信号发生器原理

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1、电子测量技术第2版,主编,第五章 信号发生器,第一节 概 述 第二节 低频信号发生器 第三节 高频信号发生器 第四节 其他信号发生器,第一节 概 述,一、信号发生器的用途,图5-1 信号发生器,二、信号发生器的分类 1.按频率范围分类,第一节 概 述,表5-1 信号发生器按频率范围分类,2.按输出波形分类,第一节 概 述,图5-2 几种典型信号波形,3.按信号发生器的工作原理分类,第一节 概 述,4.其他的分类方法 三、信号发生器的基本组成 信号发生器的基本构成一般都可用图53所用的原理框图描述，下面简要介绍各个部分的作用。,图5-3 信号发生器原理框图,(1) 振荡器 振荡器是信号发生器的核

2、心部分，由它产生不同频率、不同波形的信号。,第一节 概 述,(2) 变换器 一般情况下，振荡器输出的信号都很弱，需对此信号加以放大。 (3) 输出级 基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。 (4) 指示器 基本功能是用来监视和显示输出信号，可以是电压表、功率计、频率计和调制表等。 (5) 电源 提供信号发生器各部分的工作电源电压。,第二节 低频信号发生器,一、对低频信号发生器的一般要求 1.频率 2.非线形失真 3.输出电压 4.输出阻抗 二、低频信号发生器的基本组成与原理 低频信号发生器的基本组成框图如图54所示。,图5-4 低频信号发生器框图,第二

3、节 低频信号发生器,1.振荡器 (1) RC振荡电路 RC振荡电路有RC移相振荡电路、RC双T选频振荡电路和RC文氏电桥振荡电路三种。,图5-5 电压反馈式 RC文氏电桥振荡电路,第二节 低频信号发生器,(2) 差频式低频振荡电路 差频式低频振荡电路原理框图如图5-6所示。,图5-6 差频式低频振荡电路原理框图,2.放大器 3.输出级 三、低频信号发生器的技术指标(以XD1型为例),第二节 低频信号发生器,1.频率 1) 频率范围：1Hz1MHz 2) 频段：第一频段 110Hz 3) 频率的基本误差： 4) 频率漂移(预热30min后)。 2.频率特性 1) 电压输出：-11dB。 2) 功

4、率输出：10Hz100kHz(50、75、150、600和5k)时为-22 dB；100700kHz(50、75、150和600)为-33 dB；100200kHz(5k)为-33 dB 3.输出 1) 电压输出：1Hz1MHz 大于5V,第二节 低频信号发生器,2) 功率输出：10Hz700kHz (50、75、150、600) 最大功率输出大于4W 4.非线性失真 1) 电压输出：20Hz20kHz 小于0.1% 2) 功率输出：20Hz20kHz 小于0.5% 5.衰减器 1) 电压输出：1Hz1MHz范围内，衰减不超过80dB时误差为-1.51.5dB，衰减到90dB时误差为-33dB

5、。 2) 功率输出：10Hz100kHz范围内，衰减不超过80dB时误差为-22dB，衰减到90dB时误差为-33dB；100kHz700kHz范围内，衰减不超过80dB时误差为-33dB，衰减到90dB时误差为-55dB。,第二节 低频信号发生器,6.交流电压表 1) 量程：5V、15V、50V和150V四档。 2) 误差：2Hz1MHz时为-5%5%。 3) 输入电阻：大于100k。 4) 输入电容：小于50pF。 5) 功能：可内测、外测，可测对地电压及与地无关的两端钮上的平衡电压。 7.电源 8.功率消耗 四、测量技能 1.准备工作 1) 仪器从包装箱内取出后，应在正常气候条件下放置2

6、4h。,第二节 低频信号发生器,2) 将电源线接到220V、50Hz的交流电源上，应注意将三芯电源插头的地线脚与大地妥善接好，以避免干扰。 3) 开机前应将输出电压细调电位器旋至最小，在过载指示灯熄灭后，再逐渐加大输出电压幅度。 4) 若想达到足够的频率稳定度，则须预热30min后再使用。 2.使用方法 (1) 频率选择 面板上的六档按键开关用于频率的选择。 (2) 输出调整 该仪器有电压输出和功率输出两组端子。 (3) 电压放大器的使用 从电压放大器可以得到较好的非线性失真系数(0.1%)、较小的输出电压(220V)和小电压下比较好的信噪比。,第二节 低频信号发生器,(4) 功率放大器的使用

