第2章信號發(fā)生器

1、第第2章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器測量用測量用信號發(fā)生器信號發(fā)生器，通常稱為，通常稱為信號源信號源。 1、信號源的種類和主要性能指標、信號源的種類和主要性能指標2、低頻、高頻信號發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用、低頻、高頻信號發(fā)生器的組成原理、特性和應(yīng)用3、函數(shù)信號發(fā)生器按其構(gòu)成分為正弦式、脈沖式等。、函數(shù)信號發(fā)生器按其構(gòu)成分為正弦式、脈沖式等。4、合成信號發(fā)生器是采用了頻率合成技術(shù)的正弦信號發(fā)生器。、合成信號發(fā)生器是采用了頻率合成技術(shù)的正弦信號發(fā)生器。 要點要點2.1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述1.1.按頻率劃分表按頻率劃分表名 稱頻 率 范 圍主要應(yīng)用領(lǐng)域超低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器視頻信號

2、發(fā)生器高頻信號發(fā)生器甚高頻信號發(fā)生器超高頻信號發(fā)生器30kHz以下30kHz300kHz300kHz6MHz6MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz電聲學(xué)、聲納電報通訊無線電廣播廣播、電報電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航雷達、導(dǎo)航、氣象2.1.12.1.1信號源發(fā)生器的分類信號源發(fā)生器的分類2. 按波形分按波形分正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字編碼脈沖、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等器、數(shù)字編碼脈沖、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等 圖2-1 幾種典型的信號波形t000000ttttt(a)正弦波(b)矩形波(c)

3、鋸齒波(d)階梯波(e)鐘形脈沖(f)數(shù)字編碼脈沖串 3按信號發(fā)生器的性能分類按信號發(fā)生器的性能分類 按信號發(fā)生器的性能指標，可分為一般信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器，前者指對其輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類發(fā)生器；后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。 還有其它的分類方法，比如按照使用范圍，可分為通用和專用信號發(fā)生器（例如電聲行業(yè)中使用的立體聲和調(diào)頻立體聲信號發(fā)生器就屬于專用信號發(fā)生器）；按照調(diào)節(jié)方式，可分為普通信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器和程控信號發(fā)生器；按照頻率產(chǎn)生方法又可分為諧振信號

4、發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器及合成信號發(fā)生器等。2.1.2 信號發(fā)生器的一般組成信號發(fā)生器的一般組成 信號發(fā)生器由主振器、變換器、輸出級、指示器和電源組成。 振蕩器：產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號 變換器：放大、調(diào)制或整形信號 輸出級：調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗 指示器：指示器用來監(jiān)視輸出信號 電源：提供信號發(fā)生器各部分的工作電源 2.1.3 正弦信號發(fā)生器的性能指標正弦信號發(fā)生器的性能指標 在各類信號發(fā)生器中，正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛在各類信號發(fā)生器中，正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛1. 1. 頻率范圍頻率范圍 指信號發(fā)生器所產(chǎn)生信號的頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)又可指信號發(fā)生器所產(chǎn)生

5、信號的頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)又可由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。差要求。 2.2.頻率準確度頻率準確度 頻率準確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實際輸頻率準確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示 %100000fffff3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度指標要求與頻率準確度相關(guān)，頻率準確度是由頻率頻率穩(wěn)定度指標要求與頻率準確度相關(guān)，頻率準確度是由頻率穩(wěn)定度來保證的。頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情穩(wěn)

6、定度來保證的。頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時間內(nèi)，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化況下，在規(guī)定時間內(nèi)，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化的大小。按照國家標準，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和的大小。按照國家標準，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和長期頻率穩(wěn)定度。長期頻率穩(wěn)定度。 %1000minmaxfff短期：短期：1515分鐘內(nèi)分鐘內(nèi) 長期：長期：3 3小時內(nèi)小時內(nèi) 4.4.失真度與頻譜純度失真度與頻譜純度 定義定義 %100122322 UUUUn測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)2222322212100%nnUUUUUU高頻信號發(fā)生器用

7、頻譜純度高頻信號發(fā)生器用頻譜純度 20lg80 100SnUdBUU US SU Un nf fA Af fA At tU U5. 5. 輸出阻抗輸出阻抗 低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600600（或（或1k1k）功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 k5 k等檔等檔 高頻信號發(fā)生器一般僅有高頻信號發(fā)生器一般僅有5050或或7575檔。檔。 信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下標定的，若信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下標

