最新-第3章-信号发生器-PPT课件

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1、第第3章章 信号发生器信号发生器 第第3章章 信号发生器信号发生器 3.1 信号发生器概述信号发生器概述 3.2正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标 3.3 低频低频信号发生器信号发生器3.4 射频射频信号发生器信号发生器3.5 扫频扫频信号发生器信号发生器3.6脉冲信号发生器信号发生器3.7噪声发生器噪声发生器第第3章章 信号发生器信号发生器 3.1 信号发生器信号发生器概述 一、信号发生器的用途 1.信号源的作用信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器。则波形的信号发生器。 信号源的用途主要有以

2、下三方面：信号源的用途主要有以下三方面： 激励源。激励源。 信号仿真。信号仿真。 标准信号源。标准信号源。第第3章章 信号发生器信号发生器 二.信号源的分类1. 按频率范围 大致可分为六类： 超低频信号发生器 0.0001Hz1000Hz； 低频信号发生器 1Hz1MHz； 视频信号发生器 20Hz10MHz； 高频信号发生器 200KHz30MHz； 甚高频信号发生器 30KHz300MHz； 超高频信号发生器 300MHz以上。 第第3章章 信号发生器信号发生器 2. 按输出波形,大致可分为： 正弦波形发生器； 脉冲信号发生器； 函数信号发生器； 噪声信号发生器。3. 按照信号发生器的性能

3、指标 可分为： 一般信号发生器； 标准信号发生器； 第第3章章 信号发生器信号发生器 三.信号发生器的组成 第第3章章 信号发生器信号发生器 3.2 正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标1. 频率特性（1）频率范围（2）频率准确度 （3）频率稳定度 第第3章章 信号发生器信号发生器 四、温度、电源、负载变化而引起的频率变动量四、温度、电源、负载变化而引起的频率变动量（）温度引起的频率变动量（）（）电源引起的频率变动量（）负载变化而引起的频率变动量第第3章章 信号发生器信号发生器 五、非线性失真系数（失真度）五、非线性失真系数（失真度）条件：单一频率的失真系数（其中，为基波，。为谐波

4、（噪声）也可用下式表示第第3章章 信号发生器信号发生器 六. 输出特性（1）输出电平范围。（2）输出电平的频响（3）输出电平准确度（4）输出阻抗（5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度。七. 调制特性调制特性的恒量指标主要包括：调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。高档信号发生器同时具有：调幅，调相，调频，脉冲调制等功能。第第3章章 信号发生器信号发生器 3.3 低频信号发生器。低频信号发生器性能指标（）频率范围一般为：1Hz1MHz；。低频信号发生器组成原理（也参看）主振级主振级缓冲缓冲放大放大电平电平控制控制功率功率放大放大衰减器衰减器阻抗阻抗变换变换电平调节电平调节波段波段调节调节频

5、率频率细调细调电平指示电平指示第第3章章 信号发生器信号发生器 3通用振荡器 电路元件参数测量包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数及电子器件的参数等的 测量.（）文氏桥式网络（）为园频率；（）为幅度；（）为相位。当 ，f=f0=1/2RC时，幅度（）为最大，选频特性最好，其他频率将被抑制为最小。（参看图.（b）第第3章章 信号发生器信号发生器 （）文氏桥式电路（） 第第3章章 信号发生器信号发生器 。其他低频振荡器。其他低频振荡器（）振荡器（常用不述）振荡频率：（）差频式振荡器方框（P71） 5. XD-1 型低频振荡器（自学P71）第第3章章 信号发生器信号发生器 二。 超低频信号发生器-实

6、际上属于实际上属于低频信号发生器（f10(-8)_ 1Hz）3种：种：1。用积分器构成的。用积分器构成的低频信号发生器基本电路：运算放大器 可构成：加减乘除、积分、微分等放大器积分、微分等放大器用积分器构成的用积分器构成的低频信号发生器：第第3章章 信号发生器信号发生器 (a)为用积分器构成的正弦波为用积分器构成的正弦波低频信号发生器。频率：f =(b)为为(a)的改革：频率可变。的改革：频率可变。第第3章章 信号发生器信号发生器 。函数信号发生器可产生：正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形。（0.1Hz几十MHz）方框： 频率频率控制控制网络网络三角波三角波缓冲器缓冲器正弦波综正弦波综合及缓冲

