第二章信號源

1、第二章信號源第二章 信號源正弦信號發(fā)生器的主要技術特性低頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器第二章信號源 在研制、生產、使用、測試和維修各種電子元器件、部件以及整機設備時，都需要能產生提供測試用電信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，或者稱為信號源。信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。除了在電子測量中，信號發(fā)生器在其他領域也有廣泛應用，例如：機械部門的超聲波探傷，醫(yī)療部門的超聲波診斷頻譜治療儀等。一、信號發(fā)生器的用途第二章信號源1.用作激勵源用信號發(fā)生器產生的信號作為某些電子設備的激勵信號。2.用作信號仿真 在電子設備的測量中，常需要產生模擬實際環(huán)境相同特性的信號，如干擾信號等，這時可利

2、用信號發(fā)生器產生模擬干擾信號，對電子設備進行仿真測量。 3.用作校準源 高級信號發(fā)生器產生的一些標準信號，可用于對一般的信號源進行校準或比對。 第二章信號源 1. 按用途分類 按用途分可分為專用信號發(fā)生器和通用信號發(fā)生器。二、信號發(fā)生器的分類專用：專門為一個或幾個專門的目的而設計的儀器。通用：是指為測量一個或者多個電參數的儀器。第二章信號源 2、按頻率范圍分類 按輸出信號的頻率范圍劃分，可分為超低頻、低頻、視頻、高頻、甚高頻和超高頻信號發(fā)生器，見下表。第二章信號源 表2.1 信號發(fā)生器按頻率范圍分類名稱 頻率范圍主要應用領域超低頻信號發(fā)生器0.0001Hz1kHz電聲學低頻信號發(fā)生器1 Hz

3、1MHz電報通信視頻信號發(fā)生器20Hz10MHz無線電廣播高頻信號發(fā)生器.200kHz30MHz廣播、電報甚高頻信號發(fā)生器30MHz300MHz電視、調頻廣播、導航超高頻信號發(fā)生器300MHz以上雷達、導航、氣象第二章信號源3、按輸出波形分類 信號發(fā)生器按輸出波形的不同可分為： 正弦波信號發(fā)生器 非正弦波信號發(fā)生器 非正弦波信號發(fā)生器又包括： 脈沖信號發(fā)生器 函數信號發(fā)生器 掃頻信號發(fā)生器等第二章信號源4、其它分類 調節(jié)方式：普通、掃頻、程控 頻率產生：諧振信號、鎖相信號、合成。 工作原理：簡易、標準、調幅、調頻、合成、專用。第二章信號源2.1 正弦信號發(fā)生器的主要技術特性 2.1.1 頻率特

4、性 頻率特性包括有效頻率范圍、頻率準確度和頻率穩(wěn)定度。 1、有效頻率范圍 各項指標均能得到保證的輸出頻率范圍稱為信號發(fā)生器的有效頻率范圍。 2、頻率準確度 頻率的實際值對其標稱值(刻度或標度)的相對偏差。 第二章信號源 3 頻率穩(wěn)定度 在一定時間間隔內，頻率源的頻率準確度的變化，它表征頻率源維持工作于恒定頻率的能力。 有長期，短期、瞬間頻率穩(wěn)定度之分。第二章信號源2.1.2 輸出特性輸出特性包括輸出阻抗、輸出電平、平坦度和諧波失真。 1 輸出阻抗 低頻信號發(fā)生器中一般有50、600、5k等各種不同輸出阻抗。 高頻信號發(fā)生器一般只有50(或75)一種輸出阻抗。 2 輸出電平 信號發(fā)生器所能提供的

5、最大和最小輸出電平調節(jié)范圍。正弦信號發(fā)生器輸出信號幅度采用正弦有效值（如V、mVV）度量或用絕對電平(dB)度量。第二章信號源 3 輸出失真度標準信號發(fā)生器輸出失真度在0.1% 0.5%； 普通信號發(fā)生器輸出失真度在1% 5%。 第二章信號源2.1.3 調制特性 1、對于調幅的要求 包括調幅特性、調幅系數可調范圍及穩(wěn)定度、寄生頻偏及外調制時調制頻率范圍、輸入阻抗及要求的調制電壓等。 2、對于調頻的要求 包括調頻特性、頻偏范圍及穩(wěn)定度、寄生調幅及外調制時調制頻率范圍、輸入阻抗及要求的調制電壓等。 第二章信號源2.2 低頻信號發(fā)生器 2.2.1 基本組成和原理框圖 1 低頻信號發(fā)生器的基本組成 低

