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1、6.3 函数信号发生器l 函数信号发生器实际上是一种多 波形信号源，可以输出正弦波、方波 、三角波、斜波、半波正弦波及指数 波等。l631函数信号发生器的基本组成与 原理l 构成函数发生器的方案很多，通 常有三种。1方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案 l由外触发脉冲或内触发脉冲触发，触 发施密特电路产生方波，输出信号的 频率由触发脉冲决定，然后经积分输 出线性变化的三角波或斜波，调节积 分时间常数RC值，可改变积分速度， 即改变输出的三角波斜率，从而调节 三角波的幅度，最后由正弦波形成电 路形成正弦波。 l如图6.9所示。内触发 脉冲发生器施密特触发器积分器正弦波形 成电路缓冲放 大器外
2、触发脉冲输入图6.9 方波-三角波-正弦波函数发生器的原理框图ooool2三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案l如图6.10所示。由三角波发生器先产生三角波，然后经 方波形成电路产生方波，或经正弦波形成电路形成正弦 波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。三角波 发生器正弦波形成电路缓冲放大器方波变换电路缓冲放大器图6.10三角波-方波-正弦波函数发生器的原理框图输出正弦波输出方波l3正弦波-方波-三角波函数发生器的构成 方案l由正弦波发生器先产生正弦波，然后经微 分电路产生尖脉冲，用脉冲触发单稳电路 形成方波，经正弦波形成电路产生正弦波 ，最后经过缓冲放大器输出所需信号。正弦波 发生器微分电
3、路正弦波形 成电路方波形成 电路缓冲 放大器缓冲 放大器图6.11 正弦波-方波-三角波函数发生器的原理框图输出正弦波输出方波l632 函数信号发生器的典型电 路l1三角波形成电路l电路框图如图6.12所示，由恒流源控 制电路、恒流源、积分器（包括积分 电容C和运算放大器A）和幅度控制电 路构成。l（1）电压斜升过程l输出电压可表示为 （6-10）l式中 UO1斜升输出电压的瞬时值；l I1 正恒流源的的电流值；l C 积分电容的电容量。l（2）电压斜降过程l输出电压可表示为 （6-13）l式中 UO2斜升输出电压的瞬时值；I2 负恒流源的的电流值；C 积分电容的电容量。l l当正负恒流源的
4、恒流值相等时， 即I1=I2时，可得 到左右对称的三 角波，三角波的 幅度取决于幅度 控制的极限电平 。l若 ，l可得到正、负幅 度对称的波形。2正弦波形成电路l图6.14所示为典型的二极管网络变换电路 ，将三角波变换成正弦波。l（1）在三角波的正半周，当ui的瞬时值很 小时， uo = ui 。l（2）当三角波的瞬时电压ui 上升到u1 ，l（3）当三角波的瞬时电压ui 上升到u2 时，输入 电压和输出电压分别为 随着输入三角波的不断增大，二 极管V3a、V4a依次导通，使得分压器 的分压比逐渐减小，输出电压衰减幅 度更大，使三角波趋近于正弦波。v 同理，当三角波自正峰值逐渐减 小时，二极管
5、V4a、V3a、V2a、V1a 依次截止，分压器的分压比又逐渐增 大，输出电压衰减幅度依次变小，三 角波也趋近于正弦波，如此循环，三 角波变换成正弦波。波形如图6.15所 示。 633 函数信号发生器的性能指标l（1）输出波形。有正弦波、方波、脉 冲和三角波等波形，具有TTL同步输出 、单次脉冲输出等。l（2）频率范围。频率范围一般分为若 干频段，如1Hz10Hz 、10 Hz 100Hz 、100Hz1kHz 、1kHz 10kHz、10kHz100kHz、100kHz 1MHz等六个波段。l（3）输出电压。一般指输出电压的峰 -峰值。l（4）波形特性。不同波形有不同的表 示法。一般地l正弦
6、波的特性用非线性失真系数表示 ，一般要求3%；l三角波的特性用非线性系数表示，一 般要求2%；l方波的特性参数是上升时间，一般要 求100ns。l（5）输出阻抗。函数输出50；TTL 同步输出600。l634 函数信号发生器的应用l函数发生器可用于音频放大器、滤波器、 自动测试系统等的测试。如用于测量低频 放大器的幅频特性。测试过程如下。l（1）按图6.16所示连线。l（2）调节函数发生器，使其输出频率 1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其 送到被测放大器输入端。l（3）在被测放大器输出端接上负载电阻 RL后，再将输出接到毫伏表或示波器的Y 输入端，测出放大器在1kHz时的输出电压 值。
7、l（4）按被测电路的技术指标，在保持函 数发生器输出幅度不变的情况下，逐点改 变信号发生器的频率，逐点记录被测放大 器的输出电压值，然后，根据记录数据， 画出被测放大器的频率特性曲线。 6.4 高频信号发生器 6.4.1高频信号发生器的组成与原理高频信号发生器主要包括主振级 、缓冲级、调制级、输出级、监测电 路和电源等电路。组成的基本框图如图6.16所示。可变电抗 器振荡器缓冲级调制级调制度计输出级电压表内调制振荡 器图6.16 高频信号发生器框图外调制输入电源O外内 OOOFMAM 输出S Ol高频信号发生器的其它单元电路1可变电抗器 2缓冲级 3调制级 4输出级l642高频信号发生器的分类
