電子測量技術(shù)基礎(chǔ) (第二版)西安電子科技大學(xué)出版社第3章信號發(fā)生器

1、第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述3.2 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)3.3 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器3.4 射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器3.5 掃頻信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器3.6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器習(xí)習(xí) 題題 三三第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述 3.1.1 信號發(fā)生器的用途信號發(fā)生器的用途 提供測試用電信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，提供測試用電信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，用在電子測量領(lǐng)域，也稱為測試信號發(fā)生器。用在電子測量領(lǐng)域，也稱為測試信號發(fā)生器。

2、是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。信號發(fā)生器在其他領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。子儀器。信號發(fā)生器在其他領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。圖3.1-1 測試信號發(fā)生器第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.1.2 信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器的分類 信號發(fā)生器種類型號繁多，性能各異介紹幾種常見的分類。信號發(fā)生器種類型號繁多，性能各異介紹幾種常見的分類。 1按頻率范圍分類按頻率范圍分類第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 2按輸出波形分類按輸出波形分類 按照輸出信號的波形特性，信號發(fā)生器可分為正按照輸出信號的波形特性，信號發(fā)生器可分為正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。弦信號

3、發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 非正弦信號非正弦信號 掃頻信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器 發(fā)生器發(fā)生器 數(shù)字序列信號發(fā)生器數(shù)字序列信號發(fā)生器 圖形信號發(fā)生器圖形信號發(fā)生器 噪聲信號發(fā)生器噪聲信號發(fā)生器 第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.1-2 幾種典型的信號波形幾種典型的信號波形第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 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(biāo)，可分為一般信號發(fā)生按信號發(fā)生器的性能指標(biāo)，可分為一般信號發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。器和標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。 前者指對其輸出信號的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)前者指對其輸出

4、信號的頻率、幅度的準(zhǔn)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；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(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。良好的中、高檔信號發(fā)生器。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 其他一些分類方法：其他一些分類方法： 按照使用范圍，可分為：通用信號發(fā)生器和專用信號發(fā)生器；按照使用范圍，可分為：通用信號發(fā)生器和專用信號發(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)生器就屬例如電聲行業(yè)中使用的立體聲

5、和調(diào)頻立體聲信號發(fā)生器就屬于專用信號發(fā)生器于專用信號發(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；程控信號發(fā)生器； 按照頻率產(chǎn)生方法可分為：諧振信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器按照頻率產(chǎn)生方法可分為：諧振信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器及合成信號發(fā)生器等。及合成信號發(fā)生器等。 國產(chǎn)國產(chǎn)EE1631型函數(shù)信號發(fā)生器，頻率覆蓋范圍為型函數(shù)信號發(fā)生器，頻率覆蓋范圍為0.005Hz40MHz，跨越了超低頻、低頻、視頻、高頻到甚高頻幾個頻段，可以輸出包括正弦跨越了超低頻、低頻、視頻、高頻到甚高頻幾個頻段，可以輸出包括正弦波、三

6、角波、方波、鋸齒波、脈沖波、調(diào)幅波、調(diào)頻波及波、三角波、方波、鋸齒波、脈沖波、調(diào)幅波、調(diào)頻波及TTL波等多種波波等多種波形的信號。形的信號。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.1.3 信號發(fā)生器的基本構(gòu)成信號發(fā)生器的基本構(gòu)成 振蕩器振蕩器：振蕩器是信號發(fā)生器的核心部分，由它：振蕩器是信號發(fā)生器的核心部分，由它產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號。產(chǎn)生不同頻段、不產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號。產(chǎn)生不同頻段、不同波形信號的振蕩器原理、結(jié)構(gòu)差別很大。同波形信號的振蕩器原理、結(jié)構(gòu)差別很大。圖圖3.1-3 信號發(fā)生器原理框圖信號發(fā)生器原理框圖第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 變換器變換器：可以是電壓放大器、功

7、率放大器、調(diào)制器：可以是電壓放大器、功率放大器、調(diào)制器或整形器?；蛘纹?。 一般情況下，振蕩器輸出的信號都較微弱，需在該部分加以放一般情況下，振蕩器輸出的信號都較微弱，需在該部分加以放大。大。 調(diào)幅、調(diào)頻等信號，也需在這部分由調(diào)制信號對載頻加以調(diào)制。調(diào)幅、調(diào)頻等信號，也需在這部分由調(diào)制信號對載頻加以調(diào)制。 函數(shù)發(fā)生器，振蕩器輸出的是三角波，需在這里由整形電路整函數(shù)發(fā)生器，振蕩器輸出的是三角波，需在這里由整形電路整形成方波或正弦波。形成方波或正弦波。 輸出級輸出級：基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻：基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗，可以是衰減器、匹配變壓器和射極跟隨器等?？?，可以是衰減

8、器、匹配變壓器和射極跟隨器等。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 指示器指示器：用來監(jiān)視輸出信號，可以是電子電壓表、：用來監(jiān)視輸出信號，可以是電子電壓表、功率計、頻率計和調(diào)制度表等。功率計、頻率計和調(diào)制度表等。 通過指示器來調(diào)整輸出信號的頻率、幅度及其他特性。通過指示器來調(diào)整輸出信號的頻率、幅度及其他特性。 通常情況下指示器接于衰減器之前，并且由于指示儀表本身通常情況下指示器接于衰減器之前，并且由于指示儀表本身準(zhǔn)確度不高，其示值僅供參考，從輸出端輸出信號的實際特性需準(zhǔn)確度不高，其示值僅供參考，從輸出端輸出信號的實際特性需用其他更準(zhǔn)確的測量儀表來測量。用其他更準(zhǔn)確的測量儀表來測量。 電源電源：提供

9、信號發(fā)生器各部分的工作電源電壓。：提供信號發(fā)生器各部分的工作電源電壓。 通常是將通常是將50Hz交流市電整流成直流并有良好的穩(wěn)壓措施。交流市電整流成直流并有良好的穩(wěn)壓措施。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.1.4 信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢 隨著隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，促使信號發(fā)生器向著自動化、年代微處理器的出現(xiàn)，促使信號發(fā)生器向著自動化、智能化方向發(fā)展。智能化方向發(fā)展。 現(xiàn)在，許多信號發(fā)生器除帶有微處理器（因而具備了自校、現(xiàn)在，許多信號發(fā)生器除帶有微處理器（因而具備了自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能）外，還帶有自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功

