第三章信號發(fā)生器1-3

1、1第第 三三 章章 信信 號號 發(fā)發(fā) 生生 器器 3-1 3-1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述 3-2 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 3-3 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 3-4 3-4 射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器 3-5 3-5 掃頻信號發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器 3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器23-1.1 3-1.1 信號發(fā)生器的用途信號發(fā)生器的用途 產(chǎn)生不同頻率產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的電信號的儀器。不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的電信號的儀器。 用途：用途：1 1、激勵(lì)源、激勵(lì)源 作為某些電

2、氣設(shè)備的激勵(lì)信號作為某些電氣設(shè)備的激勵(lì)信號 2 2、信號仿真、信號仿真 施加與實(shí)際環(huán)境相同特性的信號施加與實(shí)際環(huán)境相同特性的信號 3 3、校準(zhǔn)源、校準(zhǔn)源 對一般信號進(jìn)行校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)源對一般信號進(jìn)行校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)源 用法：加到被測器件、設(shè)備上，用其它測量儀器觀察、測量輸出響應(yīng)，用法：加到被測器件、設(shè)備上，用其它測量儀器觀察、測量輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。以分析確定它們的性能參數(shù)。 3-1 3-1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器33-1.1 3-1.1 信號發(fā)生器的用途信號發(fā)生器的用途 這種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，這種提供測

3、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。也稱為測試信號發(fā)生器。 與示波器、電壓表、頻率計(jì)等儀器一樣，信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中與示波器、電壓表、頻率計(jì)等儀器一樣，信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。3-1 3-1 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述 圖圖3.13.11 1 由信號發(fā)生器組成的測試系統(tǒng)由信號發(fā)生器組成的測試系統(tǒng) 信號發(fā)生器 測試 響應(yīng)被測試 設(shè)備輸入激勵(lì)輸出響應(yīng)第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器43-1.2 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)生器應(yīng)用廣泛，種類及型號繁多，性能

4、各異，分類信號發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類及型號繁多，性能各異，分類方法也不一致，下面介紹幾種常見的分類。方法也不一致，下面介紹幾種常見的分類。 1. 1.按頻率范圍分類：按頻率范圍分類：按照信號發(fā)生器輸出信號的頻率范按照信號發(fā)生器輸出信號的頻率范圍，有如表圍，有如表3.1-13.1-1所示的劃分。所示的劃分。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(bào)通訊無線電廣播廣播、電報(bào)電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航

5、雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象表表3.1-1 3.1-1 信號發(fā)生器按頻率范圍的分類信號發(fā)生器按頻率范圍的分類第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器5 頻段的劃分不是絕對的。頻段的劃分不是絕對的。 “低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器”工作在工作在1Hz1Hz1MHz1MHz頻段，波形以正弦波為頻段，波形以正弦波為主，或兼有方波及其它波形的信號發(fā)生器；主，或兼有方波及其它波形的信號發(fā)生器； “射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器”指能產(chǎn)生正弦信號、頻率范圍部分或全指能產(chǎn)生正弦信號、頻率范圍部分或全部覆蓋部覆蓋300kHz300kHz1GHz1GHz，并具有一種或一種以上調(diào)制功能的信，并具有一種或一種以上調(diào)制功能的信號發(fā)生器。

6、號發(fā)生器。 可見，這里兩類信號發(fā)生器頻率范圍有重疊，而所謂可見，這里兩類信號發(fā)生器頻率范圍有重疊，而所謂“射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器”包含了表中視頻以上各類信號發(fā)生器。包含了表中視頻以上各類信號發(fā)生器。 各廠家生產(chǎn)的同類名稱信號發(fā)生器的頻率范圍可能各不同。各廠家生產(chǎn)的同類名稱信號發(fā)生器的頻率范圍可能各不同。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器6 2 2、按輸出波形分類、按輸出波形分類：根據(jù)使用要求，可分為根據(jù)使用要求，可分為正正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。 非正弦信號發(fā)生器包括：非正弦信號發(fā)生器包括：脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生

7、器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。信號發(fā)生器等。圖圖3.1-2 3.1-2 幾種典型的信號波形幾種典型的信號波形第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器7 3.3.按信號發(fā)生器的性能分類按信號發(fā)生器的性能分類： 可分為可分為 一般信號發(fā)生器一般信號發(fā)生器 標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器輸出信號的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)輸出信號的頻率、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定度以及波形失真等要求不高的一類發(fā)生器。發(fā)生器。輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等輸出信號的頻率、幅度、調(diào)

