第3章-信號(hào)發(fā)生器

1、電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第1頁(yè)第第3 3章章 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第2頁(yè)3.1 信號(hào)發(fā)生器的概述信號(hào)發(fā)生器的概述電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第3頁(yè)3.1.1 信號(hào)源在電子測(cè)量中的用途和組成信號(hào)源在電子測(cè)量中的用途和組成1.1.信號(hào)源的作用信號(hào)源的作用 信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)源的用途主要有以下三方面：信號(hào)源的用途主要有以下三方面： 激勵(lì)源。激勵(lì)源。 信號(hào)仿真。信號(hào)仿真。 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第4頁(yè)圖313信

2、號(hào)發(fā)生器原理框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第5頁(yè)8.1.2 8.1.2 信號(hào)源的分類信號(hào)源的分類按頻率范圍按頻率范圍 大致可分為六類：大致可分為六類： 名 稱 頻率范圍 主要應(yīng)用領(lǐng)域 超低頻信號(hào)發(fā)生器 低頻信號(hào)發(fā)生器 視頻信號(hào)發(fā)生器 高頻信號(hào)發(fā)生器 甚高頻信號(hào)發(fā)生器 超高頻信號(hào)發(fā)生器 30kHz以下 30 kHz300 kHz 300 kHz6 MHz 6 MHz30 MHz 30 MHz300 MHz 300 MHz3000 MHz 電聲學(xué)、聲納 電報(bào)通訊 無(wú)線電廣播 廣播、電報(bào) 電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航 雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象表3.11電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第6頁(yè)2. 2. 按輸出波形按輸出波形,

3、,大致可分為：大致可分為：3. 按照信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 可分為： 一般信號(hào)發(fā)生器； 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器； 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第7頁(yè)圖3.12 幾種典型的信號(hào)波形電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第8頁(yè)3.2 3.2 正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)1. 1. 頻率特性頻率特性%1001110fffff%100minmaxofff電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第9頁(yè)C/tf)f(f606011010（3.2-4） 式中t為溫度變化值，f0為預(yù)調(diào)值， f1為溫度改變后的頻率值.電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第10頁(yè)610 x606011010)(fff（3.2-5）電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第11頁(yè)610 x

4、616121010)(fff（3.2-6） 式中f1為空載時(shí)的輸出頻率，f2為額定負(fù)載時(shí)的輸出頻率。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第12頁(yè)2. 2. 輸出特性輸出特性u(píng)（1 1）輸出電平范圍。）輸出電平范圍。u（2 2）輸出電平的平坦度）輸出電平的平坦度u（3 3）輸出電平穩(wěn)定度）輸出電平穩(wěn)定度u（4 4）輸出阻抗）輸出阻抗u（5 5）輸出信號(hào)的非線性失真系數(shù)。）輸出信號(hào)的非線性失真系數(shù)。3. 調(diào)制特性調(diào)制特性的恒量指標(biāo)主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)，最大頻偏，調(diào)制線性等。%100122322UUUUn（3.2-7）式中U1為輸出信號(hào)基波有效值， 為各次諧波有效值。nUUU、32電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理

5、第13頁(yè)1. 1. 低頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖低頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖u 低頻信號(hào)發(fā)生器頻率范圍一般為低頻信號(hào)發(fā)生器頻率范圍一般為20Hz20Hz20KHz20KHz，故又稱音，故又稱音頻信號(hào)發(fā)生器頻信號(hào)發(fā)生器3.3 3.3 低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器圖3.31 低頻信號(hào)發(fā)生器框圖一、低頻信號(hào)發(fā)生器一、低頻信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第14頁(yè)圖3.31 低頻信號(hào)發(fā)生器框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第15頁(yè)2 2. .電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第16頁(yè)圖3.32 RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)u 這里主要介紹文氏橋振蕩器的核心部件這里主要介紹文氏橋振蕩器的核心部件文氏文氏橋式選頻網(wǎng)絡(luò)橋式選頻網(wǎng)絡(luò)電子測(cè)量原理電

6、子測(cè)量原理第17頁(yè)圖3.32 RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第18頁(yè)iUoU)(31)(31)1(31)(0000212ffffjjCRCRjZZZUUjNio（3.3-1）電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第19頁(yè)RCfRC21,100（3.3-2） 由式(3。31)得到傳輸函數(shù)的幅頻特性 和相頻特性 分別為 )(N)(3/ )(arctan)()(31)()(0022002jNN（3.3-3）（3.3-4）電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第20頁(yè))(N)(RC/10RCff2/10) 3/1)()(max0NNoU3)(/1ovNK0RCff2/10電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第21頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)