10、能）外，還帶有IEEE-488或或RS232總線，可以和控制計算機(jī)及其他測量儀器一起總線，可以和控制計算機(jī)及其他測量儀器一起構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。 當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋范圍、高頻率精當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋范圍、高頻率精度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎滲透到正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實驗及測量中。所有的電子學(xué)實驗及測量中

11、。 原因：正弦信號容易產(chǎn)生，容易描述是應(yīng)用最廣的載波信號；原因：正弦信號容易產(chǎn)生，容易描述是應(yīng)用最廣的載波信號；任何線性雙口網(wǎng)絡(luò)的特性，都可以用它對正弦信號的響應(yīng)采表征。任何線性雙口網(wǎng)絡(luò)的特性，都可以用它對正弦信號的響應(yīng)采表征。 信號發(fā)生器作為測量系統(tǒng)的激勵源，被測器件、設(shè)備各項性信號發(fā)生器作為測量系統(tǒng)的激勵源，被測器件、設(shè)備各項性能參數(shù)的測量質(zhì)量，將直接依賴于信號發(fā)生器的性能。能參數(shù)的測量質(zhì)量，將直接依賴于信號發(fā)生器的性能。 通常用通常用頻率特性頻率特性、輸出特性輸出特性和和調(diào)制特性調(diào)制特性（俗稱三大指標(biāo)）來（俗稱三大指標(biāo)）來評價正弦信號發(fā)生器的性能，其中包括評價正弦信號發(fā)生器的性能，其中包

12、括30余項具體指標(biāo)。余項具體指標(biāo)。 第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2.1 頻率范圍頻率范圍 指信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號頻率范圍，該范圍內(nèi)既指信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號頻率范圍，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)滿足全部誤差要求。圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。 3.2.2 頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指信號發(fā)生器度盤頻率準(zhǔn)確度是指信號發(fā)生器度盤(或數(shù)字顯示或數(shù)字顯示)數(shù)值與數(shù)值與實際輸出信號頻率間的偏差實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示，通常用相對誤差表示 式中式中f0為度盤或數(shù)字顯示數(shù)值，也稱預(yù)調(diào)值，為度

13、盤或數(shù)字顯示數(shù)值，也稱預(yù)調(diào)值， f1是是輸出正弦信號頻率的實際值。頻率準(zhǔn)確度實際上是輸出輸出正弦信號頻率的實際值。頻率準(zhǔn)確度實際上是輸出信號頻率的工作誤差。信號頻率的工作誤差。%100110fff（3.2-1）第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準(zhǔn)確度相關(guān)。頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準(zhǔn)確度相關(guān)。頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定度是指其他外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時間內(nèi)，度是指其他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)值變化的大小信號發(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(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為頻率短期穩(wěn)定度按照國

14、家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(wěn)定度。和頻率長期穩(wěn)定度。 頻率短期穩(wěn)定度頻率短期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時間后，信號頻率在任意時間后，信號頻率在任意15min內(nèi)所發(fā)生的最大變化，內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為表示為 式中式中f0為預(yù)調(diào)頻率；為預(yù)調(diào)頻率； fmax、 fmin分別為任意分別為任意15 min信信號頻率的最大值和最小值。號頻率的最大值和最小值。%1000minmaxfff（3.2-2）第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 頻率長期穩(wěn)定度頻率長期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時間后，信號頻率在任意熱

15、時間后，信號頻率在任意3h內(nèi)所發(fā)生的最大變化，內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為：表示為： 預(yù)調(diào)頻率的預(yù)調(diào)頻率的x10- -6+ +y (Hz) (3.2-3) 式中，式中， x、 y是由廠家確定的性能指標(biāo)值。是由廠家確定的性能指標(biāo)值。 也可以用式也可以用式(3.2-2)表示頻率長期穩(wěn)定度。表示頻率長期穩(wěn)定度。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2.4 由溫度、電源、負(fù)載變化而引起的頻率變動由溫度、電源、負(fù)載變化而引起的頻率變動 （本小節(jié)略）（本小節(jié)略） 3.2.5 非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)(失真度失真度) 正弦信號發(fā)生器的理想輸出為單一頻率的正弦波。正弦信號發(fā)生器的理想輸出為單一頻率的正弦波。

16、 由于信號發(fā)生器內(nèi)部放大器等元器件的非線性，會由于信號發(fā)生器內(nèi)部放大器等元器件的非線性，會使輸出信號產(chǎn)生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率使輸出信號產(chǎn)生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率外，外， 還有其他諧波分量。還有其他諧波分量。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器%100+2221222223nnUUUUUU(3.2-8) 式中，式中，U1為輸出信號基波有效值，為輸出信號基波有效值，U2、 U3、 、 Un為為各次諧波有效值。由于各次諧波有效值。由于U2、 U3、 、 Un等較等較U1小得多，因此小得多，因此為了便于測量，也用下面公式定義為了便于測量，也用下面公式定義：%100122322UU

17、UUn 人們通常用信號頻譜純度來說明輸出信號波形接近人們通常用信號頻譜純度來說明輸出信號波形接近正弦波的程度，并用非線性失真系數(shù)正弦波的程度，并用非線性失真系數(shù)表示：表示：(3.2-7)第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2.6 輸出阻抗輸出阻抗 信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。 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600 (或或1 k )； 功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常 有有50 、75 、150 、600和和5k等檔。等檔。 高頻信號發(fā)生器一般僅

18、有高頻信號發(fā)生器一般僅有50或或75檔。檔。 當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時，要特別注意阻抗的匹配。當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時，要特別注意阻抗的匹配。 3.2.7 輸出電平輸出電平 概念：是指輸出信號幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的概念：是指輸出信號幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號發(fā)生器的最大輸出電壓和最大輸出功率及其衰減范圍內(nèi)所得信號發(fā)生器的最大輸出電壓和最大輸出功率及其衰減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。到輸出幅度的有效范圍。 輸出幅度可用電壓輸出幅度可用電壓(V，mV，V)或分貝表示?；蚍重惐硎?。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.2.8 調(diào)制特性調(diào)制特性 高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時