8、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)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)確、穩(wěn)定屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。生器。84.4.其它的分類方法其它的分類方法: : 按照使用范圍按照使用范圍分為通用和專用信號發(fā)生器；分為通用和專用信號發(fā)生器； 按照調(diào)節(jié)方式按照調(diào)節(jié)方式分為普通信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)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；生器和程控信號發(fā)生器； 按照頻率產(chǎn)生方法按照頻率產(chǎn)生方法又可分為諧振信號發(fā)生器、鎖又可分為諧振信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器及合成信號發(fā)生器。相信號發(fā)生器及合成信號發(fā)生器。 上面所述僅是常用的幾種大致分類方式。隨著電子上面所述

9、僅是常用的幾種大致分類方式。隨著電子技術(shù)水平的不斷發(fā)展，信號發(fā)生器的功能越來越齊全，技術(shù)水平的不斷發(fā)展，信號發(fā)生器的功能越來越齊全，性能越來越優(yōu)良，一臺信號發(fā)生器往往具有相當(dāng)寬的頻性能越來越優(yōu)良，一臺信號發(fā)生器往往具有相當(dāng)寬的頻率覆蓋，又具有輸出多種信號波形的功能。率覆蓋，又具有輸出多種信號波形的功能。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器93-1.3 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 雖然各類信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法及功能雖然各類信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法及功能各有不同，但其基本構(gòu)成一般都可用下圖的框圖各有不同，但其基本構(gòu)成一般都可用下圖的框圖描述。描述。 圖圖3.1-3 3

10、.1-3 信號發(fā)生器原理框圖信號發(fā)生器原理框圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器10振蕩器：振蕩器：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。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、不同波形信號的振蕩器原理、結(jié)構(gòu)差別很大。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。(LC(LC、RCRC、 品振等高品振等高 品振品振) )變換器：變換器：可以是電壓放大器、功率放大器、調(diào)制器或整型器?？梢允请妷悍糯笃?、功率放大器、調(diào)制器或整型器。 振蕩器輸出的信號都較微弱，需在該部分加以放大。還有像調(diào)幅、調(diào)頻等振蕩器輸出的信號都較微弱，需在

11、該部分加以放大。還有像調(diào)幅、調(diào)頻等 信號，也需要在這部分由調(diào)制信號對載頻加以調(diào)制。而像函數(shù)發(fā)生器，振信號，也需要在這部分由調(diào)制信號對載頻加以調(diào)制。而像函數(shù)發(fā)生器，振 蕩器輸出的是三角波，整形電路對其整形成方波或正弦波。蕩器輸出的是三角波，整形電路對其整形成方波或正弦波。輸出級：輸出級：其基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗，輸出級可以是衰減器、匹其基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗，輸出級可以是衰減器、匹 配變壓器和射極跟隨器等。配變壓器和射極跟隨器等。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器11指示器： 指示器用來監(jiān)視輸出信號，可以是電子電壓表、功率計(jì)、頻率計(jì)和調(diào)制度表等，有些脈沖信號發(fā)生器

12、還附帶有簡易示波器。使用時(shí)可通過指示器來調(diào)整輸出信號的頻率、幅度及其它特性。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準(zhǔn)確度不高，其示值僅供參考，從輸出端輸出信號的實(shí)際特性需用其它更準(zhǔn)確的測量儀表來測量。電源： 提供信號發(fā)生器各部分的工作能量。通常是將50Hz交流電整流成直流并有良好的穩(wěn)壓措施。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器123-1.4 3-1.4 信號發(fā)生器發(fā)展趨勢信號發(fā)生器發(fā)展趨勢 20 20年代信號發(fā)生器采用年代信號發(fā)生器采用LCLC振蕩電路振蕩電路 3030年代采用年代采用RCRC振蕩電路振蕩電路 4040年代出現(xiàn)脈沖信號發(fā)生器年代出現(xiàn)脈沖信號發(fā)生器 6060年代出現(xiàn)函

