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1、项目2 信号发生器2.1 项目任务通过本项目的学习和实践，使学习者掌握以下理论知识和职业技能。2.1.1 知识点1.信号发生器的基本概念及应用范围。2.函数信号发生器的基本组成原理，以及信号发生器的主要性能指标。3.熟悉信号发生器的使用方法及注意事项。2.1.2 技能点熟练使用函数信号发生器提供各种测试用信号。2.2 项目知识2.2.1 信号发生器基本概念2.2.1.1 定义信号发生器又称信号源，它是在电子测量中提供符合一定电技术要求的电信号的设备，它能提供不同波形、频率、幅度大小的电信号，主要是正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等，为测试提供不同的信号源。它与电子线路中的电流源、电压源的区
2、别在于它是提供的是电信号，而后者只是提供的是电能。2.2.1.2 分类信号发生器可按输出波形和输出频率两种方法进行分类。1. 按输出波形分类，信号发生器可分为以下四种类型：（1）正弦波信号发生器：可产生正弦波或受调制的正弦波。（2）脉冲信号发生器：可产生脉宽可调的重复脉冲波。（3）函数信号发生器：可产生幅度与时间成一定函数关系的信号，如正弦波、三角波、方波、锯齿波、钟形波脉冲等。（4）噪声信号发生器：可产生各种模拟干扰的电信号。2. 按输出频率可分类，信号发生器可为以下六种类型：（1）超低频信号发生器：频率范围为0.00011KHz。（2）低频信号发生器：频率范围为1Hz1MHz。（3）视频信
3、号发生器：频率范围为20Hz10MHz。（4）高频信号发生器：频率范围为200KHz30MHz。（5）甚高频信号发生器：频率范围为30300Hz。（6）超高频信号发生器：频率范围为300MHz以上。2.2.2 几种常用信号发生器2.2.2.1 正弦波信号发生器1频率特性（1）频率范围。指仪器 各项指标都能得到保证时的输出频率范围，更确切地说，应称为“有效频率范围”。（2）频率准确度。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。可用频率的绝对偏离（绝对误差），或用相对偏离（相对误差）来表示，即，式中，为标称频率。 （3）频率稳定度。指在其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内
4、，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。频率稳定度（实际上是频率不稳定度）指标要求与频率准确度有关，一般振荡器的频率稳定度应比所要求的准确度高12个数量级。2输出特性一个正弦信号源的输出特性主要有：（1）输出信号的幅度。输出信号的幅度常采用两种表示方式：其一，直接用正弦波有效值（单位用V，mV或V）表示；其二，用绝对电平（单位用dBm或dB）表示。（2）输出电平范围。表征信号源能提供的最小和最大输出电平的可调范围。（3）输出电平的频响。指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化，也就是输出电平的平坦度。（4）输出电平准确度。主要由电压表刻度误差、衰减器衰减误差、0dB准确度和输出衰减器决
5、定。它会随温度与供电电压波动的影响而变化。常用“工作误差”来评价仪器的准确度。（5）输出阻抗。信号源的输出阻抗视类型不同而异。低频信号发生器输出阻抗一般有75，150，600几种。高频信号发生器一般为50或75不平衡输出。（6）输出信号的频谱纯度。反映输出信号波形接近正弦波的程度，常用非线性失真度（谐波失真度）表示。一般信号源的非线性失真度应小于1%。3. 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，多数情况下是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲调制等功能。例如QF1481型合成信号发生器同时具有调幅、调频、调相和脉冲调制特性。当调制信号由信号发
6、生器内部产生时，称为内调制。当调制信号由外部加入信号发生器进行调制时，称为外调制。这类带有输出已调波功能的信号发生器，是测试无线电收发设备等场合不可缺少的仪器。2.2.2.2 低频信号发生器图2-1 函数信号发生器电路组成图低频信号发生器由主振器、电压放大器、输出衰减器和电子电压表组成。如图2-1所示。1主振器主振器是低频信号发生器的核心电路。它产生频率可调的正弦信号，决定了信号发生器的有效频率范围和频率稳定度。低频信号发生器中产生振荡信号的方法很多，但日前主要采用RC文氏桥振荡器，图2-2所示的振荡器由两级RC网络和放大器组成。图中R1和C1，R2，C2组成正反馈臂，跨接于放大器的输入端和输
7、出端之间，产生了正弦振荡。振荡频率由R1，C1和R2，C2各元件参数决定。A为两级放大器，RF,RT组成负反馈臂，起到自动稳幅作用。该电路的振荡频率fn为：图2-2 低频信号发生器主振电路由上式可知，改变电阻R(R1或R2)电阻C(C1或C2)的大小均可以改变输出信号的振荡频率。通常电阻R用于频率微调，输出信号的同谋由输入出衰减器控制。2电压放大器电压放大器兼有隔离和电压放大的作用。隔离是为了不使后级电路影响主振荡器的工作；放大是把振荡器产生的微弱振荡信号进行放大，使信号发生器的输出电压达到预定的技术指标，要求其具有输入阻抗高、输出阻抗低(有一定的带负载能力)、频率范围宽、非线性失真小等性能。