7、合及缓冲正恒正恒流源流源负恒负恒流源流源比较器比较器方波方波缓冲器缓冲器外外部部频频率率控制控制函数函数选择选择及其及其它波它波形产形产生生输出输出放大放大输出输出滤波滤波直流直流补偿补偿积分积分电路电路函数发生器基本组成原理函数发生器基本组成原理第第3章章 信号发生器信号发生器 函数信号发生器原理图（函数信号发生器原理图（ ）：）：第第3章章 信号发生器信号发生器 例：函数信号发生器可产生：正弦波、三角波、方波、脉冲等种波形。第第3章章 信号发生器信号发生器 3数字合成低频信号发生器 特点：数字合成第第3章章 信号发生器信号发生器 3.4 射频射频信号发生器（高频信号发生器）信号发生器（高频

8、信号发生器）高频信号发生器输出频率范围一般在300KHz1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能方框：第第3章章 信号发生器信号发生器 一。调谐信号发生器通常由LC振荡器组成，分3类：变压器反馈式LC振荡器；电感反馈式LC振荡器（电感三点式、哈特莱式）；电容反馈式LC振荡器（电容三点式、考毕兹式）。（参考P8182）二。锁相信号发生器锁相环（PLL）的基本概念：锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成 。第第3章章 信号发生器信号发生器 锁相环（PLL）的功能：利用晶振的频率稳定与准确性，利用VCO

9、（压控）的宽频特性，产生频率稳定、准确并且宽频的正弦波信号。锁相环可完成：频率的加减乘除。锁相环（PLL）方框：第第3章章 信号发生器信号发生器 三。合成信号发生器合成信号发生器-是把晶振高稳定度频率源f0经过加减乘除及其组合运算，产生在一定频率范围内的一系列多个频率信号的信号发生器。频率合成原理：分类：两类：直接合成法；间接合成法。频率频率1 1输出输出石英晶体石英晶体代数运算代数运算（加、减、乘、除）（加、减、乘、除）频率合成原理频率合成原理频率频率n n输出输出基准频率基准频率第第3章章 信号发生器信号发生器 1。直接频率合成 通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带

10、滤波器选出，下图是其实现原理。优点：频率切换迅速，相位噪声很低。优点：频率切换迅速，相位噪声很低。缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。晶振晶振谐波发生器（倍频）谐波发生器（倍频）分频（分频（1010）8MHz8MHz混频（混频（+ +）混频（混频（+ +）2MHz2MHz滤波滤波分频（分频（1010）2.8MHz2.8MHz滤波滤波0.28MHz0.28MHz分频（分频（1010）混频（混频（+ +）滤波滤波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.

11、628MHz直接式频率合成原理框图直接式频率合成原理框图1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz第第3章章 信号发生器信号发生器 2锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。 优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。分类：倍频式锁相频率合成 分频式锁相频率合成 混频式锁相频率合成 多环合成单元频率合成 第第3章章 信号发生器信号发生器 倍频式锁相环 倍频环实现对输入频率进行乘法运算，主要有

12、两种形式：谐波倍频环和数字倍频环。（a） 谐波倍频环谐波倍频环VCOPDLPFfO=Nfifi谐波谐波形成形成Nfifo=Nfi（b）数字倍频环）数字倍频环VCOPDLPFfiN倍频式锁相环原理图倍频式锁相环原理图fiNPLLNfi（c）倍频环简化图）倍频环简化图第第3章章 信号发生器信号发生器 分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有两种基本形式。 分频式锁相环原理图分频式锁相环原理图VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）数字分频环）数字分频环VCOPDLPFfo=fi/Nfi谐波谐波形成形成（a）谐波分频环）谐波分频环fiNPLLfo=fi/N（c）分频环简化图

