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1、第2章 测量用信号发生器,（一）学习目标 基本了解：低频、高频信号发生器的组成原理； 频率合成原理与正弦波形成电路原理。 重点掌握：信号发生器分类与功能，主要技术指标，基本操作使用。 （二）技能目标 掌握常见低频、高频信号发生器的使用方法。,2.1 信号发生器的种类和技术指标 2.2 低频信号发生器及其应用 2.3 高频信号发生器及其应用 2.4 函数信号发生器及其使用 2.5 合成信号发生器 本章小结,返回主目录,仪器示例1 函数信号发生器/计数器,仪器示例2 高频信号发生器,2.1 信号发生器的种类和技术指标,2.1.1 信号发生器的用途 测量用信号发生器可以给被测设备提供各种不同频率的正
2、弦波信号、方波信号、三角波信号等，信号的幅值可按需要进行调节，然后由其它的测试仪器观测其输出响应。,信号发生器的功用主要有以下三方面： （1）用作激励源 （2）用作信号仿真 （3）用作校准源,2.1.2 信号发生器的分类,信号发生器种类繁多，用途广泛，可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。 通用信号发生器具有广泛而灵活的应用性，按输出波形可分为正弦波信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器等。 通用信号发生器根据工作频率的不同，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频几大类。,2.1.3 信号发生器的一般组成,主要由振荡器、变换器、输出电路、电源、指示器五部分组成。,波形发生,阻
3、抗变换,2.1.4 信号发生器的主要技术指标,1.频率特性 （1）有效频率范围 有效频率范围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 信号发生器的频率准确度是指信号频率的实际值fx与其标称值f0的相对偏差。,（3）频率稳定度 短期频率稳定度是指信号源在规定的时间内（15min）预热后，其输出频率产生的最大变化，用公式可表示为：,长期频率稳定度是指信号源在长时间内（如3h,24h等）输出频率的变化。,2.输出特性 （1）输出形式 信号发生器的输出形式有平衡输出（即对称输出u2）和不平衡输出（即不对称输出u1）两种形式。,（2）输出阻抗 信号发生器的输出阻抗因信号发生器的类型不同
4、而不同。,3.调制特性 对高频信号发生器来说，一般都能输出调幅波和调频波。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制；当调制信号由外部电路或低频信号发生器提供时，称为外调制。,2.2 低频信号发生器及其应用,2.2.1 低频信号发生器的组成与技术指标,1.振荡器 （1）RC文氏桥式振荡器 RC文氏桥式振荡器具有输出波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可调范围宽等特点，故被普遍应用于低频信号发生器的振荡器中。,（2）差频式振荡器 RC文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数比较小，为了在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围，可以采用差频式低频振荡器。,例如，假设f2=3.4MHz，f1可调范
5、围为3.3997MHz5.1MHz，则振荡器输出的差频信号频率范围为300Hz1.7MHz。 输出频率覆盖系数为 可见，差频式振荡器产生的低频正弦信号其频率覆盖范围很宽，且无需转换波段就可在整个频段内实现连续可调。差频式振荡器的缺点是电路复杂，其频率稳定度也比较低。,2.放大器 低频信号发生器的放大器包括电压放大器和功率放大器，以达到实现输出一定电压幅度和功率的要求。电压放大器的作用是对振荡器产生的微弱信号进行放大，并把功率放大器、输出衰减器以及负载和振荡器隔离起来，防止对振荡信号的频率产生影响，所以又把电压放大器称为缓冲放大器。,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，
