正弦信号发生器(Sinusoidal signal generator)是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源,属于数字信号发生器。而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源,任何复杂信号(例如声音信号)都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加,它的应用领域很广泛。

1.什么是正弦波信号发生器

正弦信号源在实验室和电子工程设计中有着十分重要的作用,而传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵,低频输出时性能不好且不便于自动调节,工程实用性较差。本文的设计以较低的成本制作正弦信号发生器,可用作核磁共振中引发磁场测量仪的激励一般的正弦信号,也可作为调制用的教学演示信号源。

 

什么是正弦波信号发生器

(图片来源于网络)

 

分类:

正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器;按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器(即信号源)、标准信号发生器(输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下)和功率信号发生器(输出功率达数十毫瓦以上);按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

 

2.正弦波信号发生器结构

结构:

正弦信号发生器主要由两部分组成:正弦波信号发生器和产生调幅、调频、键控信号。正弦波信号发生器采用直接数字频率合成dds技术,在cpld上实现正弦信号查找表和地址扫描,经d/a输出可得到正弦信号。具有频率稳定度高,频率范围宽,容易实现频率步进100 hz。全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控。

 

调幅、调频、键控信号的产生可采用调频、调幅专用芯片能分剐实现,但是该方法实现的调频调幅功能,对于某一特定频率和特定的调制度、频偏效果较好,在载波频率可变和调制度、频偏要求任意设定的情况下难以实现。本文利用cpld和单片机at89s52不仅可以实现频率范围可调的正弦波信号,而且在cpld内部加上相应的数字控制算法就能方便地实现调频fm,调幅am和键控pskask数字调制功能有利于提高系统的整体性能和工作可靠性。正弦信号产生部分可在一片cpld(ep1k30)中实现,大大地简化了硬件电路,便于功能扩展,并为进一步实现系统集成创造了条件。

 

3.正弦波信号发生器原理

正弦波信号发生器原理
函数信号发生器原理图(图片来源于网络)

 

原理:

采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。并采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法:

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。设计差分放大器时,传输特性曲线要对称、线性区要窄,输入的三角波的的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。