信号源

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1、第三章第三章 信号源信号源3.1 概述一.功用：在电子测量技术领域内，几乎所有的电参量都需 要或可以借助信号源（发生器）作为测量激励，信 号仿真，校准源。例：测放大器（网络）特性： 测放大系数， f 一定， 测频率（稳态）特性：f 可在CRT上得A的幅频特性（点频，扫频） 测过渡特性（瞬态）特性：送入脉冲可在CRT上看A的过渡特性 测失真系数：用失真仪或谐波分析仪取代示波器二.分类种类繁杂，无统一规范通用：可供各种测量用 按通用专用分专用：只供某种特殊的测量用，如电视信号发生器正弦信号源（合成信号源） 按输出波形分 脉冲信号源函数发生器噪声发生器超低频 10-4 Hz 1KHz低频 1 Hz2

2、0K Hz音频 按频段分 视频 20 Hz10M Hz高频 200K30（300）MHz超高频 300M Hz信号发生器：输出功率较大，但误差与失真较大 按功能分标准信号源：能准确读数，屏蔽良好，提供足够小的电压按调制类型： 调幅（AM），调频（FM）脉冲调制（PM）按信号产生的方法：谐振法，合成法三.对测量信号源的基本要求1.能输出指定的波形，如纯正弦、脉冲、调幅、调频等2.波形参数已知：幅度，调幅（频）系数，脉冲的 、 等3.输出信号f 已知：且可调，有一定的频率范围、准确度、稳定度等4.输出幅度已知：可调（连续、步进）5.输出阻抗已知（好进行匹配）四.信号源（正弦）的主要技术指标三大项：

3、有效频率范围 各项指标均能保证 1频率特性 频率准确度 一般110 标准源（080）标准30频谱纯度等五. 正弦信号源组成核心： 主振级。其决定了信号源最重要的指标：f范围、准确度、稳定度、谱纯度等。 常用电路形式 RC振荡器： 低频 可调范围大、稳定度差LC振荡器 ： 高频晶振： 可调范围小、稳定度高3.2 正弦信号源一、低频信号源 1、组成原理2、主振级 文氏电桥 一般选RC振荡器移相式一般取R1R2，C1C2移相式f 上限受 影响及R不能太小所限，下限可低于1Hz差频式一般输出频率覆盖范围宽如覆盖系数对可变振荡器要求二、高频信号源常用于测各类高频接收机的工作特性 1、工作原理框图2、主振

4、级 电容三点式 f 上百MHz电容三点式 电感三点式f下限受LC 体积及损耗所限频率覆盖系数 7 (f连续可变范围)显然k较小(难以满足实际要求),故一般作成波段式.波段划分 (例 3.1)若要求k=753、输出级作用： 步进衰减，阻抗匹配一般电路形式：单节 多节:单节串联若给定 特性阻抗 有N 电压衰减系数阻抗变换为什么要阻抗匹配 ?可得到最大输出功率 输出幅度是在匹配状态下刻度 可防止产生驻波一 .概述传统信号源的致命缺陷：稳定度（准确度）低，一般是103 以下频率合成源可达109，甚至更高。借助电子技术和计算机技 术，对一个或几个基准频率进行加减（滤波）乘（倍频）除（分 频）运算，以得到

5、一系列所需的频率值。基准频率信号一般由晶振产生。输出频率的准确度及稳定度与基准同一量级。108以上。频率的合成：对一或几个基准频率进行频率的四则运算。 3.3 3.3 合成信号源合成信号源加减混频乘除倍频分频大量的离散频率点基准频率可用一个高稳定的晶振组成频率合成方法直接合成间接合成（锁相环）模拟 对基准频率直接四则运算数字 计算机技术，集成电路（储存器）f0 一般为离散值固定频率合成谐波法 常用方法 连续混频法 连续混频分频法二 .频率模拟直接合成DAFS特点：借助电子线路直接对基准频率进行算术运算，输出各种需要的频率。1.固定频率合成法 图为固定频率合成的原理电路。图中石 英晶体振荡器提供

6、基准频率 ，D为分频器的 分频系数，N为倍频器的倍频系数。因此，输 出频率 为其中，D和N均为给定的正整数。输出频 率 为定值 。2.谐波法改变滤波器参数可得到需要的m 常用于产生辅助参考频率3.连续混频法此法可用来合成覆盖较宽、间隔较密的大量频率 。此例可在36.999MHz产生4000个频率( =1KHz） 得 （0.395+3.555+35.05-36）3MHz （0.404+3.645+35.95-33）=6.999MHz缺点：不宜合成 很小的大量 ，因为 小时，振荡器频率很低、滤波困难。但此点在合成源中很重要，因为合成器需很小的 很宽的覆盖范围。增量小的振荡器应放在前面，否则滤波困难

7、。4.连续混频分频法此法可得到很小的频间，各合成单元有相近 的输入频率和相同的电路，因此得到广泛应用。工作原理如下图所示：电路有4个十进合成单元。 由于有相同的辅助基准频率F（16MHZ）， （2.0 2.9MHZ）. 由频率选择开关选择且 (频率增量的步进值) 有相近的输入频率 22.1MHZ（k=1,2,3,4）因此，各单元可采用完全相同的电路，共用一个 辅助频率发生器。此例用12个辅助频率，可合成2.00000 2.099999MHZ范围内10000个频率，最小频间10HZ。增多合成单元可得到更小频间。合成单元可根据需要改成4进、二进制。(2)频率合成级数各单元电路相同只讨论其中任一个单