19、，一般還能高頻信號發(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)幅信號和調(diào)頻信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制是調(diào)幅信號和調(diào)頻信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。等功能。 當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時，稱為內(nèi)調(diào)當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時，稱為內(nèi)調(diào)制；制； 當(dāng)調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制時，當(dāng)調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制時，稱為外調(diào)制。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號發(fā)生器，稱為外調(diào)制。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號發(fā)生器，是測試無線電收發(fā)設(shè)備等場合不可缺少的儀器。是測試無線電收發(fā)設(shè)備等場合不可

20、缺少的儀器。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.3 低頻、超低頻信號發(fā)生器低頻、超低頻信號發(fā)生器 3.3.1 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 1低頻信號發(fā)生器主要性能指標(biāo)低頻信號發(fā)生器主要性能指標(biāo) 通用低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)：通用低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)： 頻率范圍為頻率范圍為1Hz1MHz連續(xù)可調(diào)；連續(xù)可調(diào)； 頻率穩(wěn)定度為頻率穩(wěn)定度為(0.10.4)h； 頻率準(zhǔn)確度為頻率準(zhǔn)確度為(12)； 輸出電壓為輸出電壓為010V連續(xù)可調(diào)；連續(xù)可調(diào)； 輸出功率約為輸出功率約為(0.55)W連續(xù)可調(diào)；連續(xù)可調(diào)； 非線性失真為非線性失真為(0.11)； 輸出阻抗可為輸出阻抗可為50、75、150、6

21、00及及5k 。 第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 2低頻信號發(fā)生器組成框圖低頻信號發(fā)生器組成框圖 通用低頻信號發(fā)生器的組成框圖如通用低頻信號發(fā)生器的組成框圖如圖圖3.3-1所示。所示。圖圖(a)僅包括電壓輸出，帶負(fù)載能力弱。圖僅包括電壓輸出，帶負(fù)載能力弱。圖(b)除包括電除包括電壓輸出外，另有功率輸出能力。壓輸出外，另有功率輸出能力。 3通用通用RC振蕩器振蕩器 低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號(圖圖3.3-1中主振器中主振器)的方法有多種，在通用信號發(fā)生器中，主振器通常使的方法有多種，在通用信號發(fā)生器中，主振器通常使用用RC振蕩器，而其中應(yīng)用最多的當(dāng)屬振蕩器，而其中

22、應(yīng)用最多的當(dāng)屬文氏橋振蕩器文氏橋振蕩器。 圖圖3.3-2給出了文氏橋式網(wǎng)絡(luò)及其傳輸函數(shù)的幅頻、給出了文氏橋式網(wǎng)絡(luò)及其傳輸函數(shù)的幅頻、 相頻特性。相頻特性。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-1 低頻信號發(fā)生器的組成框圖低頻信號發(fā)生器的組成框圖第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-2 RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)文氏橋網(wǎng)絡(luò)第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器在圖在圖(a)中，是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，中，是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓， 是輸出電壓，是輸出電壓， Z1為為R、C串聯(lián)阻抗，串聯(lián)阻抗，Z2為為R、C并聯(lián)阻抗，則網(wǎng)絡(luò)的傳輸并聯(lián)阻抗，則網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)：函數(shù)：iUoUCRCRZZZUUN1j31)j (212iof

23、fff0000j31j31(3.3-1)式中：式中：RC10RCf210(3.3-2)第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器由式由式(3.3-1)得到傳輸函數(shù)的幅頻特性得到傳輸函數(shù)的幅頻特性N()和相頻特性和相頻特性j j ()分分別為別為3/ )(arctan)(31)()(002002jjNN(3.3-3)(3.3-4)N()和和j j ()分別如分別如圖圖3.3-2 (b)和和(c)所示。所示。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 當(dāng)當(dāng) =0 = 1/(RC ) 或或f = f0 = 1/(2RC )時，時， 輸出信號與輸入輸出信號與輸入信號同相，此時傳輸函數(shù)模最大信號同相，此時傳輸函數(shù)模最大 N

24、(0) = N()max = 1/3， 如果如果輸出信號輸出信號 后接放大倍數(shù)后接放大倍數(shù)KV = 1/N(0) = 3的同相放大器的同相放大器(一般一般由兩級反相放大器級聯(lián)實現(xiàn)由兩級反相放大器級聯(lián)實現(xiàn))， 那么就可以維持那么就可以維持 =0 或者或者 f = f0 = 1/(2RC ) 的正弦振蕩，的正弦振蕩， 而由于而由于RC網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，網(wǎng)絡(luò)的選頻特性， 其他其他頻率的信號將被抑制。頻率的信號將被抑制。oU第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 但是，放大倍數(shù)但是，放大倍數(shù)Kv3的放大器是不穩(wěn)定的，同時的放大器是不穩(wěn)定的，同時由于文氏橋電路的選頻特性很差，放大器增益不穩(wěn)，由于文氏橋電路的選頻

25、特性很差，放大器增益不穩(wěn)，不但會引起振蕩振幅變化，還會造成輸出波形失真。不但會引起振蕩振幅變化，還會造成輸出波形失真。 為使振蕩振幅穩(wěn)定并減小波形失真，常常使用高為使振蕩振幅穩(wěn)定并減小波形失真，常常使用高增益的二級放大器加上負(fù)反饋，使得在維持振蕩期間，增益的二級放大器加上負(fù)反饋，使得在維持振蕩期間，總電壓增益為總電壓增益為3，這樣就形成了，這樣就形成了圖圖3.3-3所示的文氏橋振所示的文氏橋振蕩電路。蕩電路。 第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-3 用熱敏電阻用熱敏電阻Rt作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

