数字式函数信号发生器的使用方法——以TFG2003型为例

函数信号发生器是用来产生不同形状、不同频率波形的仪器。实验中常用作信号源，信号的波形、频率和幅度等可通过开关和旋钮进行调节。函数信号发生器有模拟式和数字式两种。本节主要介绍DDS数字式函数信号发生器。

DDS函数信号发生器采用现代数字合成技术，它完全没有振荡器元件，而是利用直接数字合成技术，由函数计算值产生一连串数据流，再经数模转换器输出一个预先设定的模拟信号。其优点是：输出波形精度高、失真小；信号相位和幅度连续无畸变；在输出频率范围内不需设置频段，频率扫描可无间隙地连续覆盖全部频率范围等。现以TFG2003型DDS函数信号发生器为例，说明数字函数信号发生器的使用方法。

1.TFG2003型DDS函数信号发生器的技术指标

TFG2003型DDS函数信号发生器具有双路输出、调幅输出、门控输出、猝发计数输出、频率扫描和幅度扫描等功能。其主要技术指标如下：

（1）A路输出技术指标

1）波形种类：正弦波、方波。

2）频率范围：30～3 m Hz；分辨率为30 m Hz。

3）幅度范围：100 m Vpp～20 Vpp（高阻）；分辨率为80 m Vpp；输出阻抗为50Ω。

4）手动衰减：衰减范围为0～70 d B（10 d B、20 dB、40 d B三档）；步进10 d B。

5）调制特性：调制信号：内部B路4种波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波），频率100 Hz～3 k Hz。幅度调制（ASK）：载波幅度和跳变幅度任意设定。频率调制（FSK）：载波频率和跳变频率任意设定。

6）扫描特性：频率或幅度线性扫描，扫描过程可随时停止并保持，可手动逐点扫描。

（2）B路输出技术指标

1）波形种类：正弦波、方波、三角波、锯齿波。

2）频率范围：100 Hz～3 k Hz。

3）幅度范围：300 m Vpp～8 Vpp（高阻）。

（3）TTL输出技术指标

1）波形特性：方波，上升/下降时间＜20 ns。

2）频率特性：与A路输出特性相同。

3）幅度特性：TTL兼容，低电平＜0.3 V；高电平＞4 V。

2.TFG2003型DDS函数信号发生器的面板键盘功能

TFG2003型DDS函数信号发生器前面板如图3-8所示。共20个按键、3个幅度衰减开关、1个调节旋钮、2个输出端口和电源开关。按键都是按下释放后才有效，各按键功能如下：

（1）＜频率＞键：频率选择键。

（2）＜幅度＞键：幅度选择键。

（3）＜0＞、＜1＞、＜2＞、＜3＞、＜4＞、＜5＞、＜6＞、＜7＞、＜8＞、＜9＞键：数字输入键。

（4）＜MHz＞/＜存储＞、＜k Hz＞/＜重现＞、＜Hz＞/＜项目＞/＜V＞/＜s＞、＜m Hz＞/＜选通＞/＜m V＞/＜ms＞键：双功能键，在数字输入之后执行单位键的功能，同时作为数字输入的结束键（即确认键），其他时候执行＜项目＞、＜选通＞、＜存储＞、＜重现＞等功能。

（5）＜·/－＞/＜快键＞键：双功能键，输入数字时为小数点输入键，其他时候执行＜快键＞功能。

（6）＜＜＞/＜∧＞、＜＞＞/＜∨＞键：双功能键，一般情况下作为光标左右移动键，只有在“扫描”功能时作为加、减步进键和手动扫描键。

（7）＜功能＞/＜校准＞键：主菜单控制键，循环选择五种功能，如表3-1所示。

（8）＜项目＞键：子菜单控制键，在每种功能下选择不同的项目，如表3-1所示。

图3-8　TFG2003型DDS函数信号发生器前面板

表3-1　＜功能＞、＜项目＞菜单显示表

（9）＜选通＞键：双功能键，在“常规”功能时可以切换频率和周期，幅度峰值和有效值，在“扫描”、“猝发”和“键控”功能时作为启动键。

（10）＜快键＞键：按＜快键＞键后（显示屏上出现“Q”标志），再按＜0＞/＜1＞/＜2＞/＜3＞键，可以直接选择对应的4种不同波形输出；按＜快键＞键后再按＜4＞键，可以直接进行A路和B路输出转换。按＜快键＞键后按＜5＞键，可以调整方波的占空比。