7、 使用功率放大器时应先将功率开关按下，以将功率放大器输入端的信号接通。 (5) 阻抗匹配：功率放大器共设有50、75、150、600及5k五种负载值。 (6) 保护电路 在开机时，过载保护指示灯亮，56s内熄灭，表示功率放大器进入工作状态。 (7) 对称输出 功率放大器输出可以不接地，当需要这样使用时，只要将功率输出旋钮与地的连接片取下即可。 (8) 工作频段 功率放大器在10700Hz(或5k负载档为10200kHz)范围内的输出符合技术条件的规定。 (9) 电压表 电压表可用于“内测量”与“外测量”。 3.应用举例,第二节 低频信号发生器,图5-7 低频放大器增益测量接线图,第三节 高频信

8、号发生器,一、对高频信号发生器的一般要求 1.输出幅度 2.频率稳定度 3.调制特性 二、高频信号发生器的基本组成与原理,图5-8 高频信号发生器的基本框图,第三节 高频信号发生器,1.主振级 2.调制电路 (1) 调频 调频一般直接在主振级进行，即直接用调制信号控制高频振荡器回路的某个电抗器件(如变容二极管)，使振荡频率随调制信号的振幅变化。 (2) 调幅 调幅一般在单独的调幅级中完成。 3.输出级和检测级 三、高频信号发生器的技术指标 1.频率范围 2.频率刻度误差 1) 固有误差为-1%1%。 2) 工作误差为-2%2%。,第三节 高频信号发生器,3) 仪器预热1h后，连续工作8h内频率

9、漂移为-5%5%，但频率刻度的绝对误差，仍应保持1%。 3.输出电压、阻抗 1) 在“01V”插孔输出，可得01V电压，最大输出阻抗为40。 2) 在“00.1V”插孔输出，并使用带有分压器的电缆时，在电缆接线柱“0.1”端可得0.110000V电压，输出电阻为8；在电缆接线柱“1”端可得0.1100000V电压，输出电阻为40。 4.载波电压刻度 5.调幅度范围 6.调幅度误差 7.调制频率,第三节 高频信号发生器,8.输出端剩余电压 四、测量技能 (一) 高频信号发生器的使用方法,图5-9 XFG7型高频信号发生器的面板图,第三节 高频信号发生器,1.控制装置 (1) “波段”旋钮 用来变

10、换振荡电路工作频段。 (2) “频率调节”旋钮 用来改变振荡回路的可变电容，以便在每个波段中连续地改变振荡频率。 (3) “载波调节”旋钮 用来改变载波信号的幅度，一般情况下调节它使电压表指在1V上。 (4) “输出-微调”旋钮 用以改变输出信号(载波或者调幅波)的幅度。 (5) “输出-倍乘”旋钮 是用来改变输出电压的步进衰减器。 (6) “调幅选择”旋钮 用以选择输出信号为等幅信号或者调幅信号。,第三节 高频信号发生器,(7) “外调幅输入”接线柱 当需要1000Hz和400Hz以外的调幅波时，可由此输入音频调制信号(此时“调幅度调节”旋钮应置于“等幅”档)，也可将内调制信号发生器输出的4

11、00Hz或者1000Hz音频信号由此引出。 (8) “调幅度调节”旋钮 用以改变调制信号发生器音频信号的幅度。 (9) “01V”输出插孔 它是从步进衰减器前引出的。 (10) “00.1V”输出插孔 它是从步进衰减器后引出的。 (11) 电压表(“V”表) 指示输出载波信号的电压值。 (12) 调幅度表(“M%”表) 指示输出调幅波信号的调幅度，不论对内调制还是外调制均可指示，在30%调幅度处标有红线，此为常用的调幅度值。,第三节 高频信号发生器,(13) “V零点”旋钮 调节电压表零点。 (14) “1V校准”旋钮 用以校准电压表的1V档读数(刻度)。 (15) “M%零点”旋钮 在“调幅