6、由连续调节器和步进调节器组成。常用的输出衰减器原理图如图2.6所示，图中的电位器R为连续 调节器（电压幅度细调），电阻R1R8与 开关构成了步进衰减器，开关就是步进调 节器（电压幅度粗调）。调节R或变换开 关的挡位，均可使衰减器输出不同的电压 幅度。步进衰减器一般以分贝（dB）值即 20lg（UO / Ui）来标注刻度。,图2.6 衰减器原理图,接放大器 输出,信号发生 器输出,现以波段开关置于第二档为例，根据下式计算出衰减量为： 根据XD2型低频信号发生器衰减器的参数计算得： 两边取对数 同理第三档为：,2.2.2 低频信号发生器的操作使用实例,1熟悉面板 仪器的面板结构通常按功能分区 。
7、2掌握正确的操作步骤 （1）准备工作 。 （2）输出频率调节。 （3）输出阻抗的配接。 （4）输出形式的选择。 （5）输出电压的调节和测读。 在使用衰减器（0dB挡除外）时，由于指示电压表的示值是未经衰减器之前的电压，故实际输出电压的大小应为：示值电压衰减倍数。,例如，信号发生器的指示电压表示值为20V，衰减分贝数为60dB，输出电压应为0.02 V（20 V =0.02 V）。表2.2列出了衰减分贝数与电压衰减倍数的对应关系。,表2.2 衰减分贝（dB）与电压衰减倍数的对应关系,图2.7 低频信号发生器功率输出端及其接法,3. FJ-XD22PS 低频信号发生器的操作使用,图2.8 FJ-X
8、D22PS低频信号发生器的面板,（1）FJ-XD22PS低频信号发生器面板上各旋钮开关的作用,（2）FJ-XD22PS低频信号发生器的主要技术性能 信号源部分 频率计部分（内测和外测） （3）基本操作 （4）测量实例 用FJ-XD22PS低频信号发生器输出频率为1000Hz，有效值为10mV的正弦波。 必须说明的是：该信号发生器的测频电路的显示滞后于调节，所以旋转旋钮时要求缓慢一些；信号发生器本身不能显示输出信号的电压值，所以需要另配交流毫伏表测量输出电压，当输出电压不符合要求时，选择不同的衰减再配合调节输出正弦信号的幅度旋钮，直到输出电压为10mV。,2.2.3 低频信号发生器的典型应用,低
9、频信号发生器输出中频段的某一频率（如音频放大器可选1 kHz左右）信号，加到被测放大电路的输入端。输入幅度由毫伏表监测，不要过大，否则输出会失真。输出同时用毫伏表和示波器测试，使输出信号在基本不失真、无振荡和严重干扰的情况下进行定量测试。电压放大倍数为：AV = UO /Ui。,被测放大器和测量仪器连接图,放大电路,信号 发生器,示波器,毫伏表,2.3 高频信号发生器及其应用,高频信号发生器也称射频信号发生器，通常产生200kHz 30MHz的正弦波或调幅波信号，在高频电子线路工作特性（如各类高频接收机的灵敏度、选择性等）测试中应用较广。,2.3.1 高频信号发生器的组成与原理,高频信号发生器
10、组成的基本框图如图2.10所示，主要包括主振器、缓冲级、调制级、输出级、衰减器、内调制振荡器、监测电路和电源等部分。,1可变电抗器 2内调制振荡器 内调制振荡器用于为调制级提供频率为400Hz或1kHz的内调制正弦信号，该方式称为内调制。当调制信号由外部电路提供时，称为外调制。 3调制级 高频信号发生器主要采用正弦幅度调制(AM)、正弦频率调制(FM)、脉冲调制(PM)、视频幅度调制(VM)等几种调制方式。 4输出级,2.3.2 高频信号发生器的主要性能指标,（1）频率范围 100kHz 30MHz，分8个频段，与频率调节度盘上的8条刻度线相对应。频率刻度误差1%。 （2）输出电压与输出阻抗。
11、 在“0 0.1V”插孔：分10，100V，1，10，100 mV五挡，每挡可以微调，输出阻抗为40。 在“0 1V”插孔：输出0 1V，且连续可变，输出阻抗约为40。 在有分压电阻时的电缆（电缆分压器）终端，“0.1”插口输出为0.1V10 mV，输出阻抗为8。“1” 插口输出00.1V，输出阻抗为40。 （3）调幅频率 内调幅分400Hz和1 kHz两种；外调幅50 8000 kHz连续可调。 （4）漏讯 0.3V。,2.3.3 高频信号发生器使用步骤与技巧,调幅高频信号发生器型号不少，但是它们除载波频率范围、输出电压、调幅信号频率大小等有些差异外，它们的基本使用方法是类似的。,1面板装置
