信号发生器par优秀课件

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1、第第3 3章信号发生器章信号发生器 （第一部分）信号发生器(par优秀课件本章要点本章要点测量用测量用信号发生器信号发生器，通常称为，通常称为信号源信号源。u 信号源的功用、种类和主要性能指标信号源的功用、种类和主要性能指标 u 通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用 u 合成信号源的组成原理、特性和应用合成信号源的组成原理、特性和应用u 频率合成技术的发展状况频率合成技术的发展状况 信号发生器(par优秀课件3.1 3.1 信号发生器概述信号发生器概述3.1.1 3.1.1 信号发生器的功用信号发生器的功用 1.1.作激励源作激励源 作为

2、某些电气设备的激励信号。作为某些电气设备的激励信号。2.2.信号仿真信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特性的信号，如对干扰信号进行仿真。性的信号，如对干扰信号进行仿真。3.3.校准源校准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准（或比对）。（或比对）。图图3.1 3.1 信号源的功用信号源的功用输输 入入激激 励励信信号号发发生生器器被被测测设设备备测测试试仪仪器器输输 出出响响 应应信号发生器(par优秀课件3.1.2 3.1.2 信号发生器的分类信号发生器的分类 1.1.按用途分按用途分

3、 专用专用-电视信号发生器、电平振荡器、误码仪电视信号发生器、电平振荡器、误码仪 通用通用-产生正弦波等通用波形产生正弦波等通用波形 3.3.按性能分按性能分 普通普通-功率大，频率、电压刻度不大准确，功率大，频率、电压刻度不大准确，用于天线测试等用于天线测试等 标准标准-频率、电压刻度准确，屏蔽好，供计测用频率、电压刻度准确，屏蔽好，供计测用2.2.按波形分按波形分 正弦正弦-脉冲脉冲-函数函数-产生函数通用波形产生函数通用波形 噪声噪声-ttttt信号发生器(par优秀课件4.4.按频率产生办法分按频率产生办法分 谐振谐振-由频率选择回路控制正反馈由频率选择回路控制正反馈 产生振荡。产生振

4、荡。合成合成-由基准频率通过加、减、乘、由基准频率通过加、减、乘、除组合一系列频率。除组合一系列频率。5.5.按频率范围分按频率范围分 无无低频低频高频高频微波微波频段频段频率范围频率范围主振电路主振电路调制方式调制方式RCRC电电路路1Hz1MHz1Hz1MHz磁磁控控管管、体体效效应管、应管、1MHz1GHz1MHz1GHz1GHz100GHz1GHz100GHzLCLC电路电路AMAM、FMFM、PMPMAMAM、FMFM信号发生器(par优秀课件表表3.1 3.1 信号源按频率划分表信号源按频率划分表 名名 称称频频 率率 范范 围围主要应用领域主要应用领域超低频信号发生器超低频信号发

5、生器低频信号发生器低频信号发生器视频信号发生器视频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器30kHz30kHz以下以下30kHz300kHz30kHz300kHz300kHz6MHz300kHz6MHz6MHz30MHz6MHz30MHz30MHz300MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz300MHz3000MHz电声学、声纳电声学、声纳电报通讯电报通讯无线电广播无线电广播广播、电报广播、电报电视、调频广播、导航电视、调频广播、导航雷达、导航、气象雷达、导航、气象信号发生器(par优秀课件3.1.3 3.1.3 正

6、弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标 在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。1.1.频率范围频率范围 指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误差要求。差要求。2.2.频率准确度频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输频率准确度是指

7、信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示 （3.13.1）信号发生器(par优秀课件3.3.频率稳定度频率稳定度 频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率稳定度来保证的。频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情稳定度来保证的。频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和的大小。按照国家标准，频率稳定度

8、又分为短期频率稳定度和长期频率稳定度。长期频率稳定度。短期：短期：1515分钟内分钟内 长期：长期：3 3小时内小时内 （3.23.2）信号发生器(par优秀课件4.4.失真度与频谱纯度失真度与频谱纯度 定义定义 测量：低频信号发生器用失真系数测量：低频信号发生器用失真系数高频信号发生器用频谱纯度高频信号发生器用频谱纯度 U US SU Un nf fA Af fA At tU U信号发生器(par优秀课件5.5.输出阻抗输出阻抗 低频低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600600（或（或1k1k）功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有功率输出端

9、依输出匹配变压器的设计而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 k5 k等档等档 高频高频信号发生器一般仅有信号发生器一般仅有5050或或7575档。档。信号发生器输出电压的信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的读数是在匹配负载的条件下标定的，若，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不准确的。准确的。信号发生器(par优秀课件6.6.输出电平输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最

10、大输出功率在其衰减范围内所的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率在其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。得到输出幅度的有效范围。信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波有效值标定的。有效值标定的。7.7.调制特性调制特性 高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅AMAM信号和调频信号和调频FMFM信号，有些还带有调相和脉冲调制信号，有些还带有调相和脉冲调制PMPM等功能等功能 信号发