13、數(shù)發(fā)生器年代出現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器 7070年代頻率合成技術(shù)引入信號源，出現(xiàn)合成信號發(fā)生器。年代頻率合成技術(shù)引入信號源，出現(xiàn)合成信號發(fā)生器。 8080年代微機(jī)技術(shù)引入信號源，出現(xiàn)任意波形信號源。年代微機(jī)技術(shù)引入信號源，出現(xiàn)任意波形信號源。 當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著單片、寬頻率覆蓋、高頻率精度、當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著單片、寬頻率覆蓋、高頻率精度、 多功能、智能化方向發(fā)展。多功能、智能化方向發(fā)展。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器133-2 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。正弦信號發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類。 原因：原因

14、：1 1：正弦信號容易產(chǎn)生、容易描述、應(yīng)用最廣；：正弦信號容易產(chǎn)生、容易描述、應(yīng)用最廣； 2 2：線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，都可以用它對正弦信號的響應(yīng)來：線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，都可以用它對正弦信號的響應(yīng)來 表征。表征。 信號發(fā)生器作為測量系統(tǒng)的激勵(lì)源，被測器件、設(shè)備各項(xiàng)性能參信號發(fā)生器作為測量系統(tǒng)的激勵(lì)源，被測器件、設(shè)備各項(xiàng)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。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（三大指標(biāo)）來評價(jià)正弦（三大指標(biāo)）來評價(jià)正弦信號發(fā)生器的性能，其中包括信號發(fā)生器的性能，其中包括3030余項(xiàng)具體性能

15、指標(biāo)。余項(xiàng)具體性能指標(biāo)。 不過由于各種儀器的用途不同，精度等級不同，并非每類每臺產(chǎn)不過由于各種儀器的用途不同，精度等級不同，并非每類每臺產(chǎn)品都用全部指標(biāo)進(jìn)行考核。另外各生產(chǎn)廠家出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)說明品都用全部指標(biāo)進(jìn)行考核。另外各生產(chǎn)廠家出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)說明書中的術(shù)語也不盡一致。書中的術(shù)語也不盡一致。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器143-2.13-2.1、頻率范圍：、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)滿足全部誤差要求。此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。 例如例如HP-8660cHP-8660c合成頻率

16、信號發(fā)生器合成頻率信號發(fā)生器10Hz10Hz2600MHz2600MHz可提供可提供1Hz1Hz總總共共2626億個(gè)分頻率。億個(gè)分頻率。3-2.23-2.2、頻率準(zhǔn)確度：、頻率準(zhǔn)確度： 頻率準(zhǔn)確度指信號發(fā)生器度盤（數(shù)字顯示）數(shù)值頻率準(zhǔn)確度指信號發(fā)生器度盤（數(shù)字顯示）數(shù)值f f0 0與實(shí)際輸出與實(shí)際輸出信號頻率信號頻率f f1 1間的偏差，通常用相對誤差表示間的偏差，通常用相對誤差表示%100110fff（3.2-13.2-1） 精密低頻信號發(fā)生器頻率準(zhǔn)確度可達(dá)精密低頻信號發(fā)生器頻率準(zhǔn)確度可達(dá)0.5% 。若機(jī)內(nèi)要用高穩(wěn)定若機(jī)內(nèi)要用高穩(wěn)定度的頻振，頻率準(zhǔn)確度可達(dá)度的頻振，頻率準(zhǔn)確度可達(dá)10-8 1

17、0-10 頻率準(zhǔn)確度實(shí)際上是輸出信號的頻率誤差?？潭缺P讀數(shù)的信號發(fā)生頻率準(zhǔn)確度實(shí)際上是輸出信號的頻率誤差?？潭缺P讀數(shù)的信號發(fā)生器頻率準(zhǔn)確度約為器頻率準(zhǔn)確度約為（1 11010） 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器153-2.3 3-2.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 定義：頻率穩(wěn)定度指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定定義：頻率穩(wěn)定度指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(shí)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。時(shí)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。 分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(wěn)定度。分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(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)熱時(shí)間后，信

18、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)熱時(shí)間后，信號頻率在任意號頻率在任意1515分鐘內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為分鐘內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為（3.2-2） 式中式中f f0 0為預(yù)調(diào)頻率，為預(yù)調(diào)頻率，f fmaxmax、f fminmin分別為任意分別為任意15min15min信號頻率的最信號頻率的最大值和最小值大值和最小值( (上式也可表示長期穩(wěn)定度，例如：上式也可表示長期穩(wěn)定度，例如：0.01%/h)0.01%/h)。 通常信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度為通常信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度為10-2 10-4 ，用于精密測量，用于精密測量的高精度高穩(wěn)定度信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)高于的高精度高穩(wěn)定度信