26、Rt和電阻和電阻Rf構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。 熱熱敏電阻敏電阻Rt的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小。的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小。 某種原因?qū)е履撤N原因?qū)е?Uo IRt Rt負(fù)反饋負(fù)反饋 Au Uo 在振蕩器起振階段，由于在振蕩器起振階段，由于Rt溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，放溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，放大器實際總增益大于大器實際總增益大于3，振蕩器容易起振。，振蕩器容易起振。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器由式由式(3.3-2)可知，可知， 改變電阻改變電阻R和電容和電容C的數(shù)值可調(diào)節(jié)振蕩頻的數(shù)值可調(diào)節(jié)振蕩頻率。率。 可以使用同軸電阻器改變電阻可以

27、使用同軸電阻器改變電阻R來進(jìn)行粗調(diào)，來進(jìn)行粗調(diào)， 使得換擋時使得換擋時頻率變化頻率變化10倍，倍， 而用改變雙聯(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)的方法在一個波段內(nèi)進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。 圖圖3.3-4XD-2型低頻信號發(fā)生器中的型低頻信號發(fā)生器中的RC振蕩器振蕩器第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 放大器的輸入電阻放大器的輸入電阻Ri和輸出電阻和輸出電阻Ro對對RC 網(wǎng)絡(luò)的影響如網(wǎng)絡(luò)的影響如圖所示，應(yīng)使圖所示，應(yīng)使Ri盡可能大而盡可能大而Ro盡可能小。為此實際振蕩器電盡可能小。為此實際振蕩器電路中放大器輸入級常采用場效應(yīng)管，以提高輸入阻抗路中放大器輸入級常采用場效應(yīng)管，以提

28、高輸入阻抗Ri，輸，輸出時加接射極跟隨器，以降低輸出阻抗出時加接射極跟隨器，以降低輸出阻抗Ro。圖圖3.3-5 放大器輸入輸出阻抗對放大器輸入輸出阻抗對RC網(wǎng)絡(luò)的影響網(wǎng)絡(luò)的影響第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 4其他低頻振蕩器其他低頻振蕩器 l）LC振蕩器振蕩器 實際上基本不用實際上基本不用L、C構(gòu)成的諧振電路做為低頻信號發(fā)構(gòu)成的諧振電路做為低頻信號發(fā)生器的主振蕩器。生器的主振蕩器。 LC振蕩電路的振蕩頻率為振蕩電路的振蕩頻率為 當(dāng)頻率較低時，當(dāng)頻率較低時， L、C的體積都相當(dāng)大，分布電容、的體積都相當(dāng)大，分布電容、漏電導(dǎo)等也都相應(yīng)很大，而品質(zhì)因數(shù)漏電導(dǎo)等也都相應(yīng)很大，而品質(zhì)因數(shù)Q值降低很多，

29、諧振特值降低很多，諧振特性變壞，且調(diào)節(jié)困難。性變壞，且調(diào)節(jié)困難。 由于由于f0與與 成反比，因而同一頻段內(nèi)的頻率覆蓋成反比，因而同一頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)很小。系數(shù)很小。CLf210CL第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器例如例如L固定，調(diào)節(jié)電容固定，調(diào)節(jié)電容C改變振蕩頻率，設(shè)電容調(diào)節(jié)范圍為改變振蕩頻率，設(shè)電容調(diào)節(jié)范圍為40450 pF，則頻率覆蓋系數(shù)為，則頻率覆蓋系數(shù)為340450minmaxminmaxCCffK如果用如果用RC橋式振蕩器，仍以上面的情況為例，根據(jù)式橋式振蕩器，仍以上面的情況為例，根據(jù)式(3.3-2)可以得到頻率覆蓋系數(shù)：可以得到頻率覆蓋系數(shù)：1140450minmaxminma

30、xCCffK(3.3-5)(3.3-6)事實上，以事實上，以RC文氏橋電路構(gòu)成振蕩器的文氏橋電路構(gòu)成振蕩器的XD-1型低頻信號源的信號型低頻信號源的信號頻率范圍為頻率范圍為1 kHz1 MHz，分為，分為6個頻段，每個頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)個頻段，每個頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)均為均為10。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器2）差頻式振蕩器）差頻式振蕩器差頻式低頻信號發(fā)生器框圖如圖差頻式低頻信號發(fā)生器框圖如圖3.3-6所示。所示。 可變頻率的高頻振蕩可變頻率的高頻振蕩f1和固定頻率的高頻振蕩和固定頻率的高頻振蕩f2，經(jīng)過混頻，經(jīng)過混頻器器M產(chǎn)生兩者差頻信號產(chǎn)生兩者差頻信號 f = f1f2，后面的低通濾

31、波器濾除混頻器，后面的低通濾波器濾除混頻器輸出中含有的高頻分量。輸出中含有的高頻分量。圖圖3.3-6 差頻信號發(fā)生器框圖差頻信號發(fā)生器框圖當(dāng)可變頻率振蕩器頻率從當(dāng)可變頻率振蕩器頻率從f1max變成變成f1min時，低通濾波器后就時，低通濾波器后就得到了得到了fmaxfmin的低頻信號，再經(jīng)放大器和輸出衰減器后就得到的低頻信號，再經(jīng)放大器和輸出衰減器后就得到了所需要的低頻信號。了所需要的低頻信號。 缺點缺點 優(yōu)點優(yōu)點第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 4XD-1型低頻信號發(fā)生器型低頻信號發(fā)生器頻率范圍：頻率范圍： 1 Hz1 MHz，分成，分成110 Hz、10100 Hz、100 Hz1 kHz

32、、110 kHz、10100 kHz、100 kHz1 MHz六個頻段六個頻段(六擋六擋)。 輸出：輸出： 電壓輸出，電壓輸出， 1 Hz1 MHz，5 V；最大功率輸出，；最大功率輸出， 10 Hz700 kHz(50 、 75 、 150 、 600 )，10 Hz200 kHz(5 k)，4 W。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.3.2 超低頻信號發(fā)生器超低頻信號發(fā)生器 超低頻信號發(fā)生器實際上仍屬于低頻信號發(fā)生器，超低頻信號發(fā)生器實際上仍屬于低頻信號發(fā)生器，只是輸出信號頻率低端較一般低頻信號發(fā)生器更低一些，只是輸出信號頻率低端較一般低頻信號發(fā)生器更低一些，通常將能產(chǎn)生通常將能產(chǎn)生1H