（11）调节旋钮：调节输入的数据。

3.TFG2003型DDS函数信号发生器的使用方法

按下电源开关，电源接通。显示屏先显示“欢迎使用”及一串数字，然后进入默认的“常规”功能输出状态，显示出当前A路输出波形为“正弦”，频率为“1000.00 Hz”。

（1）数据输入方式

该仪器的数据输入方式有数字键输入、步进键输入和调节旋钮输入三种方式。

1）数字键输入

·用0～9十个数字键及小数点键向显示区写入数据。数据写入后应按相应的单位键（＜MHz＞、＜k Hz＞、＜Hz＞或＜m Hz＞）予以确认。此时数据开始生效，信号发生器按照新写入的参数输出信号。

·如设置A路正弦波频率为2.7 k Hz，其按键顺序是：＜2＞→＜.＞→＜7＞→＜k Hz＞。

·数字键输入法可使输入数据一次到位，因而适合于输入已知的数据。

2）步进键输入

·步进键输入法适合于一系列等间隔数据的输入。

·实际使用中有时需要得到一组几个或几十个等间隔的频率值或幅度值，如果用数字键输入法，就必须反复使用数字键和单位键。

·为了简化操作，可以使用步进键输入方法，将＜功能＞键选择为“扫描”，把频率间隔设定为步长频率值，此后每按一次＜∧＞键，频率增加一个步长值，每按一次＜∨＞键，频率减小一个步长值，且数据改变后即可生效，不需再按单位键。

·例如，设置间隔为12.84 k Hz的一系列频率值，其按键顺序是：先按＜功能＞键选“扫描”，再按＜项目＞键选“步长频率”，依次按＜1＞、＜2＞、＜.＞、＜8＞、＜4＞、＜k Hz＞，此后连续按＜∧＞或＜∨＞键，就可得到一系列间隔为12.84k Hz的递增或递减频率值。

注意：步进键输入法只能在项目选择为“频率”或“幅度”时使用。

3）调节旋钮输入

·按位移键＜＜＞或＜＜＞，使三角形光标左移或右移并指向显示屏上的某一数字，向右或左转动调节旋钮，光标指示位数字连续加1或减1，并能向高位进位或借位。

·调节旋钮输入时，数字改变后即刻生效。当不需要使用调节旋钮输入时，按位移键＜＜＞或＜＜＞使光标消失，转动调节旋钮就不再生效。

·调节旋钮输入法适合于对已输入数据进行局部修改或需要输入连续变化的数据进行搜索观测。

（2）“常规”功能的使用

仪器开机后为“常规”功能，显示A路波形（正弦或方波），否则可按＜功能＞键选择“常规”，仪器便进入“常规”状态。

1）频率/周期的设定

·按＜频率＞键可以进行频率设定。在“A路频率”时用数字键或调节旋钮输入频率值，此时在“输出A”端口即有该频率的信号输出。例如，设定频率值为3.5 k Hz，按键顺序为：＜频率＞→＜3＞→＜.＞→＜5＞→＜k Hz＞。

·频率也可用周期值进行显示和输入。若当前显示为频率，按＜选通＞键，即可显示出当前周期值，用数字键或调节旋钮输入周期值。例如，设定周期值25 ms，按键顺序是：＜频率＞→＜选通＞→＜2＞→＜5＞→＜ms＞。

