项目3 信号发生器及应用讲解

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1、项目3 信号发生器及应用 项目3 信号发生器及应用 任务1 知识引领信号发生器基本知识 任务2 仪器介绍低频信号发生器 任务3 仪器介绍高频信号发生器 任务4 仪器介绍函数信号发生器 任务5 应用实训信号发生器应用实训 项目3 信号发生器及应用 任务1 知识引领信号发生器基本知识 信号发生器又叫信号源，是在电子测量中提供符合 一定技术要求的各种电信号的仪器。信号发生器可产生不 同波形、不同频率和不同幅度的信号，为测试各种模拟系 统和数字系统提供所需的信号源。 项目3 信号发生器及应用 知识 1.1 信号发生器的分类 信号发生器的类型很多，通常可从以下几方面分类。 1按输出波形分类 信号发生器按

2、输出波形可分为以下类型，适合于不同 的应用场合。 (1) 正弦信号发生器。产生正弦波或受调制的正弦波， 用于模拟系统测试。 (2) 函数信号发生器。产生幅度与时间成一定函数关系 的信号，如正弦波、三角波、方波等各种波形的信号，用于 各种测试或实验。 项目3 信号发生器及应用 (3) 脉冲信号发生器。产生脉宽可调的重复脉冲波，用 于脉冲电路测试。 (4) 噪声信号发生器。产生各种模拟干扰噪声信号，用 于噪声测试。 (5) 数字序列发生器。产生各种不同的数字序列信号， 用于数字系统测试。 (6) 特殊信号发生器。产生特殊或专用电信号，如电视 信号发生器、扫频信号发生器、任意波形发生器等，用于一 些

3、特殊应用场合。 项目3 信号发生器及应用 2按输出频率范围分类 信号发生器按输出频率范围可分为以下类型，适合于 不同的应用领域。 (1) 超低频信号发生器。频率范围为0.001Hz 1 kHz ，用于地震、电声、医疗设备的测试。 (2) 低频信号发生器。频率范围为1Hz1MHz，用于 音频、家电、通信设备的测试与维修。 (3) 视频信号发生器。频率范围为20Hz10MHz，用 于电视设备的测试与维修。 项目3 信号发生器及应用 (4) 高频信号发生器。频率范围为100kHz30MHz.， 用于调幅广播、电报、通信设备的测试。 (5) 甚高频信号发生器。频率范围为30300MHz，用 于调频广播

4、、电视、通信、导航设备的测试。 (6) 超高频信号发生器，频率范围为300 MHz以上，用 于雷达、微波、卫星通信设备的测试。 项目3 信号发生器及应用 3按信号产生方式分类 按信号产生的方式不同可分为以下几类，适合于不同 的应用场合。 (1) 调谐信号发生器。主振信号由调谐振荡器产生， 用于一般信号发生器。 (2) 锁相信号发生器。主振信号由锁相环电路产生， 用于标准信号发生器。 (3) 合成信号发生器。主振信号由频率合成器产生， 用于高档次的信号发生器。 项目3 信号发生器及应用 知识 1.2 信号发生器的基本组成 不同类型的信号发生器其性能、用途虽然各不相同， 但基本构成是相似的，一般信

5、号发生器的基本组成框图如 图3-1所示，它包括主振器、变换器、放大器、指示器、输 出电路及电源等几部分。 图3-1 信号发生器的基本组成框图 项目3 信号发生器及应用 1主振器 主振器是信号发生器的核心部分，由它产生各种不同 频率的信号。主振器通常是正弦波振荡器或多谐振荡器。 它决定了信号发生器的工作频率范围、频率稳定度、频率 准确度等一些重要性能。 2变换器 变换器包括信号调制器、脉冲形成器、波形变换器等 ，它将主振器的输出信号进行调制或变换，输出所要求的 波形。 3放大器 放大器包括缓冲放大器、电压放大器、功率放大器等 ，它将振荡器的输出信号进行隔离和放大，以提高信号电 压，或使信号发生器