8、定的，若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準確的。準確的。 6. 6. 輸出電平輸出電平 輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標準輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標準規(guī)定的信號發(fā)生器的最輸出電壓和最大輸出功率在其衰減范圍規(guī)定的信號發(fā)生器的最輸出電壓和最大輸出功率在其衰減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。 信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下按正弦信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負載的條件下按正弦波有效值標定的。波有效值標定的。 7.7.調(diào)制特性調(diào)制特性 高頻信號發(fā)

9、生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一種以上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅種以上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅AM信號和調(diào)頻信號和調(diào)頻FM信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制PM等功能等功能 50505050，匹配時，匹配時 100mv 100mv200mv200mv2.2 2.2 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 低頻信號源組成框圖低頻信號源組成框圖 1.主振器主振器 （1） RC振蕩器振蕩器 同軸電阻器改變電阻同軸電阻器改變電阻R進行粗調(diào)，使得換擋時頻率變化進行粗調(diào)，使得換擋時頻率變化10倍，倍，而用改

10、變雙聯(lián)同軸電容而用改變雙聯(lián)同軸電容C的方法在一個波段內(nèi)進行頻率細調(diào)的方法在一個波段內(nèi)進行頻率細調(diào) 振蕩頻率輸出的頻率f RCf210 低頻信號發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用文低頻信號發(fā)生器中的主振蕩器大多都采用文氏橋式振蕩器，氏橋式振蕩器， 其特點是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并且波形失其特點是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。真小和易于穩(wěn)幅。 （2）差頻式振蕩器 差頻式信號發(fā)生器由可變頻率振蕩器差頻式信號發(fā)生器由可變頻率振蕩器f1和固定頻率振蕩器和固定頻率振蕩器f2通過混頻器產(chǎn)生兩者差頻信號通過混頻器產(chǎn)生兩者差頻信號 ，再經(jīng)過低通濾波器濾除，再經(jīng)過低通濾波器濾除混頻器輸出中含有的高頻分量，

11、再經(jīng)放大衰減輸出，得到所需混頻器輸出中含有的高頻分量，再經(jīng)放大衰減輸出，得到所需要的低頻信號。其最大優(yōu)點是頻率覆蓋范圍大，容易做到整個要的低頻信號。其最大優(yōu)點是頻率覆蓋范圍大，容易做到整個低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)而不用更換波段，且輸出電平也比較低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)而不用更換波段，且輸出電平也比較平穩(wěn)。缺點是頻率穩(wěn)定性差，電路復(fù)雜。平穩(wěn)。缺點是頻率穩(wěn)定性差，電路復(fù)雜。21fffo頻率覆蓋范圍大小通常用頻率覆蓋范圍大小通常用頻率覆蓋系數(shù)頻率覆蓋系數(shù)表示：表示： minmaxffk 可見，可見，差頻式信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。差頻式信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍大得多。 例如：已知可變頻率振蕩器頻率

12、例如：已知可變頻率振蕩器頻率f12.4996 4.5000MHz，固定頻率振蕩器，固定頻率振蕩器頻率頻率f2=2.5MHz，若以，若以f1和和f2構(gòu)成一差頻式信號發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，構(gòu)成一差頻式信號發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，若直接以若直接以f1構(gòu)成一信號發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？構(gòu)成一信號發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？301055000Hz400MHz0000.2k8.1.4996MHz2MHz5000.40k解：因為差頻式信號發(fā)生器解：因為差頻式信號發(fā)生器f0 = f1f2所以輸出頻率范圍為：所以輸出頻率范圍為：400Hz2.0000MHz 頻率覆蓋系數(shù)頻率覆蓋系數(shù) 頻率覆

13、蓋系數(shù)如果直接以頻率覆蓋系數(shù)如果直接以f1構(gòu)成一信號發(fā)生器，則其頻率覆蓋系數(shù)構(gòu)成一信號發(fā)生器，則其頻率覆蓋系數(shù)3.低頻信號發(fā)生器的主要技術(shù)特性低頻信號發(fā)生器的主要技術(shù)特性 目前，低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標的典型數(shù)據(jù)大致如下：目前，低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標的典型數(shù)據(jù)大致如下： 頻率范圍：頻率范圍： 1Hz1Hz1MHz1MHz分頻段，均勻連續(xù)可調(diào)分頻段，均勻連續(xù)可調(diào) 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.1%0.1%非線性失真：非線性失真：0.1%0.1%1% 1% 輸出電壓：輸出電壓：0V0V10V 10V 輸出功率：輸出功率：0.5 W0.5 W5W 5W 連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào) 輸出阻抗：輸出阻