19、號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)高于10-6 10-7 ，而且頻率穩(wěn)定度一般高于頻率準(zhǔn)確度而且頻率穩(wěn)定度一般高于頻率準(zhǔn)確度1 12 2個(gè)數(shù)量級個(gè)數(shù)量級 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器%1000minmaxfff16 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)熱時(shí)間后，信號頻率頻率長期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號頻率在任意在任意3 3小時(shí)內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為小時(shí)內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為61 0 xyH z預(yù) 調(diào) 頻 率式中式中x x、y y是由廠家確定的性能指標(biāo)。例如：是由廠家確定的性能指標(biāo)。例如：5050 1010-6-6Hz/min+1kHzHz/min+1kHz 許多

20、廠商的產(chǎn)品技術(shù)說明書中，并未按上述方式給出頻率穩(wěn)定度，許多廠商的產(chǎn)品技術(shù)說明書中，并未按上述方式給出頻率穩(wěn)定度， 例如：例如：XD-1XD-1低通信號發(fā)生器預(yù)熱低通信號發(fā)生器預(yù)熱3030分鐘后分鐘后: : 第一小時(shí)頻漂第一小時(shí)頻漂0.1%f0.1%f0 0(Hz(Hz） 以后以后7 7小時(shí)小時(shí)0.2%f0.2%f0 0(Hz(Hz）。）。 （3.2-33.2-3）第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器173-2.4 3-2.4 由溫度、電源、負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量由溫度、電源、負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量 （1 1）溫度引起的頻率變動(dòng)量溫度引起的頻率變動(dòng)量 Cx06/10即即 606011010)(

21、fff所產(chǎn)生的相對頻率變化，表示為：所產(chǎn)生的相對頻率變化，表示為： C01環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化（3.2-43.2-4）式中式中 為溫度變化值，為溫度變化值， 為予調(diào)值，為予調(diào)值， 為溫度改變?yōu)闇囟雀淖兒蟮念l率值后的頻率值t0f1f第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器18 上述溫度、電源、負(fù)載變動(dòng)引起的頻率變動(dòng)量，有些廠商上述溫度、電源、負(fù)載變動(dòng)引起的頻率變動(dòng)量，有些廠商的產(chǎn)品技術(shù)說明書中也叫做穩(wěn)定度，而且大多只對精密信號的產(chǎn)品技術(shù)說明書中也叫做穩(wěn)定度，而且大多只對精密信號發(fā)生器才給出。發(fā)生器才給出。（2 2）電源引起的頻率變動(dòng)量電源引起的頻率變動(dòng)量 表示為表示為 610 x即即 606011

22、010)(fff（3 3）負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量 負(fù)載電阻從開路變化到額定值時(shí)所引起的相對頻率變化，表負(fù)載電阻從開路變化到額定值時(shí)所引起的相對頻率變化，表示為：示為： 610 x即即 616121010)(fff式中式中 1f為空載時(shí)的輸出頻率為空載時(shí)的輸出頻率, , 2f為額定負(fù)載時(shí)的輸出頻率。為額定負(fù)載時(shí)的輸出頻率。 1010所產(chǎn)生的相對頻率變化，所產(chǎn)生的相對頻率變化， 供電電源變化供電電源變化第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器19 正弦信號發(fā)生器的輸出在理想情況下應(yīng)為單一頻率的正弦波，但正弦信號發(fā)生器的輸出在理想情況下應(yīng)為單一頻率的正弦波，但由于信號發(fā)生器內(nèi)部放

23、大器等元件、器件的非線性，會(huì)使輸出信號產(chǎn)由于信號發(fā)生器內(nèi)部放大器等元件、器件的非線性，會(huì)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，還有其它諧波分量。人生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率外，還有其它諧波分量。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)非線性失真系數(shù)表示表示3-2.5 3-2.5 非線性失真系數(shù)（失真度）非線性失真系數(shù)（失真度）%100122322UUUUn其中，其中， 1U為輸出信號基波有效值，為輸出信號基波有效值， 2U3U 、 等為各次諧波有效值。等為各次諧波有效值。第三