2）幅度的设定

·按＜幅度＞键可以进行幅度设定。在“A路幅度”时用数字键或调节旋钮输入幅度值，此时在“输出A”端口即有该幅度的信号输出。例如，设定幅度为3.2 V，按键顺序是：＜幅度＞→＜3＞→＜.＞→＜2＞→＜V＞。

·幅度的输入和显示可以使用有效值（VRMS）或峰峰值（VPP），当项目选择为幅度时，按＜选通＞键可对两种显示格式进行循环转换。

3）输出波形选择

·如果当前选择为A路，按＜快键＞→＜0＞，输出为正弦波；按＜快键＞→＜1＞，输出为方波。

·方波占空比设定：若当前显示为A路方波，可按＜快键＞→＜5＞，显示出方波占空比的百分数，用数字键或调节旋钮输入占空比值，“输出A”端口即有该占空比的方波信号输出。

（3）“扫描”功能的使用(www.xing528.com)

1）“频率”扫描

按＜功能＞键选择“扫描”，如果当前显示为频率，则进入“频率”扫描状态，可设置扫描参数，并进行扫描。

A.设定扫描始点/终点频率

按＜项目＞键，选“始点频率”，用数字键或调节旋钮设定始点频率值；按＜项目＞键，选“终点频率”，用数字键或调节旋钮设定终点频率值。

注意：终点频率值必须大于始点频率值。

B.设定扫描步长

按＜项目＞键，选“步长频率”，用数字键或调节旋钮设定步长频率值。扫描步长小，扫描点多，测量精细，反之则测量粗糙。

C.设定扫描间隔时间

按＜项目＞键，选“间隔”，用数字键或调节旋钮设定间隔时间值。

D.设定扫描方式

按＜项目＞键，选“方式”，有以下4种扫描方式可供选择。

·按＜0＞，选择为“正扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，再返回始点频率重复扫描过程）。

·按＜1＞，选择为“逆扫描方式”（扫描从终点频率开始，每步减小一个步长值，到达始点频率后，再返回终点频率重复扫描过程）。

·按＜2＞，选择为“单次正扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，扫描停止。每按一次＜选通＞键，扫描过程进行一次）。

·按＜3＞，选择为“往返扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，改为每步减小一个步长值扫描至始点频率，如此往返重复扫描过程）。

E.扫描启动和停止

扫描参数设定后，按＜选通＞键，显示出“FSWEEP”表示频率扫描功能已启动，按任意键可使扫描停止。扫描停止后，输出信号便保持在停止时的状态不再改变。无论扫描过程是否正在进行，按＜选通＞键都可使扫描过程重新启动。

F.手动扫描

扫描过程停止后，可用步进键进行手动扫描，每按1次＜∧＞键，频率增加一个步长值，每按1次＜∨＞键，频率减小一个步长值，这样可逐点观察扫描过程的细节变化。

2）“幅度”扫描

在“扫描”功能下按＜幅度＞键，显示出当前幅度值。设定幅度扫描参数（如始点幅度、终点幅度、步长幅度、间隔时间、扫描方式等），其方法与频率扫描类同。按＜选通＞键，显示出“ASWEEP”表示幅度扫描功能已启动。按任意键可使扫描过程停止。

（4）“调幅”功能的使用

按＜功能＞键，选择“调幅”，“输出A”端口即有幅度调制信号输出。A路为载波信号，B路为调制信号。

1）设定调制信号的频率

按＜项目＞键选择“B路频率”，显示出B路调制信号的频率，用数字键或调节旋钮可设定调制信号的频率。调制信号的频率应与载波信号频率相适应，一般，调制信号的频率应是载波信号频率的十分之一。

2）设定调制信号的幅度

按＜项目＞键选择“B路幅度”，显示出B路调制信号的幅度，用数字键或调节旋钮设定调制信号的幅度。调制信号的幅度越大，幅度调制深度就越大。（注意：调制深度还与载波信号的幅度有关，载波信号的幅度越大，调制深度就越小，因此，可通过改变载波信号的幅度来调整调制深度。