14、抗：50,75,60050,75,600，5k 5k 輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出 2.2.3 低頻信號發(fā)生器的使用方法低頻信號發(fā)生器的使用方法低頻信號發(fā)生器型號很多，但是它們的基本使用方法是類似的。1.了解面板結(jié)構(gòu)了解面板結(jié)構(gòu)信號發(fā)生器面板上通常按其功能分區(qū)布置，一般包括：波形選擇、輸出頻率調(diào)諧部分（包括波段、粗調(diào)、微調(diào)等）、幅度調(diào)節(jié)旋鈕（包括粗調(diào)、細調(diào)、衰減）、阻抗變換開關(guān)、輸出接線柱等。2. 注意正確的操作步驟注意正確的操作步驟信號發(fā)生器的使用步驟：使用前開機預(yù)熱23min，幅度旋鈕置起始（最?。┪恢?。（1）波形選擇：根據(jù)需要選擇合適的波形。（2）選擇頻率

15、：根據(jù)需要選擇合適的波段，調(diào)節(jié)頻率度盤（粗調(diào)）于相應(yīng)的頻率點上，而頻率微調(diào)旋鈕一般置于零位。（3）調(diào)節(jié)輸出電壓：調(diào)節(jié)幅度旋鈕得到相應(yīng)大小的電壓輸出。配合使用衰減器。當(dāng)信號發(fā)生器不平衡輸出時，電壓表示值即為輸出電壓值；當(dāng)信號發(fā)生器平衡輸出時，輸出電壓為電壓表示值的兩倍。（4）輸出電路形式的選擇：根據(jù)負載電路的輸入方式，選擇平衡輸出或不平衡輸出。2.2.4 低頻信號發(fā)生器在測量放大倍數(shù)時的應(yīng)用低頻信號發(fā)生器在測量放大倍數(shù)時的應(yīng)用 在輸出基本不失真的情況下，用毫伏表或示波器測量Ui和Uo，求得Au Au = Uo/Ui 式中，Uo 和Ui為被測放大器輸出和電壓輸入電壓有效值 圖圖2-8 放大器與測試

16、儀器的連接圖放大器與測試儀器的連接圖3.2.23.2.2高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器 1. 1. 高頻信號發(fā)生器的組成原理高頻信號發(fā)生器的組成原理 圖圖2-9 高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖l) l)主振級主振級 主振級通常是主振級通常是LC三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號。范圍的正弦信號。 2)2)緩沖級緩沖級 它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級。它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級。 3)3)調(diào)制級調(diào)制級 為了測試各種接收機的靈敏度和選擇性等性能指標，必須用已調(diào)制正弦信為了測試各種接收機的靈敏度和選擇性等

17、性能指標，必須用已調(diào)制正弦信號作為測試信號，這個任務(wù)在調(diào)制級中完成。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻號作為測試信號，這個任務(wù)在調(diào)制級中完成。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz35MHz的高頻信號發(fā)生器中，高頻信號的高頻信號發(fā)生器中，高頻信號發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz1000MHz信號信號發(fā)生器中，還有發(fā)生器中，還有線性掃頻線性掃頻。脈沖調(diào)制多用于。脈沖調(diào)制多用于300MHz以上的微波信號源中。以上的微波信號源中。4)4)輸出級輸出級 輸出級主要由放大器、濾波器、輸出微調(diào)、輸出

18、倍乘等組成，如圖輸出級主要由放大器、濾波器、輸出微調(diào)、輸出倍乘等組成，如圖2-102-10所所示。示。輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到輸出級可進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到VV數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良好的頻率特數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準確讀數(shù)，有良好的頻率特性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。性，在輸出端有準確且固定的輸出阻抗。2.3.2 高頻信號發(fā)生器的主要性能指標高頻信號發(fā)生器的主要性能指標 1. XFG-7型高頻信號發(fā)生器型高頻信號發(fā)生器 XFG-7型高頻信號發(fā)生器是一種既能產(chǎn)生等幅波又能產(chǎn)生調(diào)幅波的高頻信號