24、章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器20為測量方便，也用失真度公式：為測量方便，也用失真度公式：2222322212100%nnUUUUUU 低頻信號發(fā)生器的失真度為低頻信號發(fā)生器的失真度為0.10.11 1，高檔正弦信號發(fā)生器失，高檔正弦信號發(fā)生器失真度可低于真度可低于0.0050.005。 用非線性失真評價(jià)低頻信號發(fā)生器用非線性失真評價(jià)低頻信號發(fā)生器 用頻譜純度（考慮了高次諧波及噪聲的影響）來評價(jià)高頻信號發(fā)用頻譜純度（考慮了高次諧波及噪聲的影響）來評價(jià)高頻信號發(fā)生器。生器。 頻率純度不僅考慮高次諧波造成的失真，還考慮非諧波噪聲而造頻率純度不僅考慮高次諧波造成的失真，還考慮非諧波噪聲而造成的正弦波

25、失真。成的正弦波失真。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器213-2.6 輸出阻抗輸出阻抗 低頻信號發(fā)生器電壓輸出端輸出阻抗一般為低頻信號發(fā)生器電壓輸出端輸出阻抗一般為600600（或（或1k1k），）， 功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5k5k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。當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時(shí)，檔。當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時(shí)，要特別注意阻抗的匹配。要特別注意阻抗的匹配。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器223-2.7 輸出電平輸出電平 定

26、義：指輸出信號幅度的有效范圍定義：指輸出信號幅度的有效范圍 即信號發(fā)生器的即信號發(fā)生器的最大輸出電壓最大輸出電壓和和最大輸出功率最大輸出功率及其及其衰衰減范圍內(nèi)減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍，用電壓（所得到輸出幅度的有效范圍，用電壓（V V，mVmV，VV）或分貝表示?；蚍重惐硎尽?也可給出也可給出 輸出衰減器特性輸出衰減器特性 輸出信號幅度穩(wěn)定度及平坦度指標(biāo)輸出信號幅度穩(wěn)定度及平坦度指標(biāo) 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器233-2.7 輸出電平輸出電平 幅度穩(wěn)定度幅度穩(wěn)定度指信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，指信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)輸出信號幅度對預(yù)調(diào)幅度值的相對

27、變在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)輸出信號幅度對預(yù)調(diào)幅度值的相對變化量?；俊?平坦度分別指溫度、電源、頻率等變化引起的輸出平坦度分別指溫度、電源、頻率等變化引起的輸出幅度變動(dòng)量。幅度變動(dòng)量。 使用者通常主要關(guān)心輸出幅度隨頻率變化的情況。使用者通常主要關(guān)心輸出幅度隨頻率變化的情況。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器24 高頻信號發(fā)生器可輸出：高頻信號發(fā)生器可輸出： 正弦波時(shí)正弦波時(shí) 調(diào)幅信號調(diào)幅信號 調(diào)頻信號調(diào)頻信號 調(diào)相信號調(diào)相信號 脈沖調(diào)制信號。脈沖調(diào)制信號。當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，稱為內(nèi)調(diào)制。當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，稱為內(nèi)調(diào)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(shí)，稱為外調(diào)制。

28、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(shí)，稱為外調(diào)制。3-2.8、調(diào)制特性、調(diào)制特性在選用信號發(fā)生器的時(shí)候，要考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。在選用信號發(fā)生器的時(shí)候，要考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器253-3 3-3 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 主要應(yīng)用在模擬電子線路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試和維主要應(yīng)用在模擬電子線路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試和維修中。修中。 “ “低頻低頻”就是從就是從“音頻音頻”（20Hz 20Hz 20KHz20KHz）的含義）的含義演化而來，頻率向下向上分別延伸至超低頻和高頻段。演化而來，頻率向下向上分別延伸至超低頻和高頻段。 一般一般“低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器”是

29、指是指1Hz1Hz1MHz1MHz頻段，輸出頻段，輸出波形以正弦波為主，或兼有方波及其它波形的信號發(fā)生器。波形以正弦波為主，或兼有方波及其它波形的信號發(fā)生器。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器26 通用低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)包括：通用低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)包括：（1 1）頻率范圍為）頻率范圍為1Hz1Hz1MHz1MHz連續(xù)可調(diào)；連續(xù)可調(diào)；（2 2）頻率穩(wěn)定度（）頻率穩(wěn)定度（0.10.10.40.4）/h/h；（3 3）頻率準(zhǔn)確度）頻率準(zhǔn)確度 3-3.1、低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器1.1.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)（1 12 2） ；（4 4）輸出電壓