7、量原理第22頁(yè) 圖3.33 使用熱敏電阻Rt作為增益控制器件的 文氏橋式振蕩器方框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第23頁(yè)CLf2103.電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第24頁(yè)圖3.36 差頻信號(hào)發(fā)生器框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第25頁(yè)二、超低頻信號(hào)發(fā)生器二、超低頻信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第26頁(yè) 圖3.38 運(yùn)算放大器及其理想化模型電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第27頁(yè) 圖3.38 運(yùn)算放大器及其理想化模型電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第28頁(yè) 圖3.38 運(yùn)算放大器及其理想化模型電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第29頁(yè))(1tu)(2tu121UjRCU(3.3-12)或者RCjUUK112電子測(cè)量原理電子測(cè)

8、量原理第30頁(yè)圖3.39 運(yùn)算放大器的運(yùn)算功能電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第31頁(yè)2/RC/11K212121CCRRK(3.3-13)或者當(dāng)212102121021,1CCRRffCCRR(3.3-14)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第32頁(yè)1KCCCRRR2121,RCafRCa2,00(3.3-15) 實(shí)際振蕩器中，用改變R或C的辦法改變頻段，改變。進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第33頁(yè) 圖3.310 用積分器構(gòu)成的超低頻信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第34頁(yè)2 2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第35頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第36頁(yè)圖3.311 函數(shù)發(fā)生器原

9、理圖 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第37頁(yè)圖3.312 函數(shù)發(fā)生器波形圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第38頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第39頁(yè)圖3.313 由三角波整形成正弦波電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第40頁(yè)圖3.313 由三角波整形成正弦波電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第41頁(yè)3.4 3.4 高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器u 高頻信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍一般在高頻信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍一般在300KHz1GHz，大，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能圖3.411 高頻信號(hào)發(fā)生器框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第42頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第43頁(yè) 圖3.46 鎖相環(huán)基本方框圖鎖

10、相環(huán)基本工作原理鎖相環(huán)基本工作原理 鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（）、環(huán)路濾波器（LPF）、電壓控制）、電壓控制振蕩器（振蕩器（VCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成 。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第44頁(yè)u同步帶寬同步帶寬電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第45頁(yè)1.1. 頻率合成原理頻率合成原理頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過(guò)倍頻、分頻及混頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過(guò)倍頻、分頻及混頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 二、合成信號(hào)發(fā)生器二、合成信號(hào)發(fā)生器頻率頻率1 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數(shù)運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘

11、、除）（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率合成原理頻率頻率n n輸出輸出基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第46頁(yè)2. 2. 頻率合成分類及特點(diǎn)頻率合成分類及特點(diǎn)直接頻率合成直接頻率合成 通過(guò)頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來(lái)產(chǎn)生一系列頻率通過(guò)頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來(lái)產(chǎn)生一系列頻率信號(hào)并用窄帶濾波器選出，下圖是其實(shí)現(xiàn)原理。信號(hào)并用窄帶濾波器選出，下圖是其實(shí)現(xiàn)原理。 晶振晶振諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（分頻（1010）8MHz8MHz混頻（混頻（+ +）混頻（混頻（+ +）2MHz2MHz濾波濾波分頻（分頻（1010）2.8MHz2.8MHz濾波濾波0.28MHz0.28MH

12、z分頻（分頻（1010）混頻（混頻（+ +）濾波濾波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。頻率切換迅速，相位噪聲很低。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第47頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第48頁(yè)圖349 間接式頻率合成器原理框圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第49頁(yè)1/nf301/nfn

13、f021fnnf (3.4-1)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第50頁(yè)u 例：下面是一個(gè)三環(huán)鎖相頻率合成器原理框圖例：下面是一個(gè)三環(huán)鎖相頻率合成器原理框圖 三環(huán)三環(huán)PLL合成器合成器VCOBPDBLPFBfBfiNBMVCOCPDCLPFCBPFfoVCOAPDALPFA+NAfANAPLL+PLLMNBPLLfifo三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖三環(huán)合成器簡(jiǎn)化框圖fBfA電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第51頁(yè)iAAfNfiBBfNf由環(huán)由環(huán)C C有：有： MfffBAo/因此，合成器的輸出頻率為因此，合成器的輸出頻率為 ：iBAofMNNf)/(電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第52頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第53頁(yè)j)()()()()(jioioeNUUjUjUjN(3.5-1)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第54頁(yè))(N)( fN)()( f電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第55頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第56頁(yè)圖3.51 點(diǎn)頻法測(cè)量系統(tǒng)的幅頻特性電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第57頁(yè)圖3.51 點(diǎn)頻法測(cè)量系統(tǒng)的幅頻特性電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第58頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第59頁(yè)圖3.52 掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第60頁(yè)圖3.52 掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第61頁(yè)圖3.52 掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第62頁(yè)CLf2021(3.5-2)電