13、）分频环简化图第第3章章 信号发生器信号发生器 混频式锁相环混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算。混频环实现对频率的加减运算。 PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相减混频环）相减混频环PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混频环）相加混频环fo= fi1- fi2混频锁相环混频锁相环+PLLfi1fi2fo= fi1+ fi2-PLLfi1fi2fo= fi1- fi2（c）相加环简化图）相加环简化图（d）相减环简化图）相减环简化图第第3章章 信号发生器信号发生器 多环合成单元单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高

14、等缺点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成。fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1内插振荡器内插振荡器环环1环环2倍频环倍频环加法混频环加法混频环（a） 双环合成器原理结构框图双环合成器原理结构框图100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 双环合成器简化结构框图双环合成器简化结构框图双环合成器原理结构图双环合成器原理结构图VCO1PD1LPF1谐波谐波形成形成第第3章章 信号发生器信号发生器 例：P85第第3章章 信号发生器信号发生器 例：P85在PD处f

15、o /n2 f /n1f =(n1/n2) fo 第第3章章 信号发生器信号发生器 例：P103在PD处f1 /n f2 /mf2 =(m/n) f1 第第3章章 信号发生器信号发生器 3.5 扫频扫频信号发生器信号发生器-一种输出信号的频率随着时间在一定范围内变化的一种输出信号的频率随着时间在一定范围内变化的正弦波信号发生器。它是频率特性测试仪（扫频仪）正弦波信号发生器。它是频率特性测试仪（扫频仪）的核心。的核心。一。线性电路幅频特性的测量一。线性电路幅频特性的测量测量目标：线性电路对正弦信号的响应问题。（与输入测量目标：线性电路对正弦信号的响应问题。（与输入相比，输出有无失真：幅度频率相位

16、是否变化？）相比，输出有无失真：幅度频率相位是否变化？）即：测量电路的幅频特性与相频特性。即：测量电路的幅频特性与相频特性。两种测量方法：两种测量方法：1。点频法；2. 扫频法第第3章章 信号发生器信号发生器 1点频法点频法测量幅频特性的原理如图所示。图中信号发生器为正弦波信号发生器，其输出频率及幅度均可按测量的需要进行调节，电压表用于测量被测网络的输入电压及输出电压，示波器监测它们的波形。第第3章章 信号发生器信号发生器 2. 扫频法 扫频法测量幅频特性的原理如图所示。 扫频信号发生器产生频率随时间作均匀变化，而振幅始终保持不变的正弦（即扫频信号）作为被测网络的测试信号；产生的锯齿波信号作为

17、示波器的扫描信号。扫描信号的电压变化与扫频信号的频率变化同步。当等幅扫频信号加于被测网络时，网络的输出幅度将按自身的幅频特性变化。若网络的幅频特性不是平坦直线，则网络的输出信号便不再是等幅的扫频信号，而是一个幅度按被测网络的幅频特性变化的扫频信号。第第3章章 信号发生器信号发生器 图1.3-1 惠斯登电桥测量电阻示意图 第第3章章 信号发生器信号发生器 二。扫频仪的基本构成扫频仪的基本构成它由点画线框内的扫频信号发生器、频率标志电路、显示器及框外的检波探头等组成。第第3章章 信号发生器信号发生器 1扫频信号发生器扫频信号发生器是一种正弦信号发生器，它具有一般正弦信号发生器的工作特性，其输出信号

18、的幅度和频率均可调节。此外，它还具有扫频工作特性，其扫频范围（即频偏宽度）也可以调节。一般包括扫描发生器、扫频振荡器、稳幅电路和输出衰减器等分，如图所示。第第3章章 信号发生器信号发生器 （l）扫描发生器：扫描发生器用于产生扫频振荡器所需的调制信号及显示器所需的扫描信号。（一般是锯齿波信号）；（2）扫频振荡器：扫频振荡器是扫频信号发生器的核心部分，其作用是产生等幅的扫频信号。在现代扫频仪中，扫频振荡器通常采用以下两种电路形式。（A）磁调电感扫频振荡器。这是一种由调制信号控制电感量，从而产生扫频信号的振荡电路。由电路基础课程可知，带有磁心的线圈其电感量Lc为 Lc=UcL式中，Uc为磁心的有效导

