第3章 信号发生器知识分享

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1、第3章 信号发生器,3.1 信号发生器概述 3.2正弦信号发生器的性能指标 3.3 低频信号发生器 3.4 射频信号发生器 3.5 扫频信号发生器 3.6脉冲信号发生器 3.7噪声发生器,3.1 信号发生器概述,一、信号发生器的用途 1.信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器。 信号源的用途主要有以下三方面： 激励源。 信号仿真。 标准信号源。,二.信号源的分类 1. 按频率范围 大致可分为六类： 超低频信号发生器 0.0001Hz1000Hz； 低频信号发生器 1Hz1MHz； 视频信号发生器 20Hz10MHz； 高频信号发生器 200KHz30MH

2、z； 甚高频信号发生器 30KHz300MHz； 超高频信号发生器 300MHz以上。,三.信号发生器的组成,3.2 正弦信号发生器的性能指标,1. 频率特性 （1）频率范围 （2）频率准确度 （3）频率稳定度,四、温度、电源、负载变化而引起的频率变动量,（）温度引起的频率变动量（） （）电源引起的频率变动量 （）负载变化而引起的频率变动量,五、非线性失真系数（失真度）,条件：单一频率的失真系数（其中，为基波，。为谐波（噪声） 也可用下式表示,六. 输出特性 （1）输出电平范围。 （2）输出电平的频响 （3）输出电平准确度 （4）输出阻抗 （5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。,七. 调制

3、特性 调制特性的恒量指标主要包括： 调制频率， 调幅系数， 最大频偏， 调制线性等。 高档信号发生器同时具有：调幅，调相，调频，脉冲调制等功能。,3.3 低频信号发生器,。低频信号发生器性能指标（） 频率范围一般为：1Hz1MHz； 。低频信号发生器组成原理（也参看）,3通用振荡器 电路元件参数测量包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数及电子器件的参数等的 测量. （）文氏桥式网络（） 为园频率；（）为幅度； （）为相位。当 ，f=f0=1/2RC时， 幅度（）为最大，选频特性最好，其他频率将被抑制为最小。（参看图.（b）,（）文氏桥式电路（）,。其他低频振荡器,（）振荡器（常用不述） 振荡频率

4、： （）差频式振荡器 方框（P71） 5. XD-1 型低频振荡器（自学P71）,二。 超低频信号发生器 -实际上属于低频信号发生器（f10(-8)_ 1Hz） 3种： 1。用积分器构成的低频信号发生器 基本电路：运算放大器 可构成：加减乘除、积分、微分等放大器 用积分器构成的低频信号发生器：,(a)为用积分器构成的正弦波低频信号发生器。 频率：f = (b)为(a)的改革：频率可变。,。函数信号发生器 可产生：正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形。 （0.1Hz几十MHz）方框：,函数信号发生器原理图（ ）：,例：函数信号发生器 可产生：正弦波、三角波、方波、脉冲等种波形。,3数字合成低频信号

5、发生器 特点：数字合成,3.4 射频信号发生器（高频信号发生器） 高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能 方框：,一。调谐信号发生器 通常由LC振荡器组成，分3类： 变压器反馈式LC振荡器； 电感反馈式LC振荡器（电感三点式、哈特莱式）； 电容反馈式LC振荡器（电容三点式、考毕兹式）。 （参考P8182） 二。锁相信号发生器 锁相环（PLL）的基本概念：锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成 。,锁相环（PLL）的功能：利用晶振的频率稳定与准确性，利用

6、VCO（压控）的宽频特性，产生频率稳定、准确并且宽频的正弦波信号。 锁相环可完成：频率的加减乘除。 锁相环（PLL）方框：,三。合成信号发生器 合成信号发生器-是把晶振高稳定度频率源f0经过加减乘除及其组合运算，产生在一定频率范围内的一系列多个频率信号的信号发生器。 频率合成原理： 分类：两类：直接合成法；间接合成法。,1。直接频率合成 通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。 优点：频率切换迅速，相位噪声很低。 缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。,2锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振

7、荡器（VCO）的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。 优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。 缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。 分类：倍频式锁相频率合成 分频式锁相频率合成 混频式锁相频率合成 多环合成单元频率合成,倍频式锁相环 倍频环实现对输入频率进行乘法运算，主要有两种形式：谐波倍频环和数字倍频环。,分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有两种基本形式。,混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算。,多环合成单元 单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺点，所以一个合成式