3）外部调制信号的输入

从仪器后面板“调制输入”端口可引入外部调制信号。外部调制信号的幅度应根据调制深度的要求来调整。使用外部调制信号时，应将“B路频率”设定为0，以关闭内部调制信号。

（5）“猝发”功能的使用

按＜功能＞键，选择“猝发”，仪器即进入猝发输出状态，可输出一定周期数的脉冲串或对输出信号进行门控。

1）设定波形周期数

按＜项目＞键，选择“计数”，显示出当前输出波形的周期数，用数字键或调节旋钮可设定每组输出的波形周期数。

2）设定间隔时间

按＜项目＞键，选择“间隔”，显示猝发信号的间隔时间值，用数字键或调节旋钮可设定各组输出之间的间隔时间。

3）猝发信号的启动和停止

设定好猝发信号的频率、幅度、计数和间隔时间后，按＜选通＞键，显示出“BURST”，猝发信号开始输出，达到设定的周期数后输出暂停，经设定的时间间隔后又开始输出。如此循环，输出一系列脉冲串波形。按任意键可停止猝发输出。

4）门控输出

若“计数”值设定为0，则为无限多个周期输出。猝发输出启动后，信号便连续输出，直到按任意键输出停止。这样可通过按键对输出信号进行闸门控制。

5）单次猝发输出

按＜项目＞键，选择“单次”，可以输出单次猝发信号，每按一次＜选通＞键，输出一次设定数目的脉冲串波形。

（6）键控功能的使用

在数字通讯或遥控遥测系统中，对数字信号的传输通常采用频移键控（FSK）或幅移键控（ASK）方式，对载波信号的频率或幅度进行编码调制，在接收端经过解调器再还原成原来的数字信号。

1）频移键控（FSK）输出

按＜功能＞键选择“键控”，若当前显示为频率值，仪器则进入FSK输出方式，可按＜频率＞键，设定FSK输出参数。按＜项目＞键，选择“始点频率”，设定载波频率值；按＜项目＞键，选择“终点频率”，设定跳变频率值；按＜项目＞键，选择“间隔”，设定两个频率的交替时间间隔。然后按＜选通＞键，启动FSK输出，此时显示出“FSK”。按任意键可使输出停止。

2）幅移键控（ASK）输出

在＜功能＞选择为“键控”方式下，按＜幅度＞键，显示出当前幅度值，仪器进入ASK输出方式。各项参数设定方法和输出启动方式与FSK类同，不再复述。

（7）B路输出的使用

B路输出有4种波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波），频率和幅度连续可调，但精度不高，也不能显示准确的数值，主要用作幅度调制信号以及定性的观测实验。

1）频率设定

按＜项目＞键选择“B路频率”，显示出一个频率调整数字（不是实际频率值），用数字键或调节旋钮改变此数字即可改变“输出B”信号的频率。

2）幅度设定

按＜项目＞键选择“B路幅度”，显示出一个幅度调整数字（不是实际幅度值），用数字键或调节旋钮改变此数字即可改变“输出B”信号的幅度。

3）波形选择

若当前输出为B路，按＜快键＞→＜0＞，B路输出正弦波；按＜快键＞→＜1＞，B路输出方波；按＜快键＞→＜2＞，B路输出三角波；按＜快键＞→＜3＞，B路输出锯齿波。

（8）出错显示功能

由于各种原因使得仪器不能正常运行时，显示屏将会有出错显示：EOP∗或EOU∗等。

1）EOP∗为操作方法错误显示。

·显示EOP1，提示您只有在频率和幅度时才能使用＜∧＞键、＜∨＞键。

·显示EOP3，提示您在正弦波时不能输入脉宽。

·显示EOP5，提示您“扫描”、“键控”方式只能在频率和幅度时才能触发启动。

2）EOU∗为超限出错显示，即输入的数据超过了仪器所允许的范围。

·显示EOU1，提示您扫描始点值不能大于终点值。

·显示EOU2，提示您频率或周期为0不能互换。

·显示EOU3，输入数据中含有非数字字符或输入数据超过允许值范围。