信号源设计与制作.docx
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信号源设计与制作
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电气工程学院教研室：
测控技术与仪器
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
实用信号源的设计与制作
课程设计（论文）任务
在给定电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。
●基本要求
正弦波信号源：
①信号频率：
20Hz～20KHz可调
②频率稳定度优于10-3
③非线性失真系数≤5%
脉冲波信号源：
①信号频率：
20Hz～20KHz可调
②上升时间和下降时间≤1μs
③平顶斜率：
≤5%
④脉冲占空比可调
两者在负载为600Ω时，输出幅度3v
●发挥部分
两者信号频率、可调步长：
5Hz
两者输出辐度可调300mv～3v
降低正弦波非线性失真系数
进度计划
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验室中经常使用的电子仪器之一。
本文采用分立元器件设计了可输出正弦波和脉冲波的信号发生器，介绍了信号发生器的工作原理、电路参数计算方法、电路仿真结果，并进行了电路制作。
所设计的信号发生器由振荡电路、稳幅电路、正弦波调幅电路、电压比较电路、脉冲波调幅电路组成。
采用RC振荡方式产生振荡信号，通过二极管IN4148和运放TL082实现振荡信号稳幅，调幅之后输出正弦波信号，再经电压比较器和调幅电路实现脉冲波的占空比和幅度的变化。
采用了多级电阻和多级双联电位器实现频率的分段和步进。
本文设计的信号发生器具有结构简单、成本低、体积小等特点，经仿真和实际电路制作验证，其产生的正弦波和脉冲波频率、占空比、信号幅度可调，频率步进5Hz，矩形波可步进调整占空比,不影响频率,步长小于1%,波形有较好的边沿特性。
关键词：
信号发生器；RC震荡；频率歩进；占空比
第1章绪论
信号发生器的应用
信号发生器又称信号源或振荡器，是教学科研及工程实践中最重要的仪器之一，可广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域。
信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信号，为后端电路提供一个理想信号。
由于信号源信号的特征参数均可人为设定，所以可以方便地模拟各种情况下不同特性的信号，对于产品研发和电路实验特别有用。
在电路测试中，我们可以通过测量、对比输入和输出信号，来判断信号处理电路的功能和特性是否达到设计要求。
例如，用信号发生器产生一个频率为1kHz的正弦波信号，输入到一个被测的信号处理电路（功能为正弦波输入、方波输出），在被测电路输出端可以用示波器检验是否有符合设计要求的方波输出。
高精度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源（参考源），待校准仪器以参考源为标准进行调校。
信号发生器可以用来调节电台和对讲机的灵敏度，其基本原理就是使对讲机接收通道中的滤波槽路对有用的信号传输衰减达到最小，从而使对讲机具有较高的灵敏度，这在一些业余电台改频改造和自制电台中应用得比较多。
信号发生器在此同样扮演的是模拟空中信号的角色。
如果对讲机本身具有接收信号强度S表或者测试点，可以用信号发生器输入一个使机器信号表指示30%左右强度的信号（容易看出调节的变化效果），然后按照对讲机维修手册的说明，调节接收槽路，使信号表指示到最大，要是在调节过程中出现信号表满表的情况，可以再把信号发生器的信号幅度调小一些。
通常，为了保证整个频段的灵敏度，平均需要采用在目标频段的高端、低端、中心多个频率点作为参考点进行“统调”。
对于没有信号强度指示反馈的对讲机，只能通过在低信噪比状态下，监视信噪比的改善与劣化来调整接收槽路。