19、源，它可以方便地用來測量高頻放大器、調(diào)制器以及濾波器的性能指標，特別適用于測試無線電接收機的性能指標。其主要的技術(shù)指標為頻率范圍：100kHz30MHz，分8個波段；頻率刻度誤差 1%。輸出電壓與輸出阻抗：在接有分壓器的電纜“00.1V”插孔：在接點“1”時，輸出電壓為 1V100mV五擋，每擋都可以微調(diào)，輸出阻抗為40；在接點“0.1”時，輸出電壓為0.1V10mV。在“01V”插孔：輸出電壓為01 V，連續(xù)可變。輸出阻抗約為40左右。調(diào)制頻率：內(nèi)調(diào)幅分400Hz和 1000Hz兩種；外調(diào)幅508000kHz。調(diào)幅度：0100%連續(xù)可調(diào)。2. XFC-6型標準高頻信號發(fā)生器型標準高頻信號發(fā)生

20、器XFC-6是一種產(chǎn)生高頻載波和調(diào)幅信號、調(diào)頻信號以及調(diào)幅是一種產(chǎn)生高頻載波和調(diào)幅信號、調(diào)頻信號以及調(diào)幅調(diào)頻信號的標準高頻信號發(fā)生器。調(diào)頻信號的標準高頻信號發(fā)生器。XFC-6主要用于測試、調(diào)試及維修各種無線電接收設(shè)備。主要用于測試、調(diào)試及維修各種無線電接收設(shè)備。其輸出載波的頻率范圍其輸出載波的頻率范圍 4300MHz，分八擋；，分八擋；頻率穩(wěn)定度優(yōu)于頻率穩(wěn)定度優(yōu)于210-4/10min；輸出載波電壓輸出載波電壓0.1V100mV，可低至，可低至0.05V；輸出阻抗輸出阻抗75；調(diào)幅波的調(diào)幅范圍調(diào)幅波的調(diào)幅范圍080%；調(diào)頻波的頻偏調(diào)頻波的頻偏0100kHz。 。 2.3.3 高頻信號發(fā)生器在調(diào)

21、收音機中頻時的應(yīng)用高頻信號發(fā)生器在調(diào)收音機中頻時的應(yīng)用調(diào)整的步驟如下。調(diào)整的步驟如下。1.1.將高頻信號發(fā)生器按要求調(diào)在載頻為將高頻信號發(fā)生器按要求調(diào)在載頻為465kHz465kHz、調(diào)幅度為、調(diào)幅度為3030的調(diào)幅信號上，然后把該信號引入收音機的天線調(diào)諧回路中，的調(diào)幅信號上，然后把該信號引入收音機的天線調(diào)諧回路中，再將示波器、電子電壓表接入前置低放級的輸出端。使本振電再將示波器、電子電壓表接入前置低放級的輸出端。使本振電路停振路停振( (本振回路的可變電容動片、定片短路本振回路的可變電容動片、定片短路) )，調(diào)雙聯(lián)電容使，調(diào)雙聯(lián)電容使收音機位于中波段的低端，音量電位器開關(guān)打到最大。收音機位于

22、中波段的低端，音量電位器開關(guān)打到最大。圖2-11 用高頻信號發(fā)生器調(diào)收音機中周示意圖2.2.由小到大調(diào)高頻信號發(fā)生器的輸出信號，直到能聽到揚聲由小到大調(diào)高頻信號發(fā)生器的輸出信號，直到能聽到揚聲器發(fā)出調(diào)制音頻信號的聲音。器發(fā)出調(diào)制音頻信號的聲音。3.3.用無感旋具用無感旋具( (不銹鋼、鋁片、膠木等不銹鋼、鋁片、膠木等) )從后向前反復(fù)調(diào)從后向前反復(fù)調(diào)各級中周的磁心，直到揚聲器的聲音最響或毫伏表的指各級中周的磁心，直到揚聲器的聲音最響或毫伏表的指示值最大，同時示波器顯示的波形不失真為止。此時表示值最大，同時示波器顯示的波形不失真為止。此時表明，收音機的中頻調(diào)整完好。明，收音機的中頻調(diào)整完好。2.