33、z以下頻率的信號源稱為超低頻信號發(fā)以下頻率的信號源稱為超低頻信號發(fā)生器生器，目前超低頻信號發(fā)生器的頻率低端已可低于，目前超低頻信號發(fā)生器的頻率低端已可低于10-8 Hz。 這類信號發(fā)生器主要用于自動控制系統(tǒng)的測試。這類信號發(fā)生器主要用于自動控制系統(tǒng)的測試。 除了除了輸出信號頻率范圍往低端延伸外輸出信號頻率范圍往低端延伸外，超低頻信號，超低頻信號發(fā)生器和一般低頻信號發(fā)生器技術(shù)指標(biāo)基本相同。下面發(fā)生器和一般低頻信號發(fā)生器技術(shù)指標(biāo)基本相同。下面主要介紹產(chǎn)生超低頻振蕩的幾種常用方法。主要介紹產(chǎn)生超低頻振蕩的幾種常用方法。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 1用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器用積分器構(gòu)成的超

34、低頻信號發(fā)生器 1）運算放大器及其理想化模型）運算放大器及其理想化模型 ui0(習(xí)慣上稱為虛短路，習(xí)慣上稱為虛短路， 因為因為ui并不真正等于零并不真正等于零) i0(習(xí)習(xí)慣上稱為虛開路慣上稱為虛開路)時，時， 輸入電阻、輸入電阻、 開環(huán)放大倍數(shù)分別近似認(rèn)開環(huán)放大倍數(shù)分別近似認(rèn)為為Ri， A圖圖3.3-8運算放大器及其理想化模型運算放大器及其理想化模型第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-9運算放大器的運算功能運算放大器的運算功能12112212RRiRiRuu圖圖(a)中考慮虛開路中考慮虛開路i0， 則則i1=i2， 聯(lián)系虛短路聯(lián)系虛短路ui0， 有有u2=R2i2, u1=R1i1，

35、 所以所以(3.3-7) 圖圖(a)電路具有比例乘法功能。電路具有比例乘法功能。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器(3.3-8) 在圖在圖(b)中，有中，有i2=i11+i12 ，u11=R11i11 ，u12=R12i12 ，u2=R2i2 ，1112221112uuuRRR 若取若取R2=R11=R12， 則上式可寫為則上式可寫為 u2=(u11+u12) (3.3-9) 圖圖(b)電路具有加法功能。電路具有加法功能。 在圖在圖(c)中，同樣考慮虛開路、中，同樣考慮虛開路、 虛短路的理想化條件，可得：虛短路的理想化條件，可得： i1=i2u1=Ri1ttuRCttiCttiCud)(1d)(

36、1d)(11122(3.3-10)圖圖(c)所示電路具有積分功能，所示電路具有積分功能， 積分時常數(shù)由積分時常數(shù)由R、 C決定，如果在積決定，如果在積分區(qū)間分區(qū)間u1(t)為常數(shù)為常數(shù)U， 則輸出電壓則輸出電壓u2為為2tuURC (3.3-11)第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器2）用運放構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器）用運放構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器當(dāng)輸入當(dāng)輸入u1(t)為角頻率為角頻率的正弦函數(shù)時，的正弦函數(shù)時，u2(t)也為同頻率也為同頻率正弦函數(shù)，用相量表示為正弦函數(shù)，用相量表示為12j1URCU或者或者211jUKURC(3.3-12)即積分器產(chǎn)生即積分器產(chǎn)生/2相移，相移， 增益為增益為1/(

37、RC)。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 如果用兩級積分器級聯(lián)并在反饋環(huán)路中接一個反相器如果用兩級積分器級聯(lián)并在反饋環(huán)路中接一個反相器(=1)， 如如圖圖3.3-10(a)所示，所示， 則閉環(huán)增益為則閉環(huán)增益為1K212121CCRRK(3.3-14)或者當(dāng)或者當(dāng)212101CCRR2121021CCRRff(3.3-13)時，時， 閉環(huán)增益閉環(huán)增益 = 1，這正好是維持振蕩的相位和振幅條件。，這正好是維持振蕩的相位和振幅條件。 也就是說，也就是說，圖圖3.3-10(a)所示的電路可產(chǎn)生頻率為式所示的電路可產(chǎn)生頻率為式(3.3-14)表表示的正弦振蕩。示的正弦振蕩。K第第3章章 信號發(fā)生器信號

38、發(fā)生器 在實際振蕩器中，在實際振蕩器中， 為了調(diào)節(jié)方便，為了調(diào)節(jié)方便， 使結(jié)構(gòu)簡單，使結(jié)構(gòu)簡單， 一般一般取取 R1=R2=R，C1=C2=C，并在兩級積分器前各加一個由同軸，并在兩級積分器前各加一個由同軸電位器構(gòu)成的分壓電路，電位器構(gòu)成的分壓電路， 分壓比均為分壓比均為， 如圖如圖3.3-10(b)所示，所示， 不難得出其振蕩頻率為不難得出其振蕩頻率為RCf，RC2 00 實際振蕩器中，實際振蕩器中， 用改變用改變R或或C的辦法改變頻段，的辦法改變頻段， 改變改變進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-10用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器用積分器構(gòu)成的超低頻信號

39、發(fā)生器第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 2函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器（簡稱函數(shù)發(fā)生器）是低頻（或函數(shù)信號發(fā)生器（簡稱函數(shù)發(fā)生器）是低頻（或超低頻）信號發(fā)生器一種，它在輸出正弦波的同時，超低頻）信號發(fā)生器一種，它在輸出正弦波的同時，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形。還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形。 函數(shù)發(fā)生器的基本工作原理是函數(shù)發(fā)生器的基本工作原理是先由積分電路和觸先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器(例如例如二極管整形網(wǎng)絡(luò)二極管整形網(wǎng)絡(luò))將三角波整形成正弦波將三角波整形成正弦波。 第第3章章