其实，信号发生器除了可以调节对讲机的接收灵敏度，也可以用来调校收音机和电视机，只要信号发生器能产生相同类型的信号即可。
信号发生器可以用来查找电台、对讲机的接收通道故障。
其基本原理是：
由前级往后级，逐一测量接收通路中每一级放大和滤波器，找出哪一级放大电路没有达到设计应有的放大量或者哪一级滤波电路衰减过大。
信号发生器在此扮演的是标准信号源的角色。
信号源在对讲机天线输入端输入一个已知幅度的信号，然后通过超高频电压表或者频率足够高的示波器，从天线输入端口逐级测量增益情况，找出增益异常的单元，再进一步细查，最后确诊存在故障的零部件。
信号发生器可以用来调测滤波器，典型的就是带通滤波器和电台上用的双工器。
调测滤波器的理想仪器二字线——网络分析仪和扫频仪，其主要功能部件之一就是信号发生器。
在没有这些高级仪器的情况下，信号发生器配合高频电压测量工具，如超高频毫伏表、频率足够高的示波器、测量接收机等，也能勉强调试滤波器，其基本原理是测量滤波器带通频段内外对信号的衰减情况。
信号发生器在此扮演的是标准信号源的角色，信号发生器产生一个相对比较强的已知频率和幅度信号，从滤波器或者双工器的INPUT端输入，测量输出端信号衰减情况。
带通滤波器要求带内衰减尽量小，带外衰减尽量大，而陷波器正好相反，陷波频点衰减越大越好。
因为普通的信号发生器都是固定单点频率发射的，所以调测滤波器需要采用多个测试点来“统调”。
如果有扫频信号源和配套的频谱仪，就能图示化地看到滤波器的全面频率特性，调试起来极为方便。
信号发生器可以用来校准对讲机和接收机的信号强度表，信号发生器在此扮演的是标准信号源的角色。
按照各机型的维修手册要求，在校准频点输入特定强度的信号，此时校正S信号强度表的实际指示。
在实际调整中，我们可以看到，虽然国际上有接收机S信号表指示的参考场强标准，但现在很多厂家都执行自家的标准，使S表指示偏大而指示范围偏小，给用户的感觉就是S表指示很容易满表，暗示用户它的接收灵敏度高。
除了在射频方面的应用，信号发生器在音频领域也有广泛的应用。
信号发生器用于对讲机话音电路和调制电路的调测。
信号发生器代替驻极体拾音器向对讲机的“MICin”送入符合要求的1kHz单音信号（输入幅度要求在维修手册会有标明），然后使调频对讲机处于发射状态。
正常情况下，在接收机中会听到1kHz的音频，通过调制度仪,可以测量出被测对讲机的调制幅度。
由此,可以检测和调整调频对讲机的语音调制电路（调制度一般在对讲机内部可调整）。
一般25kHz间隔FM调制的对讲机,要求在1kHz音频下调制度在4.5kHz左右。
调频对讲机调制过小,语音会偏轻，调制过大,会影响话音,并增加占用带宽。
有的发射无语音故障的对讲机,也可以通过类似方法从MICin开始逐级测量语音信号状况。
信号发生器用于音频功放的维修。
信号发生器在此扮演的是理想信号源的角色。
信号源产生一个适当幅度的音频正弦信号，作为音频功放的信号输入。
通过测量音频功放的输出幅度和波形,我们可以判断音频功放电路工作是否基本正常，包括是否有自激等不正常状态以及失真情况。
信号发生器的分类
1.按工作频段分类
分为超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器。
超低频信号发生器一般是指工作频率下潜到0.1Hz以下的信号发生器，一般用于专业上的特殊用途。
低频信号发生器一般是指工作频率主要在1Hz～1MHz的信号发生器，多用于音频领域。
高频信号发生器，也叫射频信号发生器，一般是指工作频率从100kHz到几百兆赫的信号发生器（目前频率高的可以达到几吉赫兹），多用于通信和测量领域。
微波信号发生器一般是指工作频率高达数吉赫兹到几十吉赫兹的信号发生器，多用于雷达领域。
随着频率合成技术和电路的发展，很多信号发生器都可提供更大的频率覆盖范围，一机多能，频段的划分渐渐成为一个模糊的观念。
例如常用的Agilent33250A函数发生器就可以工作在1μHz～80MHz的范围，包含传统的超低频、低频、音频和HF频段。
2.按频率产生机制分类
分为LC振荡器信号发生器、压控振荡信号发生器、频率合成信号发生器。