30、）輸出電壓0 010v10v連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào)（5 5）輸出功率約（）輸出功率約（0.50.55 5）W W連續(xù)可調(diào)；連續(xù)可調(diào)；（6 6）非線性失真（）非線性失真（0.10.11 1）；）；（7 7）輸出阻抗可為）輸出阻抗可為5050、7575、150150、600600及及5k5k。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器27 2. 2.低頻信號發(fā)生器組成低頻信號發(fā)生器組成通用低頻信號發(fā)生器組成框圖如下圖所示，其中圖（通用低頻信號發(fā)生器組成框圖如下圖所示，其中圖（a a）僅）僅包括電壓輸出，負(fù)載能力弱，包括電壓輸出，負(fù)載能力弱， 圖（圖（b b）除包括電壓輸出外，）除包括電壓輸出外，另有功率輸出能

31、力。另有功率輸出能力。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器283.3.通用通用RCRC振蕩器振蕩器 低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號（主振器信號）的方法有多種，在低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號（主振器信號）的方法有多種，在通用信號發(fā)生器中，主振器通常使用通用信號發(fā)生器中，主振器通常使用RCRC振蕩器，而其中應(yīng)用最多的是文氏振蕩器，而其中應(yīng)用最多的是文氏橋振蕩器。下圖給出了文氏橋式網(wǎng)絡(luò)及其傳輸函數(shù)的幅頻相頻特性。橋振蕩器。下圖給出了文氏橋式網(wǎng)絡(luò)及其傳輸函數(shù)的幅頻相頻特性。 iU是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓 oU是輸出電壓是輸出電壓 為為R R、C C串聯(lián)阻抗串聯(lián)阻抗 為為R R及及C C并聯(lián)阻抗并聯(lián)

32、阻抗 2Z1Z第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器2921200001()/3(1 /)113(/)3(/)ioZNjUUZZj RCRCjjffff式中式中RC/1001 /(2)fR C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 ( ) 分別為分別為 2002)/(31)()(jNN3/)/()(00arctg網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)為：網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)為：第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器30RC/1001 /(2)ffRC3/1)()(max0NN3)(/10NKVRCff2/1002002)/(31)()(jNN3/)/()(00arctg當(dāng)當(dāng)時(shí)，傳輸函數(shù)模最大時(shí)，

33、傳輸函數(shù)模最大接入接入的同相放大器，則維持的同相放大器，則維持的正弦振蕩的正弦振蕩其它頻率被抑止，原因：其它頻率被抑止，原因：RC網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、放大器不穩(wěn)定，引起振蕩幅度變化、放大器不穩(wěn)定，引起振蕩幅度變化 2、文氏橋電路選頻特性差，引起輸出波形失真、文氏橋電路選頻特性差，引起輸出波形失真改進(jìn)辦法：使用高增益的兩級放大器加負(fù)反饋改進(jìn)辦法：使用高增益的兩級放大器加負(fù)反饋第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器31使用熱敏電阻作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖使用熱敏電阻作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖Rt：熱敏電阻，具有負(fù)溫度系數(shù)Rf：反饋電阻構(gòu)成電壓負(fù)反饋

34、電路起振階段：由于環(huán)境溫度低， Rt變大， 負(fù)反饋小，總增益大于3， 振蕩器容易起振。維持階段：隨著環(huán)境溫度升高， Rt變小 電流增加，負(fù)反饋加大，總增 益降低，輸出電壓減小，穩(wěn)定 了輸出振幅。 改變電阻R和電容C數(shù)值可調(diào)節(jié)振蕩頻率?？梢允褂猛S電阻器改變電阻R進(jìn)行粗調(diào)， 同軸電容進(jìn)行細(xì)調(diào)如果僅提供電壓輸出，那么RC振蕩器后加接電壓放大器即可，如果要求功率輸出，則還應(yīng)加接功率放大器和阻抗變換器。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器324.4.其它低頻振蕩器其它低頻振蕩器)2/(10CLf（1 1）LCLC振蕩器振蕩器LCLC振蕩器晶體管放大器振蕩器晶體管放大器缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、當(dāng)、當(dāng) 較低時(shí)較