40、 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 函數(shù)發(fā)生器由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器函數(shù)發(fā)生器由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器 、和積和積分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，然后由二極管整形分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，然后由二極管整形網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。圖圖3.3-11函數(shù)發(fā)生器的原理框圖函數(shù)發(fā)生器的原理框圖SRP第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器假設(shè)開始工作時，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的假設(shè)開始工作時，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的 輸出端電壓為輸出端電壓為E， 經(jīng)過電位器經(jīng)過電位器RP分壓，若分壓系數(shù)分壓，若分壓系數(shù)=R2(R1+R2)，根，根據(jù)式據(jù)式(3.3-11)， 積分器輸出端積分器輸出端D點電位隨時間點電位隨時間t正

41、比上升，正比上升， 即即QtRCEuD(3.3-16)SRP第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器當(dāng)經(jīng)過時間當(dāng)經(jīng)過時間t1，uD上升到上升到Um時，時， 比較器比較器輸出觸發(fā)脈沖輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，端輸出電壓為使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，端輸出電壓為 E 并輸入給積分器，并輸入給積分器， 則則積分器輸出端積分器輸出端 D 點電位為點電位為QtRCEuD(3.3-17)SRP第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 再經(jīng)過時間再經(jīng)過時間t2，uD下降到下降到Um時，比較器時，比較器輸出觸發(fā)脈輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路再次翻轉(zhuǎn)，端重新輸出沖使雙穩(wěn)態(tài)電路再次翻轉(zhuǎn)，端重新輸出E， 如此周而復(fù)如此周而復(fù)始，始， 在在

42、Q () 端產(chǎn)生周期性方波，在積分器輸出端產(chǎn)生三端產(chǎn)生周期性方波，在積分器輸出端產(chǎn)生三角波。角波。 QQSRP第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器若比較器正負(fù)比較電平一樣，得到完全對稱的波形。若比較器正負(fù)比較電平一樣，得到完全對稱的波形。 如果改變積分器正向、反向積分時間常數(shù)，比如用二極如果改變積分器正向、反向積分時間常數(shù)，比如用二極管代替電阻管代替電阻R，uD達(dá)到達(dá)到+Um和和Um各自所需的時間各自所需的時間t1將不等將不等于于t2，從而可以產(chǎn)生鋸齒波和不對稱方波。，從而可以產(chǎn)生鋸齒波和不對稱方波。 SRP第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-12函數(shù)發(fā)生器波形圖函數(shù)發(fā)生器波形圖第第3章章

43、 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如圖對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如圖3.3-13(a)所示。所示。 正弦波可看成是由許多斜率不同的直線段組成，只要直線段足正弦波可看成是由許多斜率不同的直線段組成，只要直線段足夠多，由折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好地近似正弦波形，夠多，由折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好地近似正弦波形，斜率不斜率不同的直線段可由三角波經(jīng)電阻分壓得到同的直線段可由三角波經(jīng)電阻分壓得到(各段相應(yīng)的分壓系數(shù)不同各段相應(yīng)的分壓系數(shù)不同)。 圖圖3.3-13 由三角波整形成正弦波由三角波整形成正弦波第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-13 由三角波整形成正弦波由三角波整形

44、成正弦波將三角波將三角波ui通過一個分壓網(wǎng)通過一個分壓網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)絡(luò)，根據(jù)ui的大小改變分壓網(wǎng)絡(luò)的大小改變分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓系數(shù)，便可以得到近似的分壓系數(shù)，便可以得到近似的正弦波輸出。二極管整形網(wǎng)的正弦波輸出。二極管整形網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)這種功能。絡(luò)可以實現(xiàn)這種功能。 圖中圖中U1、U2、U3及及U1、U2、U3等為由正負(fù)電源等為由正負(fù)電源 +E 和和E 通過通過分壓電阻分壓電阻R7、R8、R14分壓得到的不同電位，分壓得到的不同電位，各二各二極管串聯(lián)的電阻極管串聯(lián)的電阻R1、 R2、R6 及及R0 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R7、R8、R14，因而串聯(lián)電阻的接入不會，因而串聯(lián)電阻的接入不會影響影響U1、U2等值。

45、等值。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-13 由三角波整形成正弦波由三角波整形成正弦波 tt1階段：階段：uiU1，V1V6全部截全部截止，輸出電壓止，輸出電壓uo等于等于輸入電壓輸入電壓ui ， 上升斜率最大；上升斜率最大； t1tt2階段：階段：U1uiU2，V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo等于等于ui經(jīng)經(jīng)R0和和R3分壓輸出分壓輸出，uo上升上升斜率減??；斜率減??； t2tt3階段：階段：U2uit3階段：階段： uiU3，V3、V2、V1全全部導(dǎo)通，部導(dǎo)通，uo等于等于ui經(jīng)經(jīng) (R3R2R1)和和R0分壓輸出分壓輸出， 上升斜率最??；上升斜率最??； t=t3后，后，ui逐漸減小，逐漸減

46、小，V1、 V2、 V3依次截止，依次截止，uo下降斜率又逐步增下降斜率又逐步增大，大， 完成正弦波的正半周近似。完成正弦波的正半周近似。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3數(shù)字合成低頻信號發(fā)生器數(shù)字合成低頻信號發(fā)生器 上述兩種函數(shù)發(fā)生器（上述兩種函數(shù)發(fā)生器（RC文氏橋振蕩器和以積分文氏橋振蕩器和以積分器為基礎(chǔ)的）突出的優(yōu)點是電路簡單。器為基礎(chǔ)的）突出的優(yōu)點是電路簡單。 缺點：頻率準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度較差，非線性失真較缺點：頻率準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度較差，非線性失真較大，而且輸出信號的幅頻特性不太平坦。大，而且輸出信號的幅頻特性不太平坦。 數(shù)字合成低頻信號發(fā)生器可以有效地提高上述性數(shù)字合成低頻信號發(fā)生器可以