23、4.1 正弦式函數(shù)信號發(fā)生器正弦式函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器，它是一種寬帶頻率可調(diào)的多波形函數(shù)信號發(fā)生器，它是一種寬帶頻率可調(diào)的多波形發(fā)生器。它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等發(fā)生器。它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等等。由于其輸出波形均可用數(shù)學(xué)函數(shù)描述，故得名函數(shù)等。由于其輸出波形均可用數(shù)學(xué)函數(shù)描述，故得名函數(shù)發(fā)生器。現(xiàn)代函數(shù)信號發(fā)生器一般具有調(diào)制的功能和發(fā)生器?，F(xiàn)代函數(shù)信號發(fā)生器一般具有調(diào)制的功能和VCO控制。它是一種不可缺少的通用信號發(fā)生器，可以控制。它是一種不可缺少的通用信號發(fā)生器，可以用于生產(chǎn)測試、儀器維修和實驗室，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。用于生產(chǎn)測試、儀器維修和實驗室，應(yīng)

24、用領(lǐng)域十分廣泛。 函數(shù)信號發(fā)生器的構(gòu)成方式很多，常有三種：第一種函數(shù)信號發(fā)生器的構(gòu)成方式很多，常有三種：第一種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波，稱為正弦式函數(shù)是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波，稱為正弦式函數(shù)信號發(fā)生器；第二是由施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變信號發(fā)生器；第二是由施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形，稱為脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器；換得到三角波和正弦波形，稱為脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器；第三種是先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。下面介第三種是先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。下面介紹前兩種的原理。紹前兩種的原理。2.4.1 正弦式函數(shù)信號發(fā)生器正弦式函數(shù)信號發(fā)生器圖圖2-12為正弦

25、式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖。它包括正弦振蕩為正弦式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖。它包括正弦振蕩器、緩沖級、方波形成器、積分器、放大器和輸出級等部分。器、緩沖級、方波形成器、積分器、放大器和輸出級等部分。其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖級隔離后，分為兩其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖級隔離后，分為兩路信號，一路送放大器輸出正弦波，另一路作為方波形成器的觸發(fā)路信號，一路送放大器輸出正弦波，另一路作為方波形成器的觸發(fā)信號。方波形成器通常是施密特觸發(fā)器，它輸出兩路信號，一路送信號。方波形成器通常是施密特觸發(fā)器，它輸出兩路信號，一路送放大器，經(jīng)放大后輸出方波；另一路作為積分器的輸入信號。積分

26、放大器，經(jīng)放大后輸出方波；另一路作為積分器的輸入信號。積分器通常為密勒積分器，積分器將方波變換為三角波，經(jīng)放大后輸出。器通常為密勒積分器，積分器將方波變換為三角波，經(jīng)放大后輸出。2.4.2 脈沖式函數(shù)發(fā)生器脈沖式函數(shù)發(fā)生器 脈沖式函數(shù)發(fā)生器的組成如圖脈沖式函數(shù)發(fā)生器的組成如圖2-13所示。它包括脈沖發(fā)生器、所示。它包括脈沖發(fā)生器、施密特觸發(fā)器、積分器和正弦波轉(zhuǎn)換電路等部分。其工作過程施密特觸發(fā)器、積分器和正弦波轉(zhuǎn)換電路等部分。其工作過程如下：在觸發(fā)脈沖的作用下，施密特觸發(fā)器產(chǎn)生方波，積分器如下：在觸發(fā)脈沖的作用下，施密特觸發(fā)器產(chǎn)生方波，積分器將方波積分形成三角波，正弦波轉(zhuǎn)換電路將三角波轉(zhuǎn)換成正

27、弦將方波積分形成三角波，正弦波轉(zhuǎn)換電路將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。放大器選擇三個波形輸出。波。放大器選擇三個波形輸出。圖2-13 脈沖式函數(shù)發(fā)生器的組成框圖圖圖2-14是二極管正弦波轉(zhuǎn)換電路，將對稱的三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。是二極管正弦波轉(zhuǎn)換電路，將對稱的三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。正弦波可看成是許多斜率不同的直線段組成。當(dāng)直線段足夠多時，正弦波可看成是許多斜率不同的直線段組成。當(dāng)直線段足夠多時，由折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好地近似正弦波。斜率不同的直線段由折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好地近似正弦波。斜率不同的直線段可由三角波經(jīng)分壓得到。因此，將三角波經(jīng)分壓系數(shù)不同的電路網(wǎng)可由三角波經(jīng)分壓得到。因此，將三角波經(jīng)分壓系