35、低時(shí)，L、C的體積大，的體積大， 分布電容、分布電容、 漏電導(dǎo)大。漏電導(dǎo)大。Q值降低，諧振特性變壞，值降低，諧振特性變壞， 調(diào)節(jié)困難。調(diào)節(jié)困難。 2、由于、由于 f0 與與 成反比，同一頻段內(nèi)的頻率成反比，同一頻段內(nèi)的頻率覆蓋覆蓋 系數(shù)很小。系數(shù)很小。LC第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器334.4.其它低頻振蕩器其它低頻振蕩器缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度較差，波形失真較大。缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度較差，波形失真較大。優(yōu)點(diǎn)：容易做到在整個(gè)低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)而不用更換頻段，優(yōu)點(diǎn)：容易做到在整個(gè)低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)而不用更換頻段， 輸出電平也較均勻，所以常用于掃頻振蕩器中。輸

36、出電平也較均勻，所以常用于掃頻振蕩器中。（2 2）差頻式振蕩器）差頻式振蕩器21fffmax1fmin1fminmax ff圖圖3.3-5 3.3-5 差頻信號發(fā)生器框圖差頻信號發(fā)生器框圖低頻信號第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器343-3.23-3.2、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)生器仍屬于低頻信號發(fā)生器，只是輸出信號頻率低端較超低頻信號發(fā)生器仍屬于低頻信號發(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1Hz1Hz以下頻率的信號源稱為超低頻信號發(fā)生器，目前超以下頻率的信號源稱為超低頻信號發(fā)生器，目前超低頻

37、信號發(fā)生器的頻率低端已可低于低頻信號發(fā)生器的頻率低端已可低于10108 8 Hz Hz 這類信號發(fā)生器主要用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的測試。除了輸出信號頻率這類信號發(fā)生器主要用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的測試。除了輸出信號頻率范圍往低端延伸外，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)基范圍往低端延伸外，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。本相同。 下面主要介紹產(chǎn)生超低頻振蕩的幾種常用方法，這些方法也可以用下面主要介紹產(chǎn)生超低頻振蕩的幾種常用方法，這些方法也可以用在低頻信號發(fā)生器中。在低頻信號發(fā)生器中。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器35211UUjR C 211UKjR CU(3.3-6)

38、 當(dāng)輸入當(dāng)輸入u u1 1(t)(t)為角頻率為角頻率的正弦函數(shù)時(shí)，的正弦函數(shù)時(shí)， u u2 2(t)(t)也為同頻率的正弦函數(shù)也為同頻率的正弦函數(shù). .用相量表示有用相量表示有即積分器產(chǎn)生即積分器產(chǎn)生2/ 相移，增益為相移，增益為RC/ 11K 。如果用兩級積分器級聯(lián)并在反饋環(huán)路中加接一個(gè)反如果用兩級積分器級聯(lián)并在反饋環(huán)路中加接一個(gè)反相器（相器（ ）維持振蕩）維持振蕩 R2u1uC2i1i1.1.用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器36如圖如圖下圖下圖(a)(a)所示，則閉環(huán)增益所示，則閉環(huán)增益212121KR

39、 R C C或者當(dāng)或者當(dāng) (3.3-7)012121R R C C0121212ffR R C C (3.3-8)時(shí)，閉環(huán)增益時(shí)，閉環(huán)增益 ，正好是維持振蕩的相位和振幅，正好是維持振蕩的相位和振幅條件，也就是圖條件，也就是圖(a)中電路可產(chǎn)生頻率為上式所表示的正中電路可產(chǎn)生頻率為上式所表示的正弦振蕩。弦振蕩。1K 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器37 在實(shí)際振蕩器中，為了調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡單，一般取在實(shí)際振蕩器中，為了調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡單，一般取R1=R2=R,C1=C2=C并在兩級積分器前，各加一個(gè)同軸電位器構(gòu)并在兩級積分器前，各加一個(gè)同軸電位器構(gòu)成的分壓電路，分壓比為成的分壓電路，分壓比為a

40、 a，如圖所示，得出其振蕩頻率為，如圖所示，得出其振蕩頻率為圖圖3.3-8 3.3-8 用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器用積分器構(gòu)成的超低頻信號發(fā)生器 RCa0RCaf20(3.3-9)實(shí)際振蕩器中，用改變實(shí)際振蕩器中，用改變R R或或C C的辦法改變頻段，改變的辦法改變頻段，改變a a進(jìn)行進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。頻率細(xì)調(diào)。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器382 2. .函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 輸出正弦波的同時(shí)，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不輸出正弦波的同時(shí)，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不同的測試需求。同的測試需求。工作原理：由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器工作原

