和倒相后使觸發器復位,積分電容C放電到大約0.7V的時候,可控硅截止,于是第二個積分周期開始。
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