2.3 函数信号发生器
函数发生器是一种能产生正弦波、三角波、方波、斜波和脉冲波等信号的装置。常用于科研、生产、维修和实验中。例如在教学实验中，常使用函数发生器的输出波形作为标准输入信号，接至放大器的输入端，配合测试仪器，例如用示波器定性观察放大器的输出端，判断放大器是否工作正常，否则，通过调整放大器的电路参数，使之工作在放大状态；然后，通过测试仪器（例如用晶体管毫伏表对输出端进行定量测试），从而获得该放大器的性能指标。
2.3.1 函数信号发生器工作原理
函数信号发生器的工作原理框图如图2-13所示。
图2-13 函数信号发生器原理框图
信号发生器采用恒流对积分器中的电容器进行充、放电来产生三角波和方波。图2-13中，电子开关在电压比较器输出的开关信号作用下，用于控制恒流源对电容器进行充、放电。当正向恒流源对电容器进行充电时，电容器上的电压线性上升，若达到电压比较器的正阈值时，电压比较器电路状态翻转，迫使电子开关状态的改变，于是电容器对反向恒流源放电，若电容器上的电压降至电压比较器的负阈值时，电压比较器和电子开关的状态随之翻转，周而复始，于是在电容器上得到三角波，在电压比较器输出端得到方波。
如果改变充、放电子的电流值或电容的容量，便可获得不同频率的信号。可通过改变电容的容量来改变输出信号的频段，通过调节电位器来改变恒流源电流的大小，以实现频率的连续变化。
改变正、负充放电流的大小可由三角波变为各种斜率的锯齿波，同时，方波就变成各种占空比的脉冲。采用多级桥式二极管网络，利用二极管的非线性原理，可使三角波变换为下正弦波。由波形选择开关选出的正弦波、三角波及其他波形，经输出级的电压或功率放大后输出。
2.3.2 函数信号发生器（EE1641B型）应用
EE1641B型函数信号发生器是一种精密的测试仪器，如图2-14所示。具有连续信号、扫描信号、函数信号、脉冲信号等多种输出信号和外部测频功能。
图2-14 EE1641B型函数信号发生器
1．主要特点
1）采用大规模单片集成精密函数发生器电路。
2）采用单片微机电路进行整周期频率测量和智能化管理，对于输出信号的频率幅度可以直观、准确地了解到。
3）该机采用了精密电流源电路，使输出信号在整个频带内均具有相当高的精度，同时多种电流源的变换使用，使仪器不仅具有正弦波、三角波、方波等基本波形，更具有锯齿波、脉冲波等多种非对称波形的输出，同时对各种波形均可以实现扫描功能。
2．技术参数
1）函数信号发生器技术参数
（1）输出频率
EE1641B:0.2Hz～2MHz按十进制分类，共分7档。
每档均以频率微调电位器实行频率调节。
（2）输出信号阻抗
函数输出：50Ω。
TTL同步输出：600Ω。
（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同步输出：脉冲波。
（4）输出信号幅度
函数输出：峰峰值l0V±10%（50负载）峰峰值20V±10%（1M负载）。
TTL脉冲输出：标准TTL幅度。
（5）函数输出信号直流电平：-5V～+5V可调（50Ω负载）
（6）函数输出信号衰减：0dB/20dB/40dB三档可调
（7）输出信号类型：单频信号、扫频信号
（8）函数输出非对称性调节范围：25%～75%
（9）扫描方式
内扫描方式：线性/对数扫描方式。
外扫描方式：由VCF输入信号决定。
（10）内扫描特性
扫描时间l0ms～5s。
扫描宽度：＜1个倍频程。
（11）外扫描特性
输入阻抗：约100k。
输入信号幅度：0～2V。
输入信号周期：l0ms～5s。
（12）输出信号特征
正弦波失真度：＜2%。
三角波线性度：＞90%。
（13）脉冲波上升、下降沿时间
EE1641B: ＜100ns。
测试条件：l0kHz频率输出，输出幅度1V；直流电平为0V。整机预热10min；“扫描/计数”为外计数，功能（无外信号）。输入“低通”、“衰减”打开（灯亮）。
（14）输出信号频率稳定度：±0.1%
测试条件：l00kHz正弦波频率输出，输出幅度：峰峰值为5V信号，直流电平为0V；环境温度：15～25℃，整机预热30min。
（15）幅度显示
显示位数：3位（小数点自动定位）。
显示单位：峰峰值V或峰峰值mV。
显示误差：Vo±20%（负载电阻为50）。
分辨率：峰峰值0.1V（衰减0dB）。
峰峰值10mV（衰减20dB）。
峰峰值1mV（衰减40dB）。
频率显示
显示范围：0.2Hz～20000kHz。
在用作信号源输出频率指示时，闸门指示灯不闪亮，显示位数4位（其中500～999为3位）。在外测频时，显示有效位数：5位l0Hz～20000kHz:4位1～l0Hz;3位0.2～1 Hz。
2）频率计数器技术参数
（1）频率测量范围：0.2Hz～20000kHz
（2）输入电压范围（衰减器为0dB）：
50mV～2V（l0Hz～20000kHz）。
100mV～2V（0.2～l0Hz）。
（3）输入阻抗：500k Ω/30pF
（4）波形适应性：正弦波、方波
（5）滤波器截止频率：大约为l00kHz（带内衰减，满足最小输入电压要求）
（6）测量时间：0.ls（fi＞l0Hz）；单个被测信号周期（fi＜l0Hz）
（7）测量误差：时基误差与触发误差（触发误差：单周期测量时被测信号的信号噪声比优于40dB，则触发误差小于或等于0.3%）
（8）时基
标称频率：l0MHz。
频率稳定度：±5×10 -5。
