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1、第3章 信号发生器,（第一部分）,本章要点,测量用信号发生器，通常称为信号源。,信号源的功用、种类和主要性能指标,通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用,合成信号源的组成原理、特性和应用,频率合成技术的发展状况,3.1 信号发生器概述,3.1.1 信号发生器的功用,1.作激励源 作为某些电气设备的激励信号。,2.信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特 性的信号，如对干扰信号进行仿真。,3.校准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准 （或比对）。,3.1.2 信号发生器的分类,2. 按波形分,正弦-,脉冲-,函数-产生函数通用波形,噪声-,t,4. 按频率产生办法分
2、,谐振-由频率选择回路控制正反馈 产生振荡。,合成-由基准频率通过加、减、乘、 除组合一系列频率。,5. 按频率范围分,表3.1 信号源按频率划分表,3.1.3 正弦信号发生器的性能指标,在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛 的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。,1. 频率范围,指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可 由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误 差要求。,2.频率准确度,频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输 出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示,（3.1）,3. 频率稳定度,频率稳定度指标要求与频率准确度
3、相关，频率准确度是由频率 稳定度来保证的。频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情 况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化 的大小。按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和 长期频率稳定度。,4.失真度与频谱纯度,定义,测量：低频信号发生器用失真系数,高频信号发生器用频谱纯度,5. 输出阻抗,低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600（或1k） 功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50、75、 150、600和5 k等档,高频信号发生器一般仅有50或75档。,信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若 负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读
4、数是不 准确的。,6. 输出电平,输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定 的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率在其衰减范围内所 得到输出幅度的有效范围。,信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波 有效值标定的。,7.调制特性,高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一 种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅AM信号和调频 FM信号，有些还带有调相和脉冲调制PM等功能,3.2 通用信号发生器,本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号发生器， 以区别后面介绍的合成信号发生器。,例：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展， 但框图原理未
5、变。,3.2.1 低频信号发生器,图3.3 低频信号源组成框图,波段式,差频式,频率覆盖范围大小通常用频率覆盖系数表示：,（3.7）,以通信中常用的某电平振荡器（实际上就是低频信号发生器） 为例，f1=3.3997MHz5.1000MHz，f2=3.4000MHz，则 f0=300Hz1.7000MHz。比较一下频率覆盖系数,而可变频率振荡器（相当波段式中一个波段）的频率覆盖系数为,可见，差频式信号发生器的频率覆盖范围大得多。,2. 主振荡器的特点,低频信号发生器中的主振荡器大多都采用文氏桥式振荡器， 其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。,文氏桥式振荡器是典型的RC正弦振荡器
6、。其振荡频率决定于 RC式反馈网络的谐振频率，表达式为：,（3.8）,在低频信号发生器中为何不采用较熟悉的LC振荡器呢？这是 因为LC振荡器的频率决定于：,（3.9）,原因 频率较低时，L、C 数值大，相应的体积、重量也相当 大，分布电容、漏电导等也都相应很大，而品质因数Q值降低 很多，谐振特性变坏，频率调节也困难。而在RC振荡器中， 频率降低，增大电阻容易做到，且功耗也可减小。,原因 在LC振荡器中,成反比，因而同一波段内频率,覆盖系数很小。例如L固定，调节电容C改变振荡频率，设电容 器调节范围为40 pF450pF，则频率覆盖系数为,而用RC振荡器，由（3.8）式可知，,成反比，频率,覆盖
7、系数为,在一个波段内有较大的频率覆盖系数。,3.低频信号发生器的主要技术特性,目前，低频信号发生器主要技术指标的典型数据大致如下：,频率范围： 1Hz1MHz分频段，均匀连续可调,频率稳定度：优于0.1%,非线性失真：0.1%1%,输出电压：0V10V,输出功率：0.5 W5W 连续可调,输出阻抗：50,75,600，5k,输出形式：平衡输出与不平衡输出,3.2.2 高频信号发生器,1. 高频信号发生器的组成原理,标准调制：F=1000Hz m=30%,若语音调制则成小电台,l)主振级,主振级通常是LC三点式振荡电路，产生具有一定工作频率 范围的正弦信号。,2)缓冲级,它主要起阻抗变换作用，用
8、来隔离调制级对主振级。,3)调制级,为了测试各种接收机的灵敏度和选择性等性能指标，必须用已 调制正弦信号作为测试信号，这个任务在调制级中完成。调制 的方式主要有调幅、调频和脉冲调制。调幅多用于 100kHz 35MHz的高频信号发生器中，高频信号发生器中的调幅，一般 采用正弦调制。调频主要用于30MHz1000MHz信号发生器 中，脉冲调制多用于300MHz以上的微波信号发生器中。,标准调制：F=1000Hz m=30%,4)输出级,输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压达到V 数量级。输出电平的调节范围宽，衰减量应能准确读数，有良 好的频率特性，在输出端有准确且固定的输出阻抗。,信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的， 若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数 是不准确的。,输出匹配,波段划分,高频信号发生器主振级的LC振荡器，通常是固定电感L，通过改变电容C来调整振荡频率。但这时频率覆盖范围是有限的，可通过下式进行估算：,例3.1 XFC-6型高频信号发生器f =4 MHz300MHz， 试问应划分几个波段？,上式中0.9k的含义是让单回路覆盖系数取小些，这里取k=2， 以保证各波段能衔接覆盖。该例算出n=8，即要划分8个波段。 这时相邻波段的电感值可按下式计算。,3.2.3 脉冲信号发生器,3.2.4 函数信号发生器,
