蘇建良 王海紅

摘要：本文主要是針對(duì)電子專業(yè)學(xué)生無線電調(diào)試高級(jí)工考核項(xiàng)目做的理論與實(shí)踐研究，無線電調(diào)試高級(jí)工的技能考核鑒定是電子專業(yè)學(xué)生技能考核要求的重要依據(jù)，但由于采用的信號(hào)發(fā)生器型號(hào)較老，采購、維護(hù)非常困難，對(duì)考工的通過率產(chǎn)生了負(fù)面的影響，因而設(shè)計(jì)制作了無線電調(diào)試高級(jí)工維修項(xiàng)目中的信號(hào)發(fā)生器，并對(duì)設(shè)計(jì)方案做了進(jìn)一步分析和總結(jié)，為高級(jí)工設(shè)備開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電子高級(jí)工信號(hào)發(fā)生器研發(fā)

目前，蘇州已成為電子信息類制造業(yè)基地，在蘇州電子企業(yè)已經(jīng)超過7000多家，企業(yè)需要大量的電子類高技術(shù)應(yīng)用型人才，但符合企業(yè)要求的熟練高級(jí)技術(shù)工人非常缺少，針對(duì)這一現(xiàn)狀，學(xué)校電子專業(yè)積極組織實(shí)施了無線電調(diào)試高級(jí)工的培訓(xùn)考核工作，在校就培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、分析能力和工程能力。同時(shí)，學(xué)校是江蘇省聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州分院，按照聯(lián)院要求必須把高級(jí)電子類職業(yè)技能的培訓(xùn)和考核納入到學(xué)校的教育課程體系中去，要求學(xué)生在校期間完成通過無線電調(diào)試高級(jí)工的考核。

1 無線電調(diào)試高級(jí)工信號(hào)發(fā)生器項(xiàng)目現(xiàn)狀分析

信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。

而信號(hào)發(fā)生器是無線電調(diào)試高級(jí)工國家職業(yè)資格三級(jí)工種中的一個(gè)重要組成部分。蘇州市無線電調(diào)試高級(jí)工考核內(nèi)容包括儀器設(shè)備的排故、單片機(jī)考核和PLC的考核。而函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的排故考核是該工種考核的一個(gè)項(xiàng)目。無線電技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要使用到多種不同波形的信號(hào)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)測(cè)，產(chǎn)生這種多波形的信號(hào)發(fā)生器叫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，本次準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器主要用于教學(xué)和考核。通過對(duì)本校和其他兄弟學(xué)校的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)各個(gè)學(xué)校的無線電高級(jí)工采用的是不同的信號(hào)發(fā)生器，型號(hào)各不相同。而且很多機(jī)器是以前天津產(chǎn)的XD-22C等老型號(hào)，經(jīng)過幾屆學(xué)生的使用，電路板上已經(jīng)是滿目瘡痍，市場上已經(jīng)很難采購到，這就給考核帶來了一定的難度。自己自主開發(fā)培訓(xùn)設(shè)備，可以提高學(xué)校的科研水平，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研相互促進(jìn)，解決長期以來高等職業(yè)教育中專業(yè)項(xiàng)目在課程設(shè)置上難以從根本上突破學(xué)科系統(tǒng)化的模式。

現(xiàn)代的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是現(xiàn)有的測(cè)試儀器中最具有多樣性功能的幾種儀器之一，與許多輔助電路組合在一起，在任何條件下產(chǎn)生很高質(zhì)量的波形。單片機(jī)和專用集成電路的使用廣泛，利用處理器、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件相結(jié)合，使得信號(hào)發(fā)生器的功能更加廣泛。同時(shí)，高集成度和軟件的大量運(yùn)用，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單。

伴隨著現(xiàn)代高性能信號(hào)發(fā)生器技術(shù)的迅速發(fā)展，其缺點(diǎn)也大量存在，在教學(xué)中顯現(xiàn)的尤為突出。首先，高性能帶來的最大的弊端就是高價(jià)格，對(duì)于對(duì)儀器有著大量需求的中高職學(xué)校來說，高端的設(shè)備只能是一種奢求。其次，高級(jí)工的主要考核的是學(xué)生排除故障的能力，對(duì)于高集成度、高軟件使用率的儀器，故障設(shè)置點(diǎn)少，設(shè)置難度也就大幅提高了。第三，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，由于誤操作等原因，設(shè)備損壞率高。而現(xiàn)代專用集成電路的使用和大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，使得儀器的后續(xù)維護(hù)難度變大。

2 無線電調(diào)試高級(jí)工信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)思路

信號(hào)發(fā)生器按其頻率的高低，可分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器，低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器，超高頻信號(hào)發(fā)生器，微波信號(hào)發(fā)生器；按產(chǎn)生波形的不同，可分為：正弦波信號(hào)發(fā)生器，脈沖波函數(shù)波信號(hào)發(fā)生器，任意波信號(hào)發(fā)生器；按調(diào)制方式的不同，可分為：調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器（FM）、調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器（AM），調(diào)相信號(hào)發(fā)生器（PM），脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生器；此外，還可以產(chǎn)生兩種或多種波形信號(hào)發(fā)生器，本次設(shè)計(jì)選用的是低頻信號(hào)發(fā)生器電路。為了滿足教學(xué)的需要，必須選用一些比較成熟、通用的線路，盡量與教科書的單元電路接近。其次，選用的線路需要元件比較容易采購，減少專用元件的使用率。第三，布線在滿足性能指標(biāo)和美觀的基礎(chǔ)上，充分考慮故障設(shè)置和排除方便，盡量減少線路板的拆卸率。