19、磁率；L为空心线圈的电感量。 因此，若能使Uc随调制电压而变化，那么Lc也将随之变化。若将这样一个电感量Lc随调制电压而变化的线图接入振荡回路，便可使振荡器产生扫频信号。 第第3章章 信号发生器信号发生器 第第3章章 信号发生器信号发生器 （B）变容二极管扫频振荡器）变容二极管扫频振荡器变容二极管扫频振荡器的原理如图所示。图中，VT组成电容三点式振荡电路；VD1、VD2为变容二极管，它们与L1、L2及VT的结电容组成振荡回路；C1为隔直电容； L2为高频扼流圈。调制信号经L2同时加至变容二极管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容量也随之变化，结果使振荡器产

20、生扫频信号。第第3章章 信号发生器信号发生器 第第3章章 信号发生器信号发生器 ( 3 )稳幅电路：设立稳幅电路的目的是为了减小寄生调幅。无论是变容管扫频振荡器还是磁调电感扫频振荡器，在产生扫频信号的过程中都会不同程度地改变着振荡回路的Q值，从而使振荡幅度随调制信号的变化而变化，即产生了寄生调幅。寄生调幅会影响对幅频特性的测试，因此，应尽量加以抑制。 （4）输出衰减器：输出衰减器用于改变扫频信号的输出幅度。在扫频仪中，衰减器通常有两组：一组为粗衰减，一般是按每档为10dB或20dB步进衰减；另一组为细衰减，按每挡为ldB或2dB步进衰减。大多数扫频仪的输出衰减可达100dB。第第3章章 信号发

21、生器信号发生器 3.6脉冲信号发生器信号发生器一。脉冲信号常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等 ：u ut to o（a a）矩形波）矩形波u ut to o（b b）锯齿波）锯齿波u ut to o（c c）阶梯波）阶梯波u ut to o（d d）钟形脉冲）钟形脉冲u ut to o（e e）数字编码序列）数字编码序列 常见的脉冲信号常见的脉冲信号第第3章章 信号发生器信号发生器 二。脉冲发生器的分类脉冲发生器的分类根据用途和产生脉冲的方法：通用脉冲发生器、快速根据用途和产生脉冲的方法：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲（广谱）脉冲发生

22、器、函数发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。发生器及特种脉冲发生器等。三。脉冲发生器的结构三。脉冲发生器的结构前后沿可调脉冲发生器（P96）如下图：也称通用脉冲发生器（去除脉宽，上升脉宽，上升/下降沿控制方框为下降沿控制方框为P95的基本的基本脉冲发生器）功能：能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。 第第3章章 信号发生器信号发生器 输出输出脉宽，上升脉宽，上升/ /下降沿下降沿控制控制主振级主振级同步放大同步放大延时级延时级脉冲形成脉冲形成输出级输出级同步脉冲输出同步脉冲输出外同步外同步触发输入触发输入外触发外触发同步脉冲输出同步脉冲输出脉冲信

23、号发生器组成原理脉冲信号发生器组成原理第第3章章 信号发生器信号发生器 3.7噪声发生器噪声发生器噪声发生器提供在选定的频率范围内有足够的输噪声发生器提供在选定的频率范围内有足够的输出电平并具有所要求的统计参数（如功率密度出电平并具有所要求的统计参数（如功率密度谱、圴方根值、概率密度函数等等）的噪声信谱、圴方根值、概率密度函数等等）的噪声信号。结构为：号。结构为：第第3章章 信号发生器信号发生器 一。噪声源噪声源提供在选定的频率范围内有足够高电平和噪声统计参数的噪声信号。4种噪声源：1。电阻器噪声源；2。饱和二极管（噪声二极管）噪声源；3。气体放电管噪声源；4。固态噪声源。二。变换器变换器将噪声源输出的噪声信号进行（1）放大、（2）展宽频带，（3）改变噪声特性，（4）进行频谱变换，（5）波形平滑。然后送出噪声信号。三。输出衰减器输出衰减器的作用是校准噪声信号级别，输出标准级别的噪声信号。