8、元的频率关系，即可了 解整个合成器频率关系。由图有由图有式中：式中：F F固定基准频率固定基准频率可变基准频率 可变基准频率第个单元输入频率 第个单元输入频率第个单元输入频率 第个单元输入频率除F外，其余均可调节。 可认为它们由两部分组成：一是基本部分，固定不变；一是增量部分，可随需要改变。 因此可假设：由图有由图有其中：其中： 的基本部分，各单元相等。的基本部分，各单元相等。的增量部分 的增量部分的最小增量 的最小增量0 09 9的整数（对十进合成单元而言）的整数（对十进合成单元而言）其中： 其中： 基本部分，各单元相等。基本部分，各单元相等。 、 的增量 、 的增量将后三个式子代入第一个得

9、：显然等式两边的基本部分与增量部分应分别相等。 从而有：式（3）由式（3）可得：上式类似于一个几何级数，称为十进频率合成器的 频率合成级数。由上式可知，对于有个单元的十进合成器来说，其 频率增量的最大调节范围和最小值分别为：图的实例中，因 4，的 100KH式（4）式（4）说明，若要增大0可变范围，必须使增大，从而 增大。若 为10MH，则 至少得在1000MH以上。这将带来一系列的问题。 因此，此法不宜用于绝对覆盖频率很宽的范围。现代合成信号发生器的组成一般为：用此法合成变化范围在1MH以下的各位频率用连续混频法合成10MH以上的各频率。三、频率数字直接合成DDFS由于大规模集成电路的发展以

10、及计算机技术的 普及，开创了另一种信号合成方法直接数字合 成法（DDS，Direct Digital Frequency Synthests）。从“相位”的概念出发进行频率合成。这种合成 方法不仅可以给出不同频率的正弦波，而且还可以 给出不同初始相位的正弦波，甚至可以给出各种任 意波形。这在前述模拟频率合成方法中是无法实现 的。 1.直接数字合成基本原理2、方法（1）规则信号函数法按相位列表: 以正弦波为例 在正弦波1周期(360)内，按相位划分为若 干等分，将各相位所对应的幅值A按二进制编码 并存入ROM。设 ，则一周期内共有60等 分。由于正弦波对180为奇对称，对90和 270为偶对称，

11、因此 ROM中只需存090范 围的幅值码。若以 计算，在0 90 之间共有15等分，其幅值在ROM中占16个地址单 元。 表 正弦函数表（正弦波信号相位与幅度的关系）地址码相位幅度（满度值为 1）幅值编码000000.00000000 000160.10500011 0010120.20700111 0011180.30901010 0100240.40601101 0101300.500100000110360.588100110111420.66910101 1000480.74311000 1001540.80911010 1010600.86611100 1011660.9141110

12、1 1100720.95111110 1101780.97811111 1110840.99411111 1111901.00011111频率改变方法：时钟、fc一定，变采样点（率）k变fc（2）非规则信号作图法在坐标纸上将波形量化，把对应关系画 出，将数据顺序存入ROM3、特点四 .频率的间接合成锁相合成利用锁相环完成四则运算1.基本锁相环频率锁定需要一定时间-“捕捉时间”频率锁定有一定范围-“捕捉带宽”锁相环开始工作时，一般，则的相位差随时间变化2. 倍频环3. 分频环4.混频环5组合环基本运算环（单环）的输出f范围及分 辨力均难以满足实际要求。6. 多环合成由于 只要使基准频率远大于内插

13、振荡频率（ 这里取 ） 即可保证 7.锁相合成频率的连续输出加入一设计适当内插振荡器混频式锁相环（加减运算）-基 准频率若 为内 插连续调 节振荡器 ，则 可 输出一定 范围内连 续可调频 率。加入内插 振荡器能 否影响 稳定度？3.4扫频信号源 一、 扫频源及应用测被测网络的频率特性传统的人工描点法手工变f,逐点测出V，然后作图电子式扫描：扫频源定义：输出信号频率随时间在一定范 围内反复线性变化的正弦信号 发生器二、扫频源工作原理实现方法较多1.磁调电感扫频振荡器2.变容管扫频振荡器 3.YIG扫频振荡器 4.返波管扫频振荡器三、扫频源的主要工作特性扫频线性振幅平稳性有效扫频宽度3.5其他信

14、号发生器 一、 脉冲发生器1.矩形脉冲的参数主要参数如下：重复频率f 脉冲幅度Urn 脉冲宽度 上升时间tr 下降时间tf 占空系数T 上冲量 反冲量 平顶落差U 偏移E 矩形脉冲通常以水平0轴为基准，有些脉冲发生器输出脉冲可在零轴上下平移，其平移的幅度称为偏移 。2.脉冲信号发生器的组成原理脉冲信号发生器的基本组成包括主振级、延迟级 、脉宽形成级、整形级、输出级等部分 主振级：自激多谐振荡器 晶体振荡器 锁相振荡器产生矩形波 也可将正弦振荡信号放大、限幅后得到 二、 函数发生器多波形信号发生器。它可以产生正弦波、方 波、三角波、锯齿波等等。 函数信号发生器的构成方式较多。通常是以 某种波形为

15、第一波形，作主振器，然后利用第一 波形导出其它波形。 三、 任意信号发生器561 概述在20世纪70年代以前信号发生器主要产生正弦波以及脉冲波，或者介于这两者 之间 的函数波形。在70年代之后，微机技术的应用不仅使信号源性能有很大的改善， 而且还扩 大了信号源的功能能够产生更复杂的波形，如衰减振荡正弦波、随机脉冲波 、指数形脉 冲等，这些波形还是属于“有规律”的。到了70年代后期，一种新型信号源问世，它 可以产生 “无规律”的任意波形、称为任意波形发生器(Afbit船ry w别ef02mr6M船血，简写为 AFc)。实际上，自然界有很多无规律的现象，例如雷电、地震、动物的心脏跳动及 机器运转时的 振动等现象都是无规律的甚至一去不复返。为了对这些问题进行研究，就要模仿 这