8、一般采用射极跟随器或运算放大器组成的电压跟随器。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。通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电阻电位器实现，即输出微调；步进调节由波段转换开关步进调节电阻分压器实现并以分贝值为刻度，也称为输出粗调。4电子电压表电子电压表一般采用均值检波器作为信号输出指示器。用来显示输出电压或输出功率的幅度或对外部信号电压进行测量。2.2.2.3 高频信号发生器高频信号发生器也称为射频信号发生器，信号的频率范围在300KHz-300MHz之间，广泛应用于高频电子线路的测试实验中。该仪器具有一种或一种以上的组合调制(包括正弦调幅、正弦调频以及脉冲调制)功能，以满
9、足各种通信电路及设备的测试。此外，该类仪器的输出信号的频率、电平、调制度均可在一定范围内调节，并能准确读数。高频传号发生器组成原理：高频信号发生器主要由主振级、缓冲级、调制级、内调制振荡器、输出级监测器等部分组成。如图2-3所示。图2-3 高频信号发生器组成框图1主振级调制级是信号发生器的核心 ，用于产生高频振荡信号并可实现调频功能。它一般采用可调频率范围、频率准确度高、稳定性好的LC振荡器，如变压器耦合振荡器、三点式振荡器等。其振荡频率一般改变L进行分挡粗调；改变C进行细调。2缓冲级缓冲级主要起隔离放大作用，用来隔离调制级对主振级产生的不良影响，保证主振级工作稳定，并将主振信号放大到一定的电
10、平。3调制级调制级实现调制信号对载波的调制，它包括调频、调幅和脉冲调制等调制方式。调频方式主要用于30Hz-1000MHz的信号发生器中；调幅方式多用于300kHz-30MHz的高频信号发生器中；脉冲调制方式多用于300MHz以上的微波信号发生器中。信号发生器的调制方式通过面板上的选择开关来进行选择。调制信号可来自内调制振荡器，也可来自外部其他信号源。4内调制振荡器内调制振荡器用于产生调制信号，提供符合调制级要求的音频正弦调制信号。5输出级高频信号发生器输出级具有如下功能：（1）输出级包含功率放大级，提供足够的输出功率。（2）输出级具有输出微调和步进衰减电路，使得输出信号的幅度大小可以任意调节
11、。（3）阻抗匹配：在信号发生器输出端与负载之间加入阻抗变换，使其工作在负载匹配的条件下，否则不仅要引起衰减系数误差，而且还可能影响前级电路的正常工作减少信号发生器的输出功率，在输出电缆中出现驻波。6监测器监测器一般由调制显示仪表和电子电压表组成。用于检测输出信号的载波幅度、调幅度等参数。7电源用来供给整机各部分电路所需的交直流电源。2.2.2.4 函数信号发生器函数信号发生器，它具有调频、调幅等调制功能和压控频度特性，可产生正弦波、方波、三角波等函数波形，广泛用于通信生产测试、仪器维修等工作中。图2-4 函数信号发生器电路组成图函数发生器主要有比较器、积分器、差分放大器三大主要模块电路构成。经
12、比较器产生方波，再经过积分器产生三角波，而后由积分器输出信号反馈给比较器，比较器和积分器组成正反馈闭合电路，使其能够完成自激震荡，分别输出方波和三角波。再经过级间耦合电容接入差分放大器，使其再对三角波进行整形变换，最后输出标准正弦波。由比较器和积分器组成方波/三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。2.2.3 信号发生器使用与维护常识2.2
13、.3.1 选择信号发生器的一般原则信号发生器的应用广泛，种类型号繁多，选择时一般根据具体使用情况进行选择：1.根据被测信号波形选择。2.根据被测信号频率选择。3.根据测试功能选择。低频信号发生器主要用于检修、测试或调整各种低频放大器、扬声器、传声器、滤波器等器件的频率特性，也可用于高频信号发生器的外调制信号源。此外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。高频信号发生器主要用于测量各种无线电接收机的灵敏度、选择性等参数，同时也为调试高频电子电路提供所需的各种模拟射频信号。函数发生器可用于伺服系统、自动测试系统、音频放大器、滤波器等的实验研究中，也可用于神经刺激和麻醉等医疗研究。脉冲信号发生器
14、是专门用来产生脉冲波形的信号源，可用于测试视频放大器、宽带电路的振幅特性、过度特性，逻辑元件的开关速度、数字电路研究以及示波器的检定与测试等。它广泛用于电子测量系统以及数字通信、雷达、激光、航天、计算机技术、自动控制等领域。4.根据测量准确度要求选择。信号发生源按性能指标可分为普通和标准信号发生器。前者是指对输出信号的频率、幅度准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器，后者是指输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内可连续调节，且读数准确、稳定，屏蔽良好的中、高挡信号发生器。2.2.3.2 使用注意事项1. 使用前应认真阅读仪器说明书，了解其基本性能、使用方法。2. 接通电源前
15、，检查测量装置的接线是否正确。仪器的量程、频段、衰减、输出等旋钮是否有松脱、错位现象。3. 仪器预热。4. 对于表针指示的仪器，应在接通电源前进行机械调零。观察指针是否指零或规定值，如有差异，可用螺丝刀轻轻旋转机械调零旋钮，使表针指示为零。在仪器通电并充分预热后，进行电气调零，将仪器的输入端短路，调节仪器使其读数指示零或规定值。对于具有内部校准装置的仪器，使用前要正确校准。5. 正确连接测量电路连线，并选择合适的量程。6. 日常维护应注意：防尘、防潮、防腐、防振动等。2.3 项目实施2.3.1 EE1640C型函数信号发生器发生器简介2.3.1.1 EE1640C函数信号发生器主要特征1采用大规模单片集成精密函数发生器电路，使得该机具有很高的可靠性及优良性能/价格比。2采用单片微机电路进行整周期频率测量和智能化管理，对于输出信号的频率幅度用户可以直观、准确的了解到（特别是低频时亦是如此），因此极大的方便了用户。3该机采用了精密电流源电路，使输出信号在整个频带内均具有相当高的精度，同时多种电流源的变换使用，使仪器不仅具有正弦波、三角波、方波等基本波形，更具有锯齿波、脉冲波等多种非对称波形的输出，同时对各种波形均可以实现扫描、FSK调