12、度调节”旋钮置于起始位置(即逆时针旋转到底)时，将“M%”表调整到零这一过程须在电压表指示在1V时进行，否则“M%”表的指示是不正确的。 2.准备工作 1) 首先检查交流电压是220V还是110V，并将仪器的电源变换插头放在相应的电压位置上。 2) 由于电源变压器进线中有高频滤波电容器，使机壳带有一定电位，若仪器机壳没有接地线，则必须在使用者的脚下垫绝缘垫。,第三节 高频信号发生器,3) 仪器接通电源前必须将各旋钮放在起始位置：“载波调节”和“调幅度调节”旋钮逆时针旋到最小；“输出-微调”旋钮逆时针旋到最小；“输出-倍乘”旋钮放在“1”处；将“V”表和“M%”表机械零点调好。 4) 开机预热5

13、min以上，进行精密测量使用时，必须预热1h。 3.等幅振荡输出 1) 将“调幅选择”旋钮放在“等幅”位置。 2) 根据所需的频率，将“波段”旋钮置于相应的位置，调节“频率调节”粗调旋钮到需要的频率附近，然后再调节微调旋钮以获得准确的频率。 3) 调节“载波调节”旋钮，使“V”表指示在1V红线处。,第三节 高频信号发生器,4) 为了得到1V以下的输出电压，必须使用带有分压器的输出电缆。,4.510.1V=0.45V,5) 当需要01V信号电压时，应从“01V”插孔输出。 6) 由于仪器的输出电压值在不同频率时不一样，因此，每换一个频率都必须按上述方法重新校准一次。 4.内调幅 1) 将“调幅选

14、择”旋钮放在相应的调幅信号位置上(400100kHz)。 2) 用选择等幅振荡频率的方法选择载波频率。 3) 调节“载波调节”旋钮，使电压表指示为1V。 4) 调节“调幅度调节”旋钮，从调幅度指示表上的读数确定输出调幅波的调幅度。 5) 利用“输出-微调”旋钮和“输出-倍乘”旋钮来控制调幅波输出，计算方法与等幅振荡相同。,4.510.1V=0.45V,5.外调幅 1) 将“调幅选择”旋钮置于“等幅”位置。 2) 按选择等幅振荡频率的方法选择载波频率。 3) 选择合适的音频信号发生器作为音频调幅信号源，音频信号发生器应具有相适应的工作频段，而且它的输出应能提供0.5W以上的功率。 4) 接通音频

15、信号发生器的电源，预热后投入使用。 5) 利用“输出-微调”旋钮和“输出-倍乘”旋钮控制载波的输出幅度，计算方法与等幅振荡相同。 6.接收机测试 (1) 接线方法,4.510.1V=0.45V,1) 将被测接收机放在仪器的一侧，两者用不长于30cm的导线连通，并接地线。 2) 用带有分压器的输出电缆。 3) 输出电缆不应靠近仪器的电源线，两者更不能绞在一起。 4) 为了使接收机的工作状态更接近于实际工作情况，可以使用等效天线把信号源与被测接收机连接起来。,图5-10 等效天线接法,(2) 校准接收机,4.510.1V=0.45V,1) 调整仪器输出信号的载波频率，使它与被校的接收机调谐频率一致

16、，这时仪器输出信号应是调幅度为30%的400Hz调幅波，它的电压幅度应使接收机的输出不过大或者过小。 2) 调整接收机中的调谐变压器，使输出最大，可利用扬声器、万用表或者示波器来监测。 3) 按上述方法，由末级逐级向前调整。 (3) 选择性的测试 1) 将信号源的载波频率调至所需测试的频率上，输出信号仍采用30%调幅度的400Hz调幅波。 2) 调谐接收机使输出最大，再调节“输出-微调”旋钮使接收机输出维持标准输出功率值。,4.510.1V=0.45V,3) 改变仪器输出频率(每5kHz变一次)，这时维持接收机不动，再调节“输出-微调”旋钮，使接收机输出仍为标准输出功率值，记下信号源输出的电压值。 4) 依次用同样的方法测试各频率，将各个频率时的电压值与第一次电压值的比值作为纵坐标，频率作为横坐标绘成曲线，就得到接收机的选择性曲线。 (4) 灵敏度的测试 1) 保持信号源输出信号是调幅度为30%的400