8、 l 按产生主振信号的方法不同，高 频信号发生器可分为调谐信号发生器 、锁相信号发生器和合成信号发生器 三大类。l643 调谐信号发生器l 由调谐振荡器构成的信号发生器 称为调谐信号发生器。它们的工作频 率 为 6.4.4 锁相信号发生器l锁相环路是由基准频率源、鉴相器（ PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡 器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。基准频率源鉴相器压控振荡器低通滤波器图6.19 锁相环的基本框图foUof0frUiUd651 频率合成的定义l 所谓频率合成，是对一个或多个 基准频率进行频率的加、减（混频） 、乘（倍频）、除（分频）四则运算 ，从而得到所需的频率。l 频率合成的方
9、法很多，但基本上 分为两类，一类是直接合成法，一类 是间接合成法。65 合成信号发生器l直接合成法包括模拟直接合成法和数 字直接合成法。l模拟直接合成法采用基准频率通过谐 波发生器，产生一系列谐波频率，然 后利用混频、倍频和分频进行频率的 算术运算，最终得到所需的频率；l数字直接合成法则利用RAM和DAC 结合，通过控制电路，从RAM单元 中读出数据，再进行数模转换，得到 一定频率的输出波形。l间接合成法则是通过锁相技术进行频 率的算术运算，最后得到所需的频率 。652 直接合成法l1固定频率合成法l石英晶体振荡器提供基准频率，基准频率经分 频器、倍频器后输出。输出频率为（6-16）l式中 D
10、分频器的分频系数；N倍频器 的倍频系数； f0输出频率；fr基准频 率。l D、N均为给定的正整数，所以输出频率为一 固定值，称为固定频率合成法。基准频率计D分频器N倍频器frf0图6.20 固定频率合成法原理图l2可变频率合成法l l3数字直接合成法l电路由程控时钟发生器、顺序地址发 生器、ROM、锁存器和DAC变换器构成 。653 间接合成法l间接合成法通过锁相环来完成频率的 加、减、乘、除，最后获得需要的频 率。l1.基本锁相环l基本锁相环是由基准频率源、鉴相器 （PD）、环路滤波器（LPF）和压控 振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈 系统。2.混频式锁相环l是能对输入频率进行加、减运算
11、的锁相 环。它是在基本锁相环的反馈支路中加 入混频器和带通滤波器组成的。如果混 频器是和混频，则输出频率 ； 如果混频器是差混频，则输出频率 。3.倍频式锁相环l是利用锁相环对基准频率进行乘法运 算的锁相环，简称倍频环。基准频率源鉴相器低通滤波器压控振荡器分频器（/N）数字控制式倍频器fi图6.25 倍频式所相环框图Ud f0分频式锁相环l是利用锁相环对基准频率进行除法运算的锁相环，简称分频环。l在锁相环锁定条件时，满足 ，所以 ，实现了分频。如图6.26（a）、（b）所示。 l组合式锁相环l图6.26所示，为混频环和倍频环构成 的组合环，锁定时可产生2MHz频率 的信号。频率源鉴相器低通滤波
12、器压控振荡器分频 器10带通滤波器混频器频率源1MhzUdf0图6.26 组合式锁相环构成8MHZ654 频率合成器应用举例6.6 扫频信号发生器l661 概述l 输出信号的频率随时间按一定 规律、在一定范围内重复连续变化 的信号源，称为扫频信号发生器。l1扫频信号的特性l（1）输出信号的频率随时间按一定的规律 变化。l（2）输出信号的频率受控制参量控制。l（3）扫频信号源的输出振幅在整个扫频范 围内应保持平稳。l（4）扫频信号源应能产生同步的扫描信号 和频率标志。l2对扫频信号发生器的基本要求l（）中心频率范围大且可连续调节。l（）扫频宽度要宽且可任意调节。l（）寄生调幅要小。l（）扫描线性
13、度好。l3扫频信号发生器的优点l（1）可实现网络频率特性的自动或半自动 测量，特别是在进行电路测试时，人们可 以一面调节电路中的有关元件，一面观察 荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速 地将电路性能调整到预定的要求。l（2）由于扫频信号的频率是连续变化的， 因此，所得到的被测网络的频率特性曲线 也是连续的，不会出现由于点频法中频率 点离散而遗漏掉细节的问题。l（3）扫频测量法是在一定扫描速度下获得 被测电路的动态频率特性，符合被测电路 的应用实际。 l662 扫频振荡器的工作原理l1变容二极管扫频l 变容管扫频振荡器利用变容管容 量改变达到改变频率的目的。l变容二极管是一种电压控制的可变电 抗
14、器。可以证明，变容二极管的电容 特性为（6-16 ） l式中 l cj0 变容二极管反向电压为零时的结 电容；l U0 PN结势垒电压；l n电容的变化系数；l U加到变容二极管两端的反向电压 。l若n，则变容二极管的电容为(6-18）l变容二极管特性曲线如图6.29所示。 BT4型低频率 特性测试仪中 采用的是变容 二极管扫频振 荡电路。如图 6.30所示。l磁调电感扫频l 磁调电感法扫频通过磁场改变电 感量，达到改变振荡器的频率的目的 。l 带磁心的电感线圈，其电感量LC 与该磁心的有效导磁系数之间存在着 线性关系。 l （6-19）l式中 L空心线圈的电感量；l 磁芯的增量导磁系数；l 有效导磁系数；l 磁芯的利用率。l原理如图6.31所示。l磁调电感振荡器的振荡频率为l (6.2 0) l式中 l L空心线圈的电感量；l 磁心的增量导磁系数；l 磁心的利用率；l C谐振回路的电容。663 扫频法测试的基本原理6.6 脉冲信号发生器l脉冲信号发生器可以产生不同重复频率， 不同的宽度和幅度的脉冲信号。通用脉冲 信号源的组成如图6.34所示。 1测量信号源的选择l（1）根据被测信号的频率进行选 择。l（2）根据测试功能选择。l（3）根据被测信号波形选择。l（4）根据测量准确度的要求进行 选择。6.8 测量信号源的选择和使用l2测量信号源