8、信号源都是由多环合成单元组成。,例：P85,例：P85 在PD处fo /n2 f /n1 f =(n1/n2) fo,例：P103 在PD处f1 /n f2 /m f2 =(m/n) f1,3.5 扫频信号发生器 -一种输出信号的频率随着时间在一定范围内变化的正弦波信号发生器。它是频率特性测试仪（扫频仪）的核心。 一。线性电路幅频特性的测量 测量目标：线性电路对正弦信号的响应问题。（与输入相比，输出有无失真：幅度频率相位是否变化？） 即：测量电路的幅频特性与相频特性。 两种测量方法：1。点频法；2. 扫频法,1点频法 点频法测量幅频特性的原理如图所示。图中信号发生器为正弦波信号发生器，其输出频

9、率及幅度均可按测量的需要进行调节，电压表用于测量被测网络的输入电压及输出电压，示波器监测它们的波形。,2. 扫频法 扫频法测量幅频特性的原理如图所示。 扫频信号发生器产生频率随时间作均匀变化，而振幅始终保持不变的正弦（即扫频信号）作为被测网络的测试信号；产生的锯齿波信号作为示波器的扫描信号。扫描信号的电压变化与扫频信号的频率变化同步。当等幅扫频信号加于被测网络时，网络的输出幅度将按自身的幅频特性变化。若网络的幅频特性不是平坦直线，则网络的输出信号便不再是等幅的扫频信号，而是一个幅度按被测网络的幅频特性变化的扫频信号。,图1.3-1 惠斯登电桥测量电阻示意图,二。扫频仪的基本构成 它由点画线框内

10、的扫频信号发生器、频率标志电路、显示器及框外的检波探头等组成。,1扫频信号发生器,是一种正弦信号发生器，它具有一般正弦信号发生器的工作特性，其输出信号的幅度和频率均可调节。此外，它还具有扫频工作特性，其扫频范围（即频偏宽度）也可以调节。一般包括扫描发生器、扫频振荡器、稳幅电路和输出衰减器等分，如图所示。,（l）扫描发生器：扫描发生器用于产生扫频振荡器所需的调制信号及显示器所需的扫描信号。（一般是锯齿波信号）； （2）扫频振荡器：扫频振荡器是扫频信号发生器的核心部分，其作用是产生等幅的扫频信号。在现代扫频仪中，扫频振荡器通常采用以下两种电路形式。 （A）磁调电感扫频振荡器。这是一种由调制信号控制

11、电感量，从而产生扫频信号的振荡电路。由电路基础课程可知，带有磁心的线圈其电感量Lc为 Lc=UcL 式中，Uc为磁心的有效导磁率；L为空心线圈的电感量。 因此，若能使Uc随调制电压而变化，那么Lc也将随之变化。若将这样一个电感量Lc随调制电压而变化的线图接入振荡回路，便可使振荡器产生扫频信号。,（B）变容二极管扫频振荡器,变容二极管扫频振荡器的原理如图所示。图中，VT组成电容三点式振荡电路；VD1、VD2为变容二极管，它们与L1、L2及VT的结电容组成振荡回路；C1为隔 直电容； L2为高频扼流圈。调制信号经L2同时加至变容二极管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、V

12、D2结电容量也随之变化，结果使振荡器产生扫频信号。,( 3 )稳幅电路：设立稳幅电路的目的是为了减小寄生调幅。无论是变容管扫频振荡器还是磁调电感扫频振荡器，在产生扫频信号的过程中都会不同程度地改变着振荡回路的Q值，从而使振荡幅度随调制信号的变化而变化，即产生了寄生调幅。寄生调幅会影响对幅频特性的测试，因此，应尽量加以抑制。 （4）输出衰减器：输出衰减器用于改变扫频信号的输出幅度。在扫频仪中，衰减器通常有两组：一组为粗衰减，一般是按每档为10dB或20dB步进衰减；另一组为细衰减，按每挡为ldB或2dB步进衰减。大多数扫频仪的输出衰减可达100dB。,3.6脉冲信号发生器 一。脉冲信号 常见的脉

13、冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等 ：,二。脉冲发生器的分类 根据用途和产生脉冲的方法：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。 三。脉冲发生器的结构 前后沿可调脉冲发生器（P96）如下图： 也称通用脉冲发生器 （去除脉宽，上升/下降沿控制方框为P95的基本脉冲发生器） 功能：能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。,3.7噪声发生器 噪声发生器提供在选定的频率范围内有足够的输出电平并具有所要求的统计参数（如功率密度谱、圴方根值、概率密度函数等等）的噪声信号。结构为：,一。噪声源,噪声源提供在选定的频率范围内有足够高电平和噪声统计参数的噪声信号。 4种噪声源： 1。电阻器噪声源；2。饱和二极管（噪声二极管）噪声源；3。气体放电管噪声源；4。固态噪声源。 二。变换器 变换器将噪声源输出的噪声信号进行（1）放大、（2）展宽频带，（3）改变噪声特性，（4）进行频谱变换，（5）波形平滑。然后送出噪声信号。 三。输出衰减器 输出衰减器的作用是校准噪声信号级别，输出标准级别的噪声信号。,