6、頻信號發(fā)生器主要由主振級、緩沖放大器、衰減器、功率放大器、阻抗變換器、指示電壓表及穩(wěn)壓電源等電路組成。 第二章信號源2.低頻信號發(fā)生器的原理框圖 圖2-1 低頻信號發(fā)生器的原理框圖 第二章信號源（1）主振級 主振級是低頻信號發(fā)生器的最重要的電路，通常有差頻式的頻率形成電路和RC文氏電橋正弦振蕩電路。 差頻式低頻信號形成電路的工作原理 如圖2-2，其中一個振蕩器產生固定頻率的高頻振蕩信號f1，另一個振蕩器產生可變頻率的高頻振蕩信號f2，將頻率為f1和f2的高頻振蕩信號同時送入混頻器，混頻后的信號有f1、f2、f1+f2、f1f2 等等，可用低通濾波器濾掉其他頻率的信號，最后得到差頻信號F = f

7、1f2。 第二章信號源 圖2-2差頻式的頻率形成電路 第二章信號源（2）緩沖放大級作用:為了隔離后級對主振級的影響，使主振級工作正常，起到穩(wěn)定頻率，并兼有電壓放大的作用，減輕后級功放的負擔。（3）衰減器作用:為了適應測試設備的要求，改變輸出電壓或輸出功率大小。衰減器有連續(xù)調節(jié)和步進衰減。第二章信號源（4）功率放大器作用：為負載提供所需要的功率。 為了充分利用晶體管，其工作電流、電壓都接近極限值，所以對功率放大器而言，既要滿足輸出功率的要求，又要避免晶體管過熱，而且非線性失真也要小。功率放大器通常有功放保護電路。第二章信號源（5）阻抗變換器 一般輸出阻抗可進行8、10、60、600和5k的切換。

8、（6）指示電壓表組成：分壓器、限幅器、射極跟隨器、檢波器、表頭校正電路。 指示器用磁電式電流表指示，電壓數值與指針的偏轉角度成正比，在刻度盤上可直接讀數。 第二章信號源圖2-5 指示電壓表 第二章信號源如圖2-5所示，內測：開關可置于“內測”1或2位置，此時測量的為信號發(fā)生器輸出電壓有效值。外測：開關置于“外測”，電壓表就可對一般外部電壓有效值進行測量。（7）穩(wěn)壓電源 為各部分電路提供正常工作所需的穩(wěn)定直流電壓。第二章信號源2.3 高頻信號發(fā)生器2.3.1 基本組成和原理框圖1.高頻信號發(fā)生器的基本組成 高頻信號發(fā)生器是由主振級、調制級、輸出級、衰減級、內調制振蕩級、檢測級和電源等組成。第二章

9、信號源（1）主振級通常采用連續(xù)可調的LC振蕩器，振蕩器由以下三部分組成： 具有選頻特性的儲能元件。 控制能量補充的反饋控制電路。 用于補充能量的直流電源和有源器件。振蕩器的結構按有源器件分為兩種：1.四端網絡式振蕩器有源器件常用晶體三極管、場效應管，為了建立正反饋，必須有反饋電路。振蕩頻率低于1GHz。第二章信號源2.二端網絡振蕩器v 有源器件常用單結晶體管、隧道二極管，為了補充能量，有源器件必須工作在負阻區(qū)。v 振蕩頻率高于1GHz。v 為了展寬信號發(fā)生器的頻率范圍，獲得較高的頻率穩(wěn)定度和準確度，在主振級后可加入倍頻器、分頻器、混頻器等電路。第二章信號源（2）電調電抗級 電調電抗級是在產生調

10、頻信號時需要加入與主振級振蕩回路相耦合的電路，用來控制諧振回路電抗的變化來獲得調頻信號。（3）緩沖放大級 如果在調制級與主振級之間未加入緩沖放大級，就會由于調制級的輸入阻抗低，且在調制過程中是變化的，使得振蕩級受牽引，影響其頻率穩(wěn)定度和產生寄生調頻。 緩沖放大級一般是射極跟隨器，它隔離主振級和調制級，穩(wěn)定主振頻率，消除寄生調頻，還起放大電壓的作用。 第二章信號源（4）調制級v 作用：調制級主要用來完成調幅。v 高頻信號發(fā)生器通常用平衡調幅器或二極管環(huán)型調制器來實現(xiàn)調幅。v 調頻有直接調頻法和間接調頻法。 直接調頻法是直接用調制信號控制高頻振蕩回路的某個電抗元件（如變容二極管），使振蕩頻率隨調制信號的振幅線性變化。a) 間接調頻法是利用調頻和調相的相互關系，通過調相來實現(xiàn)調頻。直接調頻法得到的頻偏較大，間接調頻法頻率穩(wěn)定度較高，但是直接調頻法多用于信號發(fā)生器。第二章信號源（5）內調制振蕩級 用于產生調制信號，一般有400Hz和1kH