12、 XFG-7型调幅高频信号发生器面板图如图2.11所示。,2使用步骤与技巧,（1）等幅波输出 将调幅选择开关置于等幅位置。 根据所需频率，将波段开关置于相应的频段，粗调旋钮调到所需的频率附近，然后再调节频率微调旋钮，以得到准确的频率。 调载波调节旋钮，使电压表指示在红线上。 如果需要的信号电压值大于0.1V时，应从0lV插孔输出。这时仍应调节载波调节旋钮，使电压表指示在lV上，如果输出-微调旋钮置于5处，就表示输出电压为0.5V。,（2）调幅波输出 使用内调制信号。 使用外调制信号。,2.3.4 调幅高频信号发生器的典型应用,1.接线方法,注意：输出电缆不应靠近仪器的电源线，两者更不能绞在一起
13、。,2收音机中频的校准,超外差式收音机中频变压器的调整又称校中周，即调整中周磁芯或磁帽使中频选频回路的谐振频率为465kHz，从而保证中频信号得到充分的放大 。,（1）将高频信号发生器按要求调在载频为465kHz、调幅度为30%的调幅信号上，然后把该信号引入收音机的天线调谐回路中，再将示波器、电子电压表接入前置低放级的输出端。 （2）由小到大调高频信号发生器的输出信号，直到能听到扬声器发出调制音频信号的声音。 （3）用无感旋具由末级逐级向前反复调整调各级中周的磁芯，直到扬声器的声音最响或毫伏表的指示值最大为止。,3灵敏度的测试 （1）调整仪器输出信号的载波频率到需要的数值（一般用600kHz，
14、1000kHz，1400kHz三点测定广播段），这时输出信号仍为30%调幅度的400Hz调幅波。 （2）调节仪器的输出电压使接收机达到标准的输出功率值（按各种接收机的技术条件定）。 （3）依次测试各频率（仍维持标准输出功率值），将各个频率时仪器的输出电压作为纵坐标，频率作为横坐标，绘成曲线，就得到接收机的灵敏度曲线。,4选择性的测试 （1）调整仪器输出信号的载波频率到需要的数值，输出信号仍为30%调幅度的400Hz调幅波。 （2）调整接收机，使输出最大。再调节输出-微调旋钮，使接收机输出维持标准输出功率值。 （3）改变仪器输出频率（每5kHz变一次)，这时维持接收机不动，再调节输出-微调旋钮，
15、使接收机输出仍为标准输出功率值，记下仪器的输出电压值。 （4）依次用同样方法测试各频率，将各个频率时的电压值与第一次的电压值的比值作为纵坐标，频率作为横坐标，绘成曲线，就得到接收机的选择性曲线。,2.4 函数信号发生器 函数信号发生器实际上是一种能产生正弦波、方波、三角波等多波形的信号源，由于其输出波形均为数学函数，故称为函数信号发生器。,2.4.1 函数信号发生器的组成与原理 1.方波-三角波-正弦波方式（脉冲式）,脉冲式函数信号发生器先由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形。,图2.16 脉冲式函数信号发生器的工作波形图,脉冲式函数信号发生器无独立的主振级，而是由施密特触发器
16、、积分器和比较器构成的闭合回路构成的自激振荡器，它产生的最基本波形是方波和三角波。,2.正弦波-方波-三角波方式（正弦式） 正弦式函数信号发生器先振荡出正弦波，然后经变换得到方波和三角波，其组成如图2.17所示。它包括正弦振荡器、缓冲级、方波形成器、积分器、放大器和输出级等部分。,其工作过程是： 正弦振荡器输出正弦波，经缓冲级隔离后，分为两路信号，一路送放大器输出正弦波，另一路作为方波形成器的触发信号。,2.4.2 正弦波形成电路 在前面讲过的脉冲式函数信号发生器中，正弦波形成电路起着非常重要的作用，它主要用于将三角波变换成正弦波。,具体原理如下： 在三角波的正半周，当ui 瞬时值较小时，所有的二极管都被+E和 E截止，ui 经电阻R直接输出，即uo= ui，输出与输入波形相同。,三角波,正弦波,当ui 瞬时值上升到U1时，二极管VD1导通，电阻R、R1、R1a构成第一级分压器，输入三角波通过该