28、數(shù)不同的電路網(wǎng)絡(luò)，便可得到近似的正弦波輸出。圖中絡(luò)，便可得到近似的正弦波輸出。圖中 VD1、VD2、VD3完成正完成正弦波正半周的近似，弦波正半周的近似，VD4、VD5、VD6完成正弦波負半周的近似。完成正弦波負半周的近似。利用這種電路，適當(dāng)增加分壓環(huán)節(jié)，例如用利用這種電路，適當(dāng)增加分壓環(huán)節(jié)，例如用1012個二極管組成的個二極管組成的轉(zhuǎn)換電路，可得到失真度小于轉(zhuǎn)換電路，可得到失真度小于0.5%的正弦波輸出。的正弦波輸出。圖圖2-14 三角波轉(zhuǎn)換正弦波電路三角波轉(zhuǎn)換正弦波電路三角波形三角波形成正弦波成正弦波電路原理電路原理圖圖2-15 二極管組成的三角波逼近正弦波電路原理二極管組成的三角波逼近正

29、弦波電路原理一般采用分段折線逼近的方法將三角波變換成為正弦波。利用二一般采用分段折線逼近的方法將三角波變換成為正弦波。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升和下降斜率逐次逼近極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升和下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。正弦波的斜率。圖圖2-15(a)、圖、圖2-15(b)和圖和圖2-15(c)分別為電路輸出特性、輸入波形、分別為電路輸出特性、輸入波形、輸出波形，由于該網(wǎng)絡(luò)對信號的衰減隨三角波幅度的加大而增加，輸出波形，由于該網(wǎng)絡(luò)對信號的衰減隨三角波幅度的加大而增加，而使輸出波形向正弦波逼近。如果折線段選得足夠多，并適當(dāng)選擇而使輸出波形向正弦波逼近。如果折線段

30、選得足夠多，并適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)折點的位置，便能得到非常逼真的正弦波。轉(zhuǎn)折點的位置，便能得到非常逼真的正弦波。2.4.3 函數(shù)信號發(fā)生器的性能指標函數(shù)信號發(fā)生器的性能指標函數(shù)信號發(fā)生器有函數(shù)信號發(fā)生器有XDS8B型、型、XD-17型等。其中，型等。其中，XD8B型型屬于超低頻信號發(fā)生器，它的主要性能有：屬于超低頻信號發(fā)生器，它的主要性能有：輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形，具有輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形，具有TTL同同步輸出及單次脈沖輸出等。步輸出及單次脈沖輸出等。頻率范圍：頻率范圍：0.0lHz100kHz；最大輸出電壓：一般指峰峰值電壓；最大輸出電壓：一般指峰峰值電壓；輸出阻抗：

31、函數(shù)波形輸出輸出阻抗：函數(shù)波形輸出500；TTL同步輸出同步輸出600波形特性：正弦波失真及三角波非線性均小于波形特性：正弦波失真及三角波非線性均小于3%；方波的特性參數(shù)是上升時間，一般要求小于或等于方波的特性參數(shù)是上升時間，一般要求小于或等于100ns。2.5 2.5 合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器 頻率合成的方法頻率合成的方法 直接模擬頻率合成法（直接模擬頻率合成法（DAFS DAFS ）直接數(shù)字頻率合成法（直接數(shù)字頻率合成法（DDS DDS ） 間接鎖相式合成法間接鎖相式合成法（ Direct Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Freq

32、uency Synthesis ） 信號源信號源 主振級主振級 頻率準確度頻率準確度 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 通用信號源通用信號源 RCRC、LCLC振蕩器振蕩器 1010-2-2量級量級 1010-3-31010-4-4 合成信號源合成信號源 晶體振蕩器晶體振蕩器 1010-8-8量級量級 1010-7-7量級量級 2.5.1 2.5.1 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法 利用倍頻、分頻和混頻以及濾波技術(shù)，對一個或多個基準頻率利用倍頻、分頻和混頻以及濾波技術(shù)，對一個或多個基準頻率進行算術(shù)運算來產(chǎn)生所需頻率的方法，稱為直接合成法，由于進行算術(shù)運算來產(chǎn)生所需頻率的方法，稱為直接合成法，由于大多