6、具有一定的输出功率。 项目3 信号发生器及应用 4输出电路 输出电路包括输出衰减器、阻抗变换器、射极跟随器 等。它用于输出电压调整和输出阻抗变换，为被测设备提 供所需要的信号电压或功率。 5指示器 指示器用来监视输出信号。不同功用的信号发生器， 指示器的种类也不同，它可以是电压表、频率计、功率计 、调制度仪或以上几种。 6电源 电源为信号发生器的各部分电路提供所需的各种直流 工作电压，通常是由50 Hz的交流电(市电)经过变压、整流 、滤波和稳压后得到。 项目3 信号发生器及应用 知识 1.3 信号发生器的技术指标 信号发生器的性能通常可用频率特性、输出特性和调 制特性(俗称三大指标)来评价。

7、其性能指标很多，其中最常 用的共有的性能指标有以下一些。 1频率特性 (1) 有效频率范围 信号发生器的有效频率范围是指各项指标均能得到保 证时的输出频率范围。 (2) 频率准确度 频率准确度是指输出信号频率的实际值 f 与其标称值 f0 的相对误差，其表达式为 项目3 信号发生器及应用 (3) 频率稳定度 频率短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间 后，频率在规定的时间间隔内的最大相对变化量，其表达 式为 (4) 频谱纯度 频谱纯度是正弦信号发生器的重要指标之一。它是指 正弦信号发生器输出的频谱逼近理想频谱的程度，常用谐 波电平或谐波失真度等参数来衡量。 项目3 信号发生器及应用 2输出

8、特性 (1) 输出电压范围 输出电压范围是指输出信号幅度的有效范围，也就是 输出信号幅度的可调范围，通常采用有效值来度量。 (2) 输出电压准确度 输出电压准确度是指输出信号的实际值与其标称值的 相对误差。 (3) 输出电压平坦度 输出电压平坦度也就是输出电压的频率响应，它是指 在有效频率范围内调节频率时，输出电压的相对变化量。 项目3 信号发生器及应用 (4) 输出阻抗 输出阻抗的大小，随信号发生器类型而异。低频信号 发生器一般有50、600、5k等几种不同的输出阻抗，而 高频信号发生器一般为 50(或 75)不平衡输出阻抗，在使 用高频信号发生器时，要注意阻抗的匹配。 (5) 输出波形 输

9、出波形是指信号发生器所能输出的信号波形。低频 信号发生器一般输出正弦波和方波；函数信号发生器能输出 正弦波、方波、三角波、锯齿波、脉冲波和阶梯波等；高频 信号发生器则能输出正弦波和各种调制波。 项目3 信号发生器及应用 3调制特性 (1) 调制类型 许多信号发生器都具有调制功能，如高频信号发生器 ，一般都具有输出一种或多种调制信号的功能，通常为调 幅和调频，有些还具有调相、脉冲调制、数字调制、矢量 调制等。 (2) 调制频率 调制频率是指调制信号的频率，它可以是固定的或连 续可调的，调幅信号的调制频率通常为400Hz和1000Hz； 而调频信号的调制频率可在10Hz100kHz范围内改变。 项

10、目3 信号发生器及应用 (3) 调制深度 调制深度是指调幅信号的调幅系数或调频信号的最大 频偏以及调制的线性度等参数。 (4) 调制信号源 当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制； 当调制信号由外部加到信号发生器上进行调制时，称为外 调制。 项目3 信号发生器及应用 知识 1.4 信号发生器的选择 由于信号发生器的种类、型号繁多，使用时可根据具 体情况从以下几个方面进行选择： (1) 根据测试功能选择 (2) 根据输出信号波形选择 (3) 根据信号频率选择 (4) 根据测量准确度要求选择 项目3 信号发生器及应用 任务2 仪器介绍低频信号发生器 低频信号发生器主要用来产生频率范围为1Hz