11、生器(par优秀课件3.2 3.2 通用信号发生器通用信号发生器 本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号发生器，本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号发生器，以区别后面介绍的合成信号发生器。以区别后面介绍的合成信号发生器。专业课专业课讲讲系统、整机系统、整机的组成的框图原理、特点及实例的组成的框图原理、特点及实例基础课基础课讲讲部件、单元电路部件、单元电路如振荡器、放大器等单元如振荡器、放大器等单元 模拟电路模拟电路 课程特点课程特点 例例：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展，：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展，但但框图原理框图原理未变。未变。

12、高高 放放天线天线混频器混频器中中 放放检检 波波低低 放放功放功放本本 振振信号发生器(par优秀课件3.2.1 3.2.1 低频信号发生器低频信号发生器 图图3.3 3.3 低频信号源组成框图低频信号源组成框图主振器主振器放大器放大器衰减器衰减器输出输出电压指示电压指示(a a)输出输出(b b)固定频率固定频率振荡器振荡器可变频率可变频率振荡器振荡器混频器混频器滤波放大滤波放大衰减器衰减器f2=3.4000MHzf1=3.39975.1000MHzf0=300Hz1.7000MHz波段式差频式信号发生器(par优秀课件频率覆盖范围大小通常用频率覆盖范围大小通常用频率覆盖系数频率覆盖系数表

13、示：表示：（3.73.7）以通信中常用的某电平振荡器（实际上就是低频信号发生器）以通信中常用的某电平振荡器（实际上就是低频信号发生器）为例，为例，f f1 1=3.3997MHz=3.3997MHz5.1000MHz5.1000MHz，f f2 2=3.4000MHz=3.4000MHz，则，则f f0 0=300Hz=300Hz1.7000MHz1.7000MHz。比较一下频率覆盖系数。比较一下频率覆盖系数 而可变频率振荡器（相当波段式中一个波段）的频率覆盖系数为而可变频率振荡器（相当波段式中一个波段）的频率覆盖系数为 可见，可见，差频式信号发生器的频率覆盖范围大得多。差频式信号发生器的频率

14、覆盖范围大得多。信号发生器(par优秀课件2.2.主振荡器的特点主振荡器的特点 低频信号发生器中的主振荡器大多都采用文氏桥式振荡器，低频信号发生器中的主振荡器大多都采用文氏桥式振荡器，其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。文氏桥式振荡器是典型的文氏桥式振荡器是典型的RCRC正弦振荡器。其振荡频率决定于正弦振荡器。其振荡频率决定于RCRC式反馈网络的谐振频率，表达式为：式反馈网络的谐振频率，表达式为：（3.83.8）输出输出(f(f0 0)R R1 1A AR R1 1R R3 3C C1 1C C2 2R R2 2 信号发生

15、器(par优秀课件在低频信号发生器中为何不采用较熟悉的在低频信号发生器中为何不采用较熟悉的LCLC振荡器呢？这是振荡器呢？这是因为因为LCLC振荡器的频率决定于：振荡器的频率决定于：（3.93.9）原因原因 频率较低时，频率较低时，L L、C C 数值大，相应的体积、重量也相当数值大，相应的体积、重量也相当大，分布电容、漏电导等也都相应很大，而品质因数大，分布电容、漏电导等也都相应很大，而品质因数QQ值降低值降低很多，谐振特性变坏，频率调节也困难。而在很多，谐振特性变坏，频率调节也困难。而在RCRC振荡器中，振荡器中，频率降低，增大电阻容易做到，且功耗也可减小。频率降低，增大电阻容易做到，且功

16、耗也可减小。原因原因 在在LCLC振荡器中振荡器中 成反比，因而同一波段内频率成反比，因而同一波段内频率覆盖系数很小。例如覆盖系数很小。例如L L固定，调节电容固定，调节电容C C改变振荡频率，设电容改变振荡频率，设电容器调节范围为器调节范围为40 pF40 pF450pF450pF，则频率覆盖系数为，则频率覆盖系数为信号发生器(par优秀课件而用而用RCRC振荡器，由（振荡器，由（3.83.8）式可知，）式可知，成反比，频率成反比，频率覆盖系数为覆盖系数为在一个波段内有较大的频率覆盖系数。在一个波段内有较大的频率覆盖系数。3.3.低频信号发生器的主要技术特性低频信号发生器的主要技术特性 目前

17、，低频信号发生器主要技术指标的典型数据大致如下：目前，低频信号发生器主要技术指标的典型数据大致如下：频率范围：频率范围：1Hz 1Hz1MHz1MHz分频段，均匀连续可调分频段，均匀连续可调 频率稳定度：优于频率稳定度：优于0.1%0.1%非线性失真：非线性失真：0.1%0.1%1%1%输出电压：输出电压：0V0V10V 10V 输出功率：输出功率：0.5 W0.5 W5W 5W 连续可调连续可调 输出阻抗：输出阻抗：50,75,60050,75,600，5k 5k 输出形式：平衡输出与不平衡输出输出形式：平衡输出与不平衡输出 信号发生器(par优秀课件3.2.23.2.2高频信号发生器高频信