47、有效地提高上述性能指標(biāo)。在這種儀器中，能指標(biāo)。在這種儀器中，正弦波由階梯波合成正弦波由階梯波合成，而階，而階梯波的形成是由存貯在只讀存貯器梯波的形成是由存貯在只讀存貯器(ROM)中的數(shù)字信中的數(shù)字信息經(jīng)數(shù)息經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)形成的。形成的。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器設(shè)要產(chǎn)生的正弦波為設(shè)要產(chǎn)生的正弦波為 u(t)=Um sin2f t，周期，周期 T=1/f，把它，把它的每個周期平均分成的每個周期平均分成 p 個區(qū)間，每個區(qū)間間隔為個區(qū)間，每個區(qū)間間隔為T=T/p。 在在每個每個T 區(qū)間內(nèi)，區(qū)間內(nèi)，u(t)的值看做不變的常數(shù)，即認(rèn)為的值看做不變的常數(shù)，即認(rèn)為 當(dāng)當(dāng)0tT時，時

48、，u(t)=u(0) 當(dāng)當(dāng)Tt2T時，時，u(t)=Um sin2f T 當(dāng)當(dāng)2Tt3T時，時，u(t)=Um sin2f 2T 在在nTt(n+1)T 區(qū)間，區(qū)間，n=0，p-1，有，有u(t)=Um sin2f nT (3.3-18) 由于由于TpTf11(3.3-19)因此因此u(t)=Um sin2)(nupn(3.3-20)第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器圖圖3.3-15 正弦波的階梯近似正弦波的階梯近似第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器改變改變T即可得到不同的輸出頻率，可由晶體振蕩器和分頻器實現(xiàn)。即可得到不同的輸出頻率，可由晶體振蕩器和分頻器實現(xiàn)。 加加/減減5位二進(jìn)制計數(shù)器、位二進(jìn)

49、制計數(shù)器、RS觸發(fā)器、檢波器等構(gòu)成觸發(fā)器、檢波器等構(gòu)成ROM的地址譯碼的地址譯碼器，根據(jù)譯出地址從器，根據(jù)譯出地址從ROM中取出相對應(yīng)的幅度值中取出相對應(yīng)的幅度值(是數(shù)字量是數(shù)字量)，經(jīng)模，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓，換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓， 以及相應(yīng)的倒相電路，構(gòu)成圖示的階梯波，再經(jīng)低以及相應(yīng)的倒相電路，構(gòu)成圖示的階梯波，再經(jīng)低通濾波器，得到正弦波輸出。通濾波器，得到正弦波輸出。 圖圖3.3-16 數(shù)字合成低頻信號產(chǎn)生器框圖數(shù)字合成低頻信號產(chǎn)生器框圖（00000）第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.4 射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器 射頻信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生正

50、弦信號，頻率范圍射頻信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生正弦信號，頻率范圍部分或全部覆蓋部分或全部覆蓋300kHz1GHz(允許向外延伸允許向外延伸)，并且，并且具有一種或一種以上調(diào)制或組合調(diào)制具有一種或一種以上調(diào)制或組合調(diào)制(正弦調(diào)幅、正弦正弦調(diào)幅、正弦調(diào)頻、斷續(xù)脈沖調(diào)制調(diào)頻、斷續(xù)脈沖調(diào)制)的信號發(fā)生器。的信號發(fā)生器。 “高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器” 按照國家標(biāo)準(zhǔn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB1211489高頻信號發(fā)生器技高頻信號發(fā)生器技術(shù)條件術(shù)條件規(guī)定，射頻信號發(fā)生器分為規(guī)定，射頻信號發(fā)生器分為調(diào)諧信號發(fā)生器調(diào)諧信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器鎖相信號發(fā)生器及及合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器三類。三類。第第3章章 信號發(fā)生器

51、信號發(fā)生器 不同類別的發(fā)生器的主要區(qū)別在于振蕩器，即產(chǎn)不同類別的發(fā)生器的主要區(qū)別在于振蕩器，即產(chǎn)生高頻正弦波的方法不同。生高頻正弦波的方法不同。圖圖3.4-1高頻信號發(fā)生器框圖高頻信號發(fā)生器框圖第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.4.1 調(diào)諧信號發(fā)生器調(diào)諧信號發(fā)生器 調(diào)諧信號發(fā)生器的振蕩器通常為調(diào)諧信號發(fā)生器的振蕩器通常為 LC 振蕩器，根據(jù)振蕩器，根據(jù)反饋方式，可分為反饋方式，可分為變壓器反饋式變壓器反饋式、電感反饋式電感反饋式（電感（電感三點式或哈特萊式）及三點式或哈特萊式）及電容反饋式電容反饋式（電容三點式或考（電容三點式或考畢茲式）三種振蕩器形式。畢茲式）三種振蕩器形式。 通常用改變

52、電感通常用改變電感 L 來改變頻段，改變電容來改變頻段，改變電容 C 進(jìn)行進(jìn)行頻段內(nèi)頻率細(xì)調(diào)。頻段內(nèi)頻率細(xì)調(diào)。 振蕩頻率：振蕩頻率：LCf21第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.4.2 鎖相信號發(fā)生器（略）鎖相信號發(fā)生器（略） 3.4.3 合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器是用合成信號發(fā)生器是用頻率合成器頻率合成器代替信號發(fā)生器代替信號發(fā)生器中主振蕩器。中主振蕩器。 頻率合成器是把一個（或少數(shù)幾個）高穩(wěn)定度頻頻率合成器是把一個（或少數(shù)幾個）高穩(wěn)定度頻率源率源fs 經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運算，以產(chǎn)生在經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運算，以產(chǎn)生在一定頻率范圍內(nèi)，按一定的頻率間隔（頻率跳

53、步）的一定頻率范圍內(nèi)，按一定的頻率間隔（頻率跳步）的一系列離散頻率的信號發(fā)生器一系列離散頻率的信號發(fā)生器。 頻率合成的方法分為頻率合成的方法分為直接合成法直接合成法和和間接合成法間接合成法兩兩類。類。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 直接合成法：將直接合成法：將基準(zhǔn)晶體振蕩器基準(zhǔn)晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，利用信號，利用倍頻器倍頻器、分頻器分頻器、混頻器混頻器及及濾波器濾波器等進(jìn)行等進(jìn)行一系列四則運算以獲得所需要的頻率輸出。一系列四則運算以獲得所需要的頻率輸出。 在這種合成法中，又可分為在這種合成法中，又可分為非相干式直接合成器非相干式直接合成器和和相干式直接合成器相干式直接合