11、1MHz 的正弦波信号。有些低频信号发生器除了产生正弦波外， 还能产生方波和脉冲波信号。低频信号发生器可用来测试 无线电接收机、组合音响及各种电子设备中低频放大器的 性能。 项目3 信号发生器及应用 知识 2.1 低频信号发生器的组成 低频信号发生器的基本组成框图如图3-2所示。 1主振荡器 低频信号发生器的主振荡器用来产生低频正弦波信号， 其振荡频率的调节范围即为信号发生器的有效频率范围。 低频信号发生器主振荡器的电路形式主要有差频式振荡器 和RC振荡器两类。 图3-2 低频信号发生器的组成框图 项目3 信号发生器及应用 2缓冲放大器 缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲的目的 是为了隔

12、离后级电路对主振电路的影响，保证主振频率稳定 ，一般采用射(源)极跟随器或运算放大器组成的电压跟随器 ；电压放大的目的是为了对主振级产生的微弱振荡信号进行 放大，使信号发生器的输出电压达到预定的值。 3输出衰减器 输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率， 通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步 进调节由电阻分压器实现。低频信号发生器中采用的输出衰 减器如图 3-3所示。由电位器Rp 取出一部分信号电压加于由 R1R8 组成的步进衰减器，调节电位器在不同位置，或调 节波段开关S于不同挡位，均可使衰减器输出不同的电压。 项目3 信号发生器及应用 信号发生器对步进衰减量的表示方法

13、通常有两种，一 种是直接用步进衰减器的输出电压Uo与输入电压Ui的比值 来表示，即Uo/Ui。例如，当Uo/Ui = 0.1时，表示为0.1。另 一种是将上述的比值用分贝值表示，即201g(Uo/Ui)，单位 为dB。例如，当Uo/Ui = 0.1时，表示为-20dB，由于其比值 总是小于1，其对数都为负值，不会造成混淆，有时也省去 负号。 项目3 信号发生器及应用 图 3-3 输出衰减器 项目3 信号发生器及应用 4功率放大器 功率放大器对电平调节器送来的电压信号进行功率放 大，使之达到一定的输出功率。要求功率放大器的输出阻 抗低、工作效率高、谐波失真小。 5监测仪表 监测仪表主要有电压表和

14、频率计。电压表用于指示输 出信号的幅度，频率计用于指示输出信号的频率，它们可 以是指针式的也可以是数字式的。 项目3 信号发生器及应用 知识 2.2 主振荡器类型与工作原理 低频信号发生器的主振荡器电路形式有差频式振荡器 和RC振荡器两类。 1差频式振荡器 差频式振荡器的原理框图如图3-4所示。 图3-4 差频式振荡器原理框图 项目3 信号发生器及应用 它有两个高频振荡器，一个产生频率固定的振荡信号 f 1，另一个产生频率可变的振荡信号 f 2 ，两信号同时送入 混频器，产生低频差频信号，经过低通滤波器去掉高频成 分，再通过缓冲放大器放大，即可得到具有一定幅度的低 频信号电压。 用这种方法产生

15、的低频正弦波信号，其频率覆盖范围 比较宽；缺点是频率稳定性差，特别是 f 1与 f 2接近时，极 易产生干扰，因此很难获得较低的差频输出。 项目3 信号发生器及应用 2. RC文氏电桥振荡器 (1) 振荡器工作原理 RC文氏电桥振荡器实际上是一种电压反馈式振荡器， 它由负反馈放大器和一个具有选频作用的正反馈回路组成 。图3-5中 R1、C1、R2、C2 组成具有选频作用的串一并联正 反馈回路，Rt和Rf为负反馈回路，它们构成一个电桥，放大 器的输入信号取自电桥 的两个对角线上， 输出信号则送至电 桥的另两个对角线上。 图3-5 RC文氏电桥振荡器 项目3 信号发生器及应用 振荡器的频率调节是通过改变桥路电阻和电容值，通 常用波段开关改变R1、R2 进行频率分段调节，波段内的最 高频率与最低频率比一般为10。在同一波段中，用同轴双 联可变电容器改变 C1、C2 进行频率的连续调节。通常取 R1 = R2 =R，C1 = C2 = C。为满足振荡的振幅条件，要求放 大器的闭环增益等于3，这时振荡频率为 项目3 信号发生器及应用 (2) 幅度自稳定作用 接于负反馈支路