33、是采用模擬電路來實現(xiàn)的，所以又稱為直接模擬頻率合成大多是采用模擬電路來實現(xiàn)的，所以又稱為直接模擬頻率合成例如例如. .固定頻率合成法固定頻率合成法 圖圖2-162-16固定頻率合成法原理固定頻率合成法原理晶體振蕩器晶體振蕩器D DN Nf fr rf fo o圖圖2-16為固定頻率合成的原理電路。圖中石英晶體振蕩器提供為固定頻率合成的原理電路。圖中石英晶體振蕩器提供基準頻率基準頻率 rf，D為分頻器的分頻系數(shù)，為分頻器的分頻系數(shù)，N為倍頻器的倍頻系數(shù)。為倍頻器的倍頻系數(shù)。因此，圖因此，圖2-162-16固定頻率合成法輸出頻率固定頻率合成法輸出頻率 0f為為rfDNf 0在式中，在式中，D和和N

34、均為給定的正整數(shù)。輸出頻率人為定值，所以均為給定的正整數(shù)。輸出頻率人為定值，所以稱為固定頻率合成法。稱為固定頻率合成法。 直接模擬合成技術(shù)特點：直接模擬合成技術(shù)特點： 1)1)頻率分辨力高頻率分辨力高 2)頻率切換快頻率切換快 -用于跳頻通信對抗（用于跳頻通信對抗（因頻率點不太多因頻率點不太多）3)電路龐大、復(fù)雜電路龐大、復(fù)雜 -現(xiàn)不用它做信號源（現(xiàn)不用它做信號源（因信號源頻率因信號源頻率范圍寬范圍寬）2.5.2 2.5.2 直接數(shù)字頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法 直接數(shù)字合成法（直接數(shù)字合成法（DDS，Direct Digital Frequency Synthests）。）。它突破了頻率合成

35、法的原理，從它突破了頻率合成法的原理，從“相位相位”的概念出發(fā)進行頻率的概念出發(fā)進行頻率合成。這種合成方法不僅可以給出不同頻率的正弦波，而且還合成。這種合成方法不僅可以給出不同頻率的正弦波，而且還可以給出不同初始相位的正弦波，甚至可以給出各種任意波形?？梢越o出不同初始相位的正弦波，甚至可以給出各種任意波形。這在前述模擬頻率合成方法中是無法實現(xiàn)的。這在前述模擬頻率合成方法中是無法實現(xiàn)的。1.1.直接數(shù)字合成基本原理直接數(shù)字合成基本原理 三角波：三角波：+1+1、+1+1 -1 -1、-1 -1 方方 波：波：0 0、0 0、 1 1、1 1、 利用單片機、利用單片機、D/A芯片和濾波器可組成合成

36、信號發(fā)生器。將源信號芯片和濾波器可組成合成信號發(fā)生器。將源信號的數(shù)字量存入的數(shù)字量存入ROM中，然后編制程序，如連作加中，然后編制程序，如連作加1運算到一定值，運算到一定值，然后連作減然后連作減1運算回到原值，再反復(fù)運行該程序，則單片機輸出的運算回到原值，再反復(fù)運行該程序，則單片機輸出的數(shù)字量經(jīng)數(shù)字量經(jīng)D/A變換成小階梯式模擬量波形，如圖變換成小階梯式模擬量波形，如圖2-17所示。再經(jīng)低所示。再經(jīng)低通濾波器濾除引起小階梯的高頻分量，則得三角波輸出。若更換程通濾波器濾除引起小階梯的高頻分量，則得三角波輸出。若更換程序，把波形數(shù)據(jù)（例如正弦函數(shù)表）預(yù)先存在序，把波形數(shù)據(jù)（例如正弦函數(shù)表）預(yù)先存在ROM或或RAM）單元）單元中，然后在系統(tǒng)標準時鐘中，然后在系統(tǒng)標準時鐘CLK頻率下，按照一定的地址關(guān)系從頻率下，按照一定的地址關(guān)系從ROM（或（或RAM）單元中讀出數(shù)據(jù)，再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換（）單元中讀出數(shù)據(jù)，再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A），就），就可以得到一定頻率的輸出波形?？梢缘玫揭欢l率的輸出波形。圖2-17 直接數(shù)字合成基本原理圖在圖在圖2-17中，時鐘中，時鐘CLK的頻率為固定值。在的頻率為固定值。在CLK的作用下，如的作用下，如果按照果按照0000一一00010010一一1111的地址順序讀出的地址順序讀出ROM中的中的數(shù)據(jù)，即表數(shù)據(jù)，即表2-l