41、理：由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器、和積分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，和積分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，然后由二極管整形網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。然后由二極管整形網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。圖圖3.3-9 函數(shù)發(fā)生器原理圖函數(shù)發(fā)生器原理圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器39(/)DuER Ct (3.3-14)(3.3-14) 開始工作時(shí)，雙穩(wěn)開始工作時(shí)，雙穩(wěn) 輸出端電壓為輸出端電壓為E，經(jīng)過電位，經(jīng)過電位器器P P分壓，分壓系數(shù)為分壓，分壓系數(shù)為=R2 / (R1+R2 ) ，積分器輸出端，積分器輸出端D點(diǎn)電點(diǎn)電位隨時(shí)間位隨時(shí)間t t正比上升正比上升 圖圖3.3-9 函數(shù)發(fā)生器原理圖函數(shù)發(fā)生器原理圖

42、圖圖3.3-10 3.3-10 函數(shù)發(fā)生器波形圖函數(shù)發(fā)生器波形圖Q第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器40 當(dāng)經(jīng)過時(shí)間當(dāng)經(jīng)過時(shí)間T1，UD上升到上升到Um時(shí)時(shí), ,比較器比較器輸出觸發(fā)脈沖輸出觸發(fā)脈沖, ,使使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)， 端輸出電壓為端輸出電壓為E并輸入給積分器，則積并輸入給積分器，則積分器輸出端分器輸出端D點(diǎn)電位為點(diǎn)電位為 Q(/)DuERCt (3.3-15) (3.3-15) 圖圖3.3-9 函數(shù)發(fā)生器原理圖函數(shù)發(fā)生器原理圖圖圖3.3-10 3.3-10 函數(shù)發(fā)生器波形圖函數(shù)發(fā)生器波形圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器41圖圖3.3-9 函數(shù)發(fā)生器原理圖函數(shù)發(fā)生器原

43、理圖Q 再經(jīng)過時(shí)間再經(jīng)過時(shí)間T T2 2,U,UD D下降到下降到UmUm時(shí)，比較器時(shí)，比較器輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路再次翻轉(zhuǎn)，輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路再次翻轉(zhuǎn)， 端重新輸出端重新輸出E E。 如此周而復(fù)始。在如此周而復(fù)始。在Q Q端產(chǎn)生周期性方波，在積分器輸出端產(chǎn)生三角波。端產(chǎn)生周期性方波，在積分器輸出端產(chǎn)生三角波。 如果比較器如果比較器、正負(fù)比較電平完全一樣，則得到完全對稱的方波和三角波。正負(fù)比較電平完全一樣，則得到完全對稱的方波和三角波。 如果改變積分器正向和反向積分時(shí)間常數(shù)，用二極管代替電阻如果改變積分器正向和反向積分時(shí)間常數(shù)，用二極管代替電阻R R，可以看到，可以看到， 達(dá)到達(dá)到 U

44、m Um 和和 Um Um 各自所需的時(shí)間各自所需的時(shí)間T T1 1 將不等于將不等于T T2 2 ，從而可以產(chǎn)生鋸齒波和，從而可以產(chǎn)生鋸齒波和 不對稱方波。不對稱方波。圖圖3.3-10 3.3-10 函數(shù)發(fā)生器波形圖函數(shù)發(fā)生器波形圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器42將對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如下圖（將對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如下圖（a a）所示。）所示。 正弦波可以看成是由許多斜率不同的直線段組成，只要直線段足夠多，由正弦波可以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)好的近似正弦波形。折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好的近似正弦波形。 斜率不同的直線

45、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)不同斜率不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) ) 因此只要將三角波因此只要將三角波UiUi通過一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)通過一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)Ui Ui 的大小改變分壓網(wǎng)絡(luò)的的大小改變分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓系數(shù)，便可以得到近似的正弦波輸出。分壓系數(shù)，便可以得到近似的正弦波輸出。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器43圖3.3-11 由三角波整形成正弦波 二極管整形網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)這種功能。用下圖（二極管整形網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)這種功能。用下圖（b)b)所示所示的二極管整形網(wǎng)絡(luò)來說明其工作原理。圖中的二極管整形網(wǎng)絡(luò)來說明其工作原理。圖中 E1 、E2 、E3及及E1、-E2 、E3等為由正負(fù)電源等為由正負(fù)電源E和和E通過分壓電阻通過分壓電阻R7R7、 R8 R14R8 R14分壓