函数信号发生器分析报告

1、函数信号发生器分析报告技术解剖人 王辉一、装置的科学技术原理1、函数信号发生器是一种精密的测量仪器，能够输出连续信号、扫频信号、函数信号、脉冲信号等多种信号，并具有外部测频功能。整个系统由两片单片机进行管理和控制，包括：控制函数信号发生器产生信号的频率；控制输出信号的波形；测量输出信号或外部输入信号的频率并进行显示；测量输出信号的幅度并进行显示等。如图1，函数信号发生器组成框图电源、扫描电路、单片集成函数发生器宽频带、选择门外部输入函数输出、输出频率显示、频率 幅度调节、波形调节、直接耦合功放输入放大、函数输出信号衰减。2、工作原理说明现以ICL8038集成块为核心器件函数信号发生器为例来分析

2、其原理。2.1ICL8038的应用ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10+30V，双电源（+V）（V-）：5V15V。2.2内部框图工作原理2.2.1当给

3、函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器和的输出电压均为低电平；因而RS触发器的，输出Q=02.2.2使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为IS1=I，因充电电流是恒流，所以电容上电压uC随时间的增长而线性上升。2.2.3当上升为VCC/3时，电压比较器输出为高电平，此时RS触发器的，S=0时，Q保持原状态不变。2.2.4一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的时，Q=1时，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性

4、下降。起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但其输出不变。2.2.5一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器的输出电压跃变为低电平，此时，Q=0，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。2.3ICL8038管脚功能(1)2 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压，SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和减小失真；(2)SINOUT正弦波输出；

5、（3）TRIOUT三角波输出；（4）DFADJ1，DFADJ2 输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改变阻值可调节频率和占空比；（5）V+正电源；（6）FMBIAS调频工作的直流偏置电压；（7）FMIN调频电压输入端；（8）SQOUT方波输出；（9）C外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比；（10）V-负电源端或地；（11）NC空脚二、关键技术内涵：如图右所示为函数发生器的主要组成部分如图1，函数信号发生器组成框图电源、扫描电路、单片集成函数发生器宽频带、选择门外部输入函数输出、输出频率显示、频率 幅度调节

6、、波形调节、直接耦合功放输入放大、函数输出信号衰减。1、函数发生器部分器件性能（1）输出频率：0.100Hz 1000kHz（正弦波），按十进制共分七档。（2）输出阻抗 1函数输出：50；TTL输出：600。（3）输出信号波形：函数输出（对称或非对称输出）：正弦波、三角波、方波；TTL输出：矩形波。（4）输出信号幅度函数输出: 不衰减：（1Vp-p 10Vp-p）10%连续可调。衰减10dB：（1Vp-p 10p-p）10%连续可调。衰减20dB：（0.1mVp-p 1mVp-p）10%连续可调。（两个）将同时按下两或三个键可以叠加衰减。如同时按下10dB和20dB则其衰减为30dB。TTL输

7、出：“0”电平0.8V，“1”电平1.8V（负载电阻600）。（5）函数输出信号直流电平偏移（offset）调节范围关断或（5V +5V）10% （50负载）。关断位置时输出信号的直流电平1个频程。（11）外扫描特性：输入阻抗 约100k；输入信号幅度： 0V 2V；输入信号周期： 10ns 5s。（12）输出信号特性正弦波失真度： 99%（输出幅度的10% 90%区域）。脉冲波上升沿、下降沿时间（输出幅度的10% 90%）：30ns。脉冲波的上升、下降沿过冲：5%Vo（50负载）。测试条件：输出幅度5Vpp，频率10kHz，直流电平调节为“关断 ”位置，对称性调节为“关 ”位置，整机预热10

8、分钟。（13）输出信号频率稳定度：0.1%/分钟，测试条件同上。（14）频率范围显示范围：0.100Hz 1000kHz；显示有效位数：七位（0000kHz 1000kHz）。2、 频率计数器部分的主要技术参数（1）输入电压范围（衰减器为0dB ）：50mV 2V （10Hz 20000kHz）；100mV 2V （0.2Hz 10Hz）。（2）输入阻抗：500k/30pF。（3）波形适应性：正弦波、方波。（4）滤波器截止频率：大约100kHz（带内衰减，满足最小输入电压要求）。（5）测量时间：0.1s （fi10Hz），单个被测信号周期（fi 10Hz）。（6）测量误差：时基误差触发误差（触

9、发误差：单周期测量时被测信号的信噪比优于40dB，则触发误差小于或等于0.3%）。（7）时基：标称频率为10MHz，频率稳定度为510-5。3、电源电压：交流220V10% ，频率50Hz5%，功耗30VA。三、基本构成模块及连接机理1、函数发生器的主要构造（1）函数发生器主电路板电路图：（2）频率输出数（3）各调节按键四、性能特点函数信号发生器部分的性能特点（1）可产生正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波以及直流和随机噪声等七种标准函数波形。（2）输出信号的频率最高1000kHz。（3）输出阻抗为50。（4）三种编辑模式：连续模式，触发模式和脉冲模式。（5）四种调制函数：扫频、调频、移频键控

10、、调幅。（6）可通过编辑功能创建和编辑波形，具有4个用户波形存储器。五、思维拓展1、函数发生器的类型可以说是多种多样，随着技术的发展其性能也在日趋完善，应用领域也在随技术的创新而慢慢的扩展。但现有的函数信号发生器每次只能产生单一的波形，以后的发展能不能打破这种束缚使其能一次同时产生多种波形呢？2、经常需要用函数信号发生器产生的信号来使另一个装置工作，有时就会遇到函数发生器功率不够大而不能使带动装置正常工作，因此其功率范围的扩大也一直是值得解决的。module huguang(clk,pause,rst,duan,wei,shi);input clk,rst,pause,shi;output6:

11、0duan;output2:0wei;reg6:0duan;reg2:0wei;reg10:0qout;reg10:0wout;reg clk10,clk2;always (posedge clk)beginif(qout10)qout=qout+1;elsebeginclk10=clk10;qout=0;endend reg6:0bfw,miao,fen;always (posedge clk10 or negedge rst or posedge pause)begin if(!rst)begin bfw=7b0000000;miao=6b000000;fen=6b000000;endel

12、se if(pause)bfw=bfw;else if(bfw99)bfw=bfw+1d1; else begin if(miao59)begin miao=miao+1d1; bfw=2d00;endelse beginif(fen59) begin fen=fen+1;bfw =2d00;miao=2d00;end else begin fen=2d00;miao=2d00;bfw=2d00;endendendendalways (posedge clk2 or posedge shi) if (shi)beginbfw=7b0000000;miao=6b000000;endelse if

13、 (bfw99) bfw=bfw-1; else if(miao59) begin miao=miao-1;bfw=2d00;endelse begin miao=2d00;bfw=2d00;end wire3:0bfw1,bfw2,miao1,miao2,fen1,fen2;assign bfw1=bfw%10;assign bfw2=bfw/10;assign miao1=miao%10;assign miao2=miao/10;assign fen1=fen%10;assign fen2=fen/10;reg 3:0 out;always (posedge clk)begin if (wei3b111)wei=wei+3b001;else wei=3b000;case(wei)3b000:out=bfw2;3b001:out=4b1010;3b010:out=miao1;3b011:out=miao2;3b100:out=4b1010;3b101:out=fen1;3b110:out=fen2;3b111:out=bfw1;endcaseendalways (out)begin case(out)4d0:duan=7b0111111;4d1:duan=7b00