低频信号发生器原理 .pdf

低频信号发生器的设计

摘要:

直接数字合成(DDS)是一种重要的频率合成技术,具有分辨率高、频率变换快

优点,在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。文中介绍了一种高性能DDS芯片

AD9850的基本原理和工作特点,阐述了如何利用此芯片设计一种频率在0—50

kHz内变化、相位正交的信号源,给出了AD9850芯片和MCS51单片机的硬件

接口和软件流程。

关键词:直接数字频率合成信号源AD9850芯片

概述:

随着数字技术的飞速发展,高精度大动态范围数字/模拟(D,A)转换器的出现和

广泛应用,用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术,即直接

数字合成(DDS)异军突起。其主要优点有:(1)频率转换快:DDS频率转换时间短,一

般在纳秒级;(2)分辨率高:大多数DDS可提供的频率分辨率在1Hz数量级,许多可

达0.001Hz;(3)频率合成范围宽;(4)相位噪声低,信号纯度高;(5)可控制相位:DDS

可方便地控制输出信号的相位,在频率变换时也能保持相位联系;(6)生成的正弦/余

弦信号正交特性好等。因此,利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率

高、相位可控的信号,这在电子测量、雷达系统、

调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。

1.低频信号发生器的组成

图2.7为低频信号发生器组成框图。它主要包括主振器、电压放大器、输出

衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。

(1)主振器

RC文氏桥式振荡器具有输出波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可

调范围宽等特点,故被普遍应用于低频信号发生器主振器中。主振器产生与低频信

号发生器频率一致的低频正弦信号。

文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数(即最高频率与最低频率之比)为10,

因此,要覆盖1Hz~1MHz的频率范围,至少需要五个波段。为了在不分波段的情况下

得到很宽的频率覆盖范围,有时采用差频式低频振荡器,图2.8为其组成框图。假设

f2=3.4MHz,f1可调范围为3.3997MHz~5.1MHz,则振荡器输出差

频信号频率范围为300Hz(3.4MHz-3.3997MHz)~1.7MHz(5.1MHz-3.4MHz)。

差频式振荡器的缺点是对两个振荡器的频率稳定性要求很高,两个振荡器应远

离整流管、功率管等发热元件,彼此分开,并良好屏蔽。

(2)电压放大器

电压放大器兼有缓冲与电压放大的作用。缓冲是为了使后级电路不影响主振

器的工作,一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。放大是为了使信号发生

器的输出电压达到预定技术指标。为了使主振输出调节电位器的阻值变化不影响电

压放大倍数,要求电压放大器的输入阻抗较高。为了在调节输出衰减器时,不影响电

压放大器,要求电压放大器的输出阻抗低,有一定的带负载能力。为了适应信号发生

器宽频带等的要求,电压放大器应具有宽的频带、小的谐波失真和稳定的工作性

能。

(3)输出衰减器

输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率,分为连续调节和步进调

节。连续调节由电位器实现,步进调节由步进衰减器实现。图2.9为常用输出衰减

器原理图,图中电位器RP为连续调节器(细调),电阻R1~R8与开关S构成步进衰减

器,开关S为步进调节器(粗调)。调节RP或变换开关S的挡

(4)功率放大器及阻抗变换器功率放大器用来对衰减器输出的电压信号进行功

率放大,使信号发生器达到额定功率输出。为了能实现与不同负载匹配,功率放大器

之后与阻抗变换器相接,这样可以得到失真小的波形和最大的功率输出。

阻抗变换器只有在要求功率输出时才使用,电压输出时只需衰减器。阻抗变换

器即匹配输出变压器,输出频率为5Hz~5kHz时使用低频匹配变压器,以减少低频损

耗,输出频率为5kHz~1MHz时使用高频匹配变压器。输出阻抗利用波段开关改变输

出变压器次级圈数来改变。

2.工作原理及结构

函数信号发生器产生信号的方法有三种:一种是由施密特电路产生方波,然后

经变换得到三角波和正弦波形;第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波;第三种

是先产生三角波再变换为方波和正弦波。在此主要介绍第一种方法,即脉冲式函数

信号发生器

3.低频信号发生器的主要工作特性