信號(hào)發(fā)生器原理及其應(yīng)用

word文檔可自由復(fù)制編輯信號(hào)發(fā)生器原理及其應(yīng)用系別：電子電氣工程系專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：09級(jí)電子一班學(xué)號(hào)：200995024042姓名：劉召鋒信號(hào)發(fā)生器原理及其應(yīng)用信號(hào)發(fā)生器的基本原理信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器是用來產(chǎn)生振蕩信號(hào)的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號(hào)，并且信號(hào)的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用到的信號(hào)形式越來越多，越來越復(fù)雜，頻率也越來越高，所以信號(hào)發(fā)生器的種類也越來越多，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與早期的簡易信號(hào)發(fā)生器天差地別，但總體基本結(jié)構(gòu)功能單元還是類似的。信號(hào)發(fā)生器的主要部件有頻率產(chǎn)生單元、調(diào)制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號(hào)發(fā)生器都采用模擬電路，現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器越來越多地使用數(shù)字電路或單片機(jī)控制，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上有了很大的變化。頻率產(chǎn)生單元是信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)和核心。早期的高頻信號(hào)發(fā)生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號(hào)發(fā)生器則較多采用文氏電橋振蕩器和RC移相振蕩器。由于早期沒有頻率合成技術(shù)，所以上述LC、RC振蕩器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可以產(chǎn)生連續(xù)變化的頻率，缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不夠高。早期產(chǎn)品為了提高信號(hào)發(fā)生器頻率穩(wěn)定度，在可變電容的精密調(diào)節(jié)方面下了很多功夫，不少產(chǎn)品都設(shè)計(jì)了精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和指示機(jī)構(gòu)，所以很多早期的高級(jí)信號(hào)發(fā)生器體積大、重量重。后來，人們發(fā)現(xiàn)采用石英晶體構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒有頻率合成的技術(shù)條件下，只能做成固定頻率信號(hào)發(fā)生器。之后也出現(xiàn)過壓控振蕩器，雖然頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以大大縮減儀器的體積，同時(shí)電路不太復(fù)雜，成本也不高。現(xiàn)在一些低端的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器依然采用這種方式。原理框圖隨著PLL鎖相環(huán)頻率合成器電路的興起，高檔信號(hào)發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是頻率輸出穩(wěn)定（頻率合成器的參考基準(zhǔn)頻率由石英晶體產(chǎn)生），頻率可以步進(jìn)調(diào)節(jié)，頻率顯示機(jī)構(gòu)可以用數(shù)字化顯示或者直接設(shè)置。早期的高精度信號(hào)發(fā)生器為了得到較小的頻率步進(jìn)，將鎖相環(huán)做得非常復(fù)雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高端信號(hào)發(fā)生器采用了更先進(jìn)的DDS頻率直接合成技術(shù)，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號(hào)頻譜純凈度高等優(yōu)點(diǎn)。由于DDS芯片高度集成化，所以信號(hào)發(fā)生器的體積很小。信號(hào)發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率設(shè)置精度、相位噪聲、信號(hào)頻譜純度都與頻率產(chǎn)生單元有關(guān)，也是信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。信號(hào)發(fā)生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號(hào)的幅度，信號(hào)通過特定組合衰減量的衰減器達(dá)到預(yù)定的輸出幅度。早期的衰減器是機(jī)械式的，通過刻度來讀取衰減量或輸出幅度。現(xiàn)代中高檔信號(hào)發(fā)生器的衰減器單元由單片機(jī)控制繼電器來切換，向電子芯片化過渡，衰減單元的衰減步進(jìn)量不斷縮小，精度相應(yīng)提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號(hào)輸出屬于高科技技術(shù)，這也是國內(nèi)很少有企業(yè)能制造高端信號(hào)發(fā)生器的原因之一。信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出范圍和輸出電平的精度和準(zhǔn)確度也是標(biāo)志信號(hào)發(fā)生器性能的重要指標(biāo)。信號(hào)發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率為20Hz～200kHz的正弦信號(hào)(低頻)。除具有電壓輸出外，有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛，可用于測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信號(hào)發(fā)生器的外調(diào)制信號(hào)源。另外，在校準(zhǔn)電子電壓表時(shí)，它可提供交流信號(hào)電壓。低頻信號(hào)發(fā)生器的原理：系統(tǒng)包括主振級(jí)、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器(輸出變壓器)和指示電壓表。信號(hào)發(fā)生器的分類低頻信號(hào)發(fā)生器：主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。高頻信號(hào)發(fā)生器：頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。微波信號(hào)發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器：掃頻信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線性變化的信號(hào)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變?nèi)莨芑虼判揪€圈）來實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線電極的直流電壓來改變振蕩頻率，后來廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場改變小球的諧振頻率。掃頻信號(hào)發(fā)生器有自動(dòng)掃頻、手控、程控和遠(yuǎn)控等工作方式。頻率合成式信號(hào)發(fā)生器：這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號(hào)頻率通?？砂词M(jìn)位數(shù)字選擇，最高能達(dá)11位數(shù)字的極高分辨力。函數(shù)發(fā)生器：又稱波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。脈沖信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號(hào)來測試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器：用白噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測量時(shí)，若平均測量時(shí)間不夠長，則會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，這可用偽隨機(jī)信號(hào)來解決。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號(hào)的脈沖寬度墹T足夠小，且一個(gè)碼周期所含墹T數(shù)N很大時(shí)，則在低于fb=1/墹T的頻帶內(nèi)信號(hào)頻譜的幅度均勻，稱為偽隨機(jī)信號(hào)。只要所取的測量時(shí)間等于這種編碼信號(hào)周期的整數(shù)倍，便不會(huì)引入統(tǒng)計(jì)性誤差。二進(jìn)碼信號(hào)還能提供相關(guān)測量中所需的時(shí)間延遲。偽隨機(jī)編碼信號(hào)發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級(jí)移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長為N＝2-1。信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。信號(hào)發(fā)生器是針對電力部門使用的電容型聲光式驗(yàn)電器使用的，其使用方法非常簡便：選用與驗(yàn)電器相同電壓等級(jí)的驗(yàn)電信號(hào)發(fā)生器。手持驗(yàn)電器工作部分（驗(yàn)電器頭）將發(fā)生器的電極頭接觸被測驗(yàn)電器的電極頭，按動(dòng)“工作”開關(guān)，此時(shí)驗(yàn)電器發(fā)出聲光信號(hào)表明驗(yàn)電器的性能完好，如無聲光指示表明驗(yàn)電器有故障，應(yīng)修理或更換后使用。檢測近電報(bào)警安全帽時(shí)只須將高壓信號(hào)發(fā)生器的電極頭靠近報(bào)警器按動(dòng)“工作”開關(guān)即可而且攜帶方便。一、信號(hào)發(fā)生器適用范圍：1、0.1KV、6KV、10KV、22KV、35KV、66KV、110KV、220KV、500KV2.0．1-10KV高低壓兩用交流驗(yàn)電器。3.任何電壓等級(jí)的近電報(bào)警安全帽。4.220KV驗(yàn)電信號(hào)發(fā)生器可用于0.3KV以上各種規(guī)格驗(yàn)電器，對驗(yàn)電器無損壞。二、信號(hào)