函数信号发生器占空比

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模拟技术

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描述

函数信号发生器是一种信号发生装置，能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动（phase Jitter）及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。

如何用函数信号发生器产生低占空比的信号

如果您要表征数字器件特性，通常会用脉冲发生器产生所需要的信号。但对于像微控制器这样的低频应用，您可使用较便宜的通用函数发生器产生低占空比信号。

今天的通用函数发生器是有众多功能的信号源，它们采用直接合成的数字信号产生方案，可产生带有内置扫描和调制的多种类型的波形和频率。有些发生器更具有产生任意波形的能力。虽然一般都具有极稳定的频率和很低的失真，但并不完全适合产生低占空比的信号。

当您用通用函数发生器产生可变占空比方波时，占空比通常限制为 20% 至 80%，并以 1% 步进。另一项限制是函数发生器的带宽；典型函数发生器可产生达15MHz 的方波。有限带宽造成上升和下降时间约为20ns－－因此最小的脉冲宽度为 40ns。

对每一步骤的说明

您能用今天许多函数发生器都具有的突波模式能力产生低占空比脉冲，从把方波的周期设置为相应所需短脉冲的宽度开始。由于方波是连续的，需要有“选通” 信号的方法。我们把发生器设置为重复发送方波的一个周期或突波，方波极低的频率相当于所需的脉冲间隔。

为使您清楚理解这一过程，我们以 Agilent 33120A函数／任意波形发生器为例。在这一个例子中要每200s 产生一个1s 的脉冲，相应的占空比为 0.5%。

在开始前需要先计算具有 1s 正脉冲宽度（即 2s 周期）的方波频率。该周期的倒数即 500kHz 的频率。把函数发生器输出设置为该频率。

由于我们的目标是每 200s 一个脉冲突波波形，其倒数是 5kHz 的重复率。这也称为突波率（见图 1）。

函数信号发生器

第一步，设置脉冲

首先选择方波功能，设置脉冲的输出幅度为 1Vpp。接着按脉冲宽度设置相应的频率。按我们前面的计算，2s 周期的频率为 500kHz（正1s，负1s）。

第二步，设置突波

按 Shift，然后按 Burst（Burst 指示器被点亮）选择33120A 的突波模式。再按 Shift 和 Recall Menu 把突波计数设置为 1，使您能直接取显示上的突波计数命令。

通过在菜单结构中的往下移动（按向下箭头，↓），验证计数确实设置为 1 。为在存储器中保存此值，按 Enter。下一步是确保 500kHz 信号中没有任何相移，即把突波相位设置为 0°。再次按 Shift 和 Recall Menu，然后按向右箭头（》），直到显示中出现突波相位。使用向下箭头（↓）把相位设置为 0°。再按 Enter 保存该值和退出菜单。

第三步，设置突波

现在把突波率设置至所需要的 5kHz 频率。再次按Shift，然后按 Recall Menu，以跳入菜单。按向右箭头（》）直到显示中出现突波率，用向下箭头（↓）送入 5kHz值。按 Enter 保存该值。

第四步，把突波源设置为内部

对于33120A，可通过内部或外部触发突波模式。在这一案例中，我们将使用内触发的突波模式。对于最终时间，按 Shift》Recall Menu，然后用向右箭头（》），直到显示中出现突波源。用向下箭头（↓）验证突波模式设置为 INT（内部）。您可通过把旋钮旋到零（只有一个旋钮）把它设置到 INT。再次用 Enter 保存该值。检查示波器上的输出示出扩展的标度（图 2 说明如何观察）。您将看到读出频率为5kHz，脉冲宽度为 1ms，占空比为 0.5%，全都符合我们的要求。

除了方波外，您也可把这项技术用于其它波形。如正弦波，三角波，甚至还能包括任意波形。还可调整任意类型脉冲的相位和偏置。

函数信号发生器

图 2：示波器示出 1s， 0.5% 占空比脉冲

函数信号发生器

图 3：用突波模式输出低占空比的任意波形

结论

您能用这项技术在有突波触发能力的通用函数发生器上产生低占空比脉冲。函数发生器的频率能力将限制所能产生脉冲的宽度和可使用的重复率。但这项技术将允许您用通用函数发生器产生低占空比脉冲，而不需要求助于更昂贵的脉冲发生器。

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