目前低端的廉价信号发生器多采用LC振荡器，中低端的函数信号发生器多采用压控振荡器，中高档的信号发生器多采用DDS频率直接合成技术。
随着DDS技术的普及和芯片价格的下降，越来越多的信号发生器采用DDS技术，并有向入门级产品发展的趋势。
近期，很多一两千元的函数信号发生器也开始使用DDS技术。
3.按功率输出分类
分为简易信号发生器、标准信号发生器、功率信号发生器。
简易信号发生器在信号输出幅度控制上比较简单，只使用一个简易衰减器，对输出的信号不能直接量化控制。
标准信号发生器在信号输出幅度上有严格的控制，能提供准确的输出幅度读数。
一般高频标准信号发生器输出幅度在-127～+23dBm。
功率信号发生器则提供较大的功率输出，一般在+20dBm以上，功率大的可达几瓦到几十瓦。
4.按照产生信号的类型分类
可以分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、专用信号发生器。
正弦信号发生器提供最基本的正弦波信号，可以作为参考频率和参考幅度信号，用于增益和灵敏度的测量以及仪器的校准。
常见的高频信号发生器和标准信号发生器都属于此类。
函数信号发生器可以产生各种函数波形信号，典型的有方波、正弦波、三角波、锯齿波、脉冲等。
函数信号发生器一般工作频率不高，频率上限在几兆赫到一二十兆赫，频率下限很低，大多可以低于0.1Hz。
函数信号发生器用途非常广泛，科学实验、产品研发、生产维修、IC芯片测试中都能见到它的身影。
脉冲信号发生器和随机信号发生器多用于专业场合。
专用信号发生器是产生特定制式信号的专用仪器，如常见的电视信号发生器、立体声信号发生器等。
高端信号发生器有矢量信号源、基带信号源，主要应用在航空、国防等尖端领域，价格也非常昂贵。
国内外信号发生器主要产品
目前，国际高端信号发生器以美国Agilent（安捷伦）和德国Rohde&Schwarz（罗德与施瓦茨）品牌产品为主。
此外，Tektronix（泰克）、Aeroflex-IFR和日本ANRITSU（安立）的信号发生器也很好。
国际高档函数信号发生器有Agilent33210A和33220A，高端一些的产品是Agilent33250A。
高频（射频）信号发生器主要是AgilentE4428C和罗德与施瓦茨的SMC100A。
国产信号发生器品牌包括普源RIGOL、盛普、扬中科泰以及中国台湾的固纬。
普源的DG1022是一款普及型的中档函数信号发生器，设计理念先进，外观时尚，具有很好的性价比，DG1022售价只有国际品牌同类产品的20%左右，完全适合普通研发和维修以及教学使用。
设计任务及主要技术指标
本设计要求在给定电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。
具体要求是：
●基本要求
正弦波信号源：
①信号频率：
20Hz～20KHz可调
②频率稳定度优于10-3
③非线性失真系数≤5%
脉冲波信号源：
①信号频率：
20Hz～20KHz可调
②上升时间和下降时间≤1μs
③平顶斜率：
≤5%
④脉冲占空比可调
两者在负载为600Ω时，输出幅度3v
●发挥部分
两者信号频率、可调步长：
5Hz
两者输出辐度可调300mv～3v
降低正弦波非线性失真系数
注明：
此设计与制作不得使用专用信号发生芯片
第2章总体方案设计
信号发生器的实现方法
信号发生器是用来产生振荡信号的一种仪器，为使用者提供需要的稳定、可信的参考信号，并且信号的特征参数完全可控。
所谓可控信号特征，主要是指输出信号的频率、幅度、波形、占空比、调制形式等参数都可以人为地控制设定。
随着科技的发展，实际应用到的信号形式越来越多，越来越复杂，频率也越来越高，所以信号发生器的种类也越来越多，同时信号发生器的电路结构形式和实现方法也不断向着智能化、软件化、可编程化发展。
信号发生器的实现方法通常有以下几种：
1.采用分立元件实现
以集成运算放大器为应用核心，通过添加外围器件使之形成运算、正反馈电路，并满
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