函數信號發生器的認識
2015-08-19
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，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。
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、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，但其最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。但蝗莘袢系腦謔褂蒙媳冉蝦玫鰲？
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。
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，“TryError”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）。
一臺功能較強的函數波形發生器，還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計等功能，其設計方式在此也順便一提：
1、掃頻：一般分成線性（Lin）及對數（Log）掃頻；
2、VCG：即一般的FM，輸入一音頻信號，即可與信號源本身的信號產生頻率調制；
上述兩項設計方式，第1項要先產生鋸齒波及對數波信號，并與第2項的輸入信號經過多路器（Multiplexer）選擇，然后再經過電壓對電流轉換電路，同步地去加到I1、I2上；
3、TTL同步輸出：將方波經三極管電路轉成0（Low）、5V（High）的TTL信號即可。
但注意這樣的TTL信號須再經過緩沖門（buffer）后才能輸出，以增加扇出數（FanOut），通常有時還并聯幾個buffer。而TTLINV則只要加個NOTGate即可；
4、TRIG功能：類似OneShot功能，輸入一個TTL信號，則可讓信號源產生一個周期的信號輸出，設計方式是在沒信號輸入時，將SWI接地即可；
5、Gate功能：即輸入一個TTL信號，讓信號源在輸入為Hi時，產生波形輸出，直到輸入為LOW時，SWI接地而關掉信號源輸出；
6、頻率計：除市場上簡易的刻度盤顯示之外，無論是LED數碼管或LCD液晶顯示頻率，其與頻率計電路是重疊的。
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