18、号发生器 1.1.高频信号发生器的组成原理高频信号发生器的组成原理 图图3.43.4高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图主振级主振级缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级监测器监测器输出输出电电 源源内调制内调制振荡器振荡器可可 变变电抗器电抗器外调制输入外调制输入AMAMFMFM内内外外标准调制标准调制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%若语音调制则成小电台若语音调制则成小电台信号发生器(par优秀课件图图3.43.4高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图主振级主振级缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级监测器监测器输出输出电电 源源内调制内调制振荡器振荡器可

19、可 变变电抗器电抗器外调制输入外调制输入AMAMFMFM内内外外l)l)主振级主振级 主振级通常是主振级通常是LCLC三点式振荡电路，产生具有一定工作频率三点式振荡电路，产生具有一定工作频率范围的正弦信号。范围的正弦信号。2)2)缓冲级缓冲级 它主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级。它主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级。信号发生器(par优秀课件图图3.43.4高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图主振级主振级缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级监测器监测器输出输出电电 源源内调制内调制振荡器振荡器可可 变变电抗器电抗器外调制输入外调制输入AMAMFMFM内内外外3)3)调

20、制级调制级 为了测试各种接收机的灵敏度和选择性等性能指标，必须用已为了测试各种接收机的灵敏度和选择性等性能指标，必须用已调制正弦信号作为测试信号，这个任务在调制级中完成。调制调制正弦信号作为测试信号，这个任务在调制级中完成。调制的方式主要有调幅、调频和脉冲调制。调幅多用于的方式主要有调幅、调频和脉冲调制。调幅多用于 100kHz 100kHz35MHz35MHz的高频信号发生器中，高频信号发生器中的调幅，一般的高频信号发生器中，高频信号发生器中的调幅，一般采用正弦调制。调频主要用于采用正弦调制。调频主要用于30MHz30MHz1000MHz1000MHz信号发生器信号发生器中，脉冲调制多用于中

21、，脉冲调制多用于300MHz300MHz以上的微波信号发生器中。以上的微波信号发生器中。标准调制标准调制：F=1000Hz m=30%F=1000Hz m=30%信号发生器(par优秀课件图图3.43.4高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图主振级主振级缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级监测器监测器输出输出电电 源源内调制内调制振荡器振荡器可可 变变电抗器电抗器外调制输入外调制输入AMAMFMFM内内外外4)4)输出级输出级 输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压达到输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压达到VV数量级。输出电平的调节范围宽，衰减量应能准确读数，有良

22、数量级。输出电平的调节范围宽，衰减量应能准确读数，有良好的频率特性，在输出端有准确且固定的输出阻抗。好的频率特性，在输出端有准确且固定的输出阻抗。信号发生器(par优秀课件信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不准确的。是不准确的。输出匹配输出匹配 信号源信号源被测设备被测设备阻阻 抗抗变换器变换器(a a)信号发生器(par优秀课件波段划分波段划分 高频信号发生器主振级的高频信号发生器主振级的LCLC振荡器，通常是固定电感

23、振荡器，通常是固定电感L L，通过改变电容，通过改变电容C C来调整振荡频率。但这时频率覆盖范围是有限的，可通过下式进行估算：来调整振荡频率。但这时频率覆盖范围是有限的，可通过下式进行估算：图图3.73.7LCLC回路回路L L1 1C CL L2 2L Ln n.信号发生器(par优秀课件例例3.1 XFC-63.1 XFC-6型高频信号发生器型高频信号发生器f f=4 MHz=4 MHz300MHz300MHz，试问应划分几个波段？试问应划分几个波段？上式中上式中0.90.9k k的含义是让单回路覆盖系数取小的含义是让单回路覆盖系数取小些，这里取些，这里取k k=2=2，以保证各波段能衔接

24、覆盖。该例算出以保证各波段能衔接覆盖。该例算出n n=8=8，即要划分，即要划分8 8个波段。个波段。这时相邻波段的电感值可按下式计算。这时相邻波段的电感值可按下式计算。图图3.73.7LCLC回路回路L L1 1C CL L2 2L Ln n.信号发生器(par优秀课件3.2.33.2.3脉冲信号发生器脉冲信号发生器 外同步外同步放放 大大主振级主振级同步输出同步输出外同步输入外同步输入延迟级延迟级形成级形成级整形级整形级输出级输出级主脉冲主脉冲a ac cb bd de ef fa ab bc cd de et tz z t tr rf fU Ut tt tt tT TU0tUm0.9Um0.1UmU0.5Umtrtf矩形脉冲的参数矩形脉冲的参数信号发生器(par优秀课件3.2.43.2.4函数信号发生器函数信号发生器 图图3.123.12函数信号发生器的基本组成函数信号发生器的基本组成正弦振荡器正弦振荡器缓冲级缓冲级放大级放大级输出级输出级方波形成方波形成积分器积分器（a a）（b b）积分器积分器外触发输入外触发输入施密特施密特触发器触发器脉脉 冲冲触发器触发器正正弦弦波波转转换电路换电路放大器放大器（a a）正弦式）正弦式（b b）脉冲式）脉冲式信号发生器(par优秀课件