3）电源适应性及整机功耗
（1）电压：220V±10%
（2）频率：50Hz±5%
（3）功耗：＜30W
3．工作原理
（1）整机电路如图2-15所示，由两片单片机进行管理，主要功能为：控制函数发生器产生的频率；控制输出信号的波形；测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示；测量输出信号的幅度并显示。
图2-15 EE1641整机框图
（2）函数信号由专用的集成电路产生，该电路集成度大，线路简单、精度高并易于与微机接口，使得整机指标得到可靠保证。
（3）扫描电路由多片运算放大器组成，以满足扫描宽度、扫描速度的需要。宽带直流功放电路的选用，保证输出信号的带负载能力以及输出信号的直流电平偏移均可受面板电位器控制。
（4）整机电源采用线性电路以保证输出波形的纯净性，具有过压、过流、过热保护。
4．使用说明
EE1641B前面板、后面板布局参见图2-16和图2-17所示。
图2-16 前面板示意图
图2-17 EE1641B后面板
1）EE1641B前面板各部分的名称和作用
①频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率。
②幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度（50Ω负载时的峰峰值）。
③扫描宽度调节旋钮。
④扫描速率调节：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时，逆时针旋到绿灯亮，为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。
⑤外部输入插座：当扫描/计数键⑬功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。
⑥ TTL信号输出端：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600Ω。
⑦函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度峰峰值为20V（1 MΩ负载），峰峰值为10V（50Ω负载）。
⑧函数信号输出幅度调节旋钮：调节范围20dB。
⑨函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮：调节范围：-5V～+5V（50Ω负载），当电位器处在关断位置时（逆时针旋到底），则为0电平。
⑩输出波形，对称性调节旋钮：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处关断位置时（逆时针旋到底），则输出对称信号。
函数信号输出幅度衰减开关：“20dB”，“40dB”键均不按下，输出信号不经衰减，直接输出到插座口。“20dB”、“40dB”键分别按下，则可选择20dB或40dB衰减。
函数输出波形选择按钮：可选择正弦波、三角波、脉冲波输出。
扫描/计数’按钮：可选择多种扫描方式和外测频方式。
频率范围选择旋钮：调节此旋钮可改变输出频率的1个倍频程。
整机电源开关：此按键按下时，机内电源接通，整机工作。此键释放为关掉整机电源。
2）后面板各部分的名称和作用
①电源插座（AC220V）：交流市电220V输入插座。
②保险丝座（FUSE0.5A）：交流市电220V进线保险丝管座，座内保险容量为0.5A，座内另有一只备用0.5A保险丝。
3）测量、试验的准备工作
请先检查市电电压，确认市电电压在220V±10%范围内，方可将电源线插头插入本仪器后面板电源线插座内，供仪器随时开启工作。
4）自校检查
在使用本仪器进行测试工作之前，可对其进行自校检查，以确定仪器工作正常与否。自校检查程序参见图2-18所示。
图2-18 自校检查程序
5）函数信号输出
（1）50Ω主函数信号输出
以终端连接50Ω匹配器的测试电缆，由前面板插座⑦输出函数信号。
由频率选择按钮⑭选定输出函数信号的频段，由频率调节器调整输出信号频率，直到所需的工作频率值。
由波形选择按钮⑫选定输出函数的波形分别获得正弦波、三角波、脉冲波。
由信号幅度选择器⑩和⑧选定和调节输出信号的幅度。
由信号电平设定器⑨选定输出信号所携带的直流电平。
输出波形对称调节器⑪可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波，正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180°。
（2）TTL脉冲信号输出
除信号电平为标准TTL电平外，其重复频率、调控操作均与函数输出信号一致。利用测试电缆（终端不加50Ω匹配器）由插座⑥输出TTL脉冲信号。
（3）内扫描扫频信号输出
“扫描/计数”按钮⑬选定为内扫描方式。
分别调节扫描宽度调节器③和扫描速率调节器④，即获得所需的扫描信号输出。
函数输出插座⑦、TTL脉冲信号⑥输出插座均输出相应的内扫描的扫频信号。
（4）外扫描调频信号输出
“扫描/计数”按钮⑬选定为“外扫描方式”。
由外部输入插座⑤输入相应的控制信号，即可得到相应的受控扫描信号。
（5）外测频功能检查
“扫描/计数”按钮⑬选定为“外计数方式”。
用本机提供的测试电缆，将函数信号引入外部输入插座⑤，观察显示频率应与“内”测量时相同。