經(jīng)過長時(shí)間準(zhǔn)備，決定按照以下的方案設(shè)計(jì)，整機(jī)電路原理框圖如下：

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3 無線電調(diào)試高級(jí)工信號(hào)發(fā)生器各單元電路組成、功能及作用

電源：由電源變壓器，橋式整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路組成。將市電電網(wǎng)提供的220V/50Hz正弦交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電壓，提供給各個(gè)電路板。

信號(hào)產(chǎn)生電路：由三個(gè)部分組成：首先，利用運(yùn)放組成振蕩電路產(chǎn)生頻率為350Hz-7kHz的方波和三角波。其次，再利用二極管的非線性特性，合理設(shè)計(jì)，將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。第三，通過運(yùn)放組成電壓跟隨器，將阻抗變換和級(jí)間隔離，增加其帶載能力。并利用一些選擇開關(guān)，功率放大電路和電位器，完成三角波、方波、正弦波的切換，選擇和輸出信號(hào)大小的調(diào)節(jié)等功能。

AC-DC轉(zhuǎn)換器：采用集成運(yùn)算放大器LM386 組成小信號(hào)全波整流電路，將信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波電壓轉(zhuǎn)換成與該電壓的有效值相等的直流電壓，用于直流電壓表指示。

數(shù)字直流電壓表：數(shù)字直流電壓表電路，實(shí)質(zhì)上是一只量程為20V的直流電壓表。主要由大規(guī)模集成電路ICL7107內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器和集成電路4069組成的負(fù)電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)點(diǎn)壓電路、LED顯示電路等組成。將輸入的直流電壓采樣處理變換為數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)碼管顯示。

數(shù)字頻率計(jì)：就是用一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄輸入波形的個(gè)數(shù)，并將計(jì)數(shù)時(shí)間限定一秒整，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)停止時(shí)，該計(jì)數(shù)器所記錄的輸入波形的個(gè)數(shù)就是該輸入波形的頻率，并將結(jié)果鎖存在數(shù)碼管上顯示。該電路主要由整形電路和內(nèi)置振蕩器、閘門、程控定時(shí)器、置零電路、4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)顯示器等組成。

按照以上方案設(shè)計(jì)，我們?cè)囍屏藥着_(tái)樣機(jī)，經(jīng)過安裝調(diào)試后整機(jī)性能指標(biāo)如下：

①輸出頻率：低端 80-1000Hz。

高端 800-10KHz。

②輸出波形：三角波、方波、正弦波。

③輸出幅度：VP-P≥10V。

④波形失真：≤5%。

4 自行設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的優(yōu)勢(shì)

自行設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器在一些性能指標(biāo)上比專業(yè)儀器低，但是對(duì)于教學(xué)使用，還是能完全滿足的，并且?guī)矸浅４蟮膬?yōu)勢(shì)：

4.1 元器件選購時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)電阻，電容以及常用的晶體管和集成電路。減少了專用元件的使用率，為元件采購帶來了較大的便利性。同時(shí)，常規(guī)元器件價(jià)格比較便宜，使得學(xué)校能夠大批量的使用，使學(xué)生能夠有更多地操作機(jī)會(huì)。儀器拆裝使用特別容易損壞，配件的準(zhǔn)備也能非常完備，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)元器件的脫銷而導(dǎo)致儀器難以修復(fù)，從而影響教學(xué)。

4.2 通過自主開發(fā)設(shè)計(jì)，電路的布局和布線在滿足性能指標(biāo)和美觀的基礎(chǔ)上，充分考慮故障設(shè)置和排除方便，減少了線路板的拆卸率，儀器的損壞率也進(jìn)一步降低了。

4.3 此次設(shè)計(jì)的線路均參考了學(xué)生無線電調(diào)試中級(jí)工的相關(guān)項(xiàng)目：信號(hào)產(chǎn)生電路參考了“脈寬調(diào)制控制器”的部分電路；信號(hào)放大電路參考了“功率放大器”項(xiàng)目；信號(hào)電壓顯示電路與“交直流轉(zhuǎn)換器”和“三位半A/D轉(zhuǎn)換器”電路幾乎相同，只是量程區(qū)別；頻率顯示電路同“數(shù)字頻率計(jì)”電路也基本相同，只是增加了高、低端頻率的切換和指示電路。學(xué)生對(duì)儀器電路的熟悉、掌握也有了一定的基礎(chǔ)，對(duì)于故障的判斷也有了較大的提高。

5 結(jié)論

綜上所述，在學(xué)校進(jìn)行本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的研發(fā)是有極大的可行性的。本人擬申請(qǐng)學(xué)校給予支持，先行研發(fā)。再申報(bào)勞動(dòng)局技能鑒定中心，以獲得批準(zhǔn)在本校試點(diǎn)考核鑒定中的使用。試用一段時(shí)間之后，爭取能在蘇州兄弟學(xué)校中得以推廣使用。

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