54、成器。 若用若用多個石英晶體多個石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生混頻的兩產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生混頻的兩個基準(zhǔn)頻率之間相互獨立，就叫做非相干式直接合成個基準(zhǔn)頻率之間相互獨立，就叫做非相干式直接合成器。器。 如果只用如果只用一個石英晶體一個石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，然后通過產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，然后通過分頻、倍頻等，使加入混頻器的頻率之間是相關(guān)的，分頻、倍頻等，使加入混頻器的頻率之間是相關(guān)的，就稱為相干式頻率合成器。就稱為相干式頻率合成器。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 圖圖3.4-8 相干式直接式頻率合成器原理框圖相干式直接式頻率合成器原理框圖 晶振產(chǎn)生晶振產(chǎn)生1MHz基準(zhǔn)信號，由諧波發(fā)生器產(chǎn)生相關(guān)的基準(zhǔn)信號，由諧

55、波發(fā)生器產(chǎn)生相關(guān)的1MHz、2MHz、9MHz等基準(zhǔn)頻率，然后通過十進(jìn)制分頻器（完成等基準(zhǔn)頻率，然后通過十進(jìn)制分頻器（完成10運算）、混頻器和運算）、混頻器和濾波器（完成加法或減法運算），最后產(chǎn)生濾波器（完成加法或減法運算），最后產(chǎn)生4.628MHz輸出信號。輸出信號。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.5 掃頻信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器 掃頻信號發(fā)生器是一種輸出信號的頻率隨時間在掃頻信號發(fā)生器是一種輸出信號的頻率隨時間在一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦信號發(fā)生器一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦信號發(fā)生器 它是它是頻率特性測試儀頻率特性測試儀(掃頻儀掃頻儀)的核心的核心 主要用于直接測量各種網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性主

56、要用于直接測量各種網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 3.5.1 線性電路幅頻特性的測量線性電路幅頻特性的測量 頻域測量的重要地位：線性電路對正弦激勵的響應(yīng)仍是頻域測量的重要地位：線性電路對正弦激勵的響應(yīng)仍是正弦信號，只是與輸入相比，其振幅和相位發(fā)生了變化，正弦信號，只是與輸入相比，其振幅和相位發(fā)生了變化，一般情況下都是頻率的函數(shù)。一般情況下都是頻率的函數(shù)。 正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù)正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù)N( j)就反映了該系就反映了該系統(tǒng)激勵與響應(yīng)間的關(guān)系統(tǒng)激勵與響應(yīng)間的關(guān)系：)()()()()(jjioioeNUUjUjUjN(3.5-1) 式中，式中，N()

57、（或?qū)懗桑ɑ驅(qū)懗蒒( f ) ）與）與 j j ()（或?qū)懗桑ɑ驅(qū)懗?( f ) ）分別）分別稱為電路稱為電路(系統(tǒng)系統(tǒng))的幅頻特性和相頻特性。的幅頻特性和相頻特性。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 1點頻法測量幅頻特性點頻法測量幅頻特性 點頻法點頻法“逐點逐點”測量幅頻特性或相頻特性的方法測量幅頻特性或相頻特性的方法圖圖3.5-1點頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性點頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性 ui(t)為正弦信號源，接于被測電路輸入端，由低到高不斷改變信號為正弦信號源，接于被測電路輸入端，由低到高不斷改變信號源頻率，信號電壓不應(yīng)超過被測電路的線性工作范圍，用測量儀器在源頻率，信號電壓不應(yīng)超過被測電路的線性

58、工作范圍，用測量儀器在各個頻率點上測出輸出信號與輸入信號的振幅比各個頻率點上測出輸出信號與輸入信號的振幅比(幅頻特性幅頻特性)和相位差和相位差(相頻特性相頻特性)。 以振幅比以振幅比(或相位差或相位差)為縱坐標(biāo)，就可以逐點描繪出頻率特性曲線。為縱坐標(biāo)，就可以逐點描繪出頻率特性曲線。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 點頻法特點：點頻法特點： 原理簡單，需要的設(shè)備不復(fù)雜。原理簡單，需要的設(shè)備不復(fù)雜。 逐點測量，操作繁瑣費時，并且由于頻率離散而不逐點測量，操作繁瑣費時，并且由于頻率離散而不連續(xù)，非常容易遺漏掉某些特性突變點（這常常是我們在連續(xù)，非常容易遺漏掉某些特性突變點（這常常是我們在測試和分析電

59、路性能時非常關(guān)注的問題）。測試和分析電路性能時非常關(guān)注的問題）。 當(dāng)我們試圖改變電路的結(jié)構(gòu)或元件參數(shù)時，任何改當(dāng)我們試圖改變電路的結(jié)構(gòu)或元件參數(shù)時，任何改變都必然導(dǎo)致重新逐點測量。變都必然導(dǎo)致重新逐點測量。 如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規(guī)律自動連續(xù)并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包特定規(guī)律自動連續(xù)并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就得到了被測電路的幅頻特性絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就得到了被測電路的幅頻特性曲線曲線。掃頻法測量的基本思想掃頻法測量的基本思想 提供頻率可自動連續(xù)變化的正弦波信號源，稱為提供頻

60、率可自動連續(xù)變化的正弦波信號源，稱為掃頻掃頻信號源信號源或或掃頻振蕩器掃頻振蕩器。第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 2掃頻法測量頻率特性掃頻法測量頻率特性 除被測網(wǎng)絡(luò)外，其余部分都安裝于除被測網(wǎng)絡(luò)外，其余部分都安裝于頻率特性測試儀頻率特性測試儀(也稱也稱掃掃頻儀頻儀) 中，中，掃頻信號發(fā)生器實際上是頻率可控的正弦振蕩器掃頻信號發(fā)生器實際上是頻率可控的正弦振蕩器。 比如壓控振蕩器比如壓控振蕩器(VCO)，它的振蕩頻率受掃描電壓，它的振蕩頻率受掃描電壓us控制。控制。圖圖3.5-2 掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理第第3章章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 若掃描電壓為三角波若掃描電壓為