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1、测量用信号发生器应知要点l应知1：什么是信号源及其作用l应知2：信号发生器的分类l应知3：信号发生器的基本要求l应知4：信号发生器的主要技术指标l应知5：信号发生器的组成和测量方法l应知6：低频信号发生器工作原理l应知7：高频信号发生器工作原理l应知8：函数信号发生器原理l应知9：合成信号发生器原理应知1：什么是信号源及其作用l信号发生器又叫信号源，它是在电子测量中提供符合一定技术要求的电信号的仪器。l信号发生器可产生不同波形、频率和幅度的信号，为测试各种模拟系统和数字系统提供不同的信号源。l应用最为广泛、基本，常以各种形式出现在其它设备中作为一个组成部分，或和其它设备一起组成一套测试系统。正
2、弦信号发生器（正弦信号发生器（A题）题） l一、任务一、任务l设计制作一个正弦信号发生器。l二、要求二、要求l1、基本要求、基本要求l（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz；l（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；l（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；ll（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp1V；l（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。l2 2、发挥部分、发挥部分l在完成基本要求应知的基础上，增加如下功能：l（1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V1V；l（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz10MHz
3、范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生； l（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；l（4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；l（5）其他。l正弦信号发生器正弦信号发生器（A题）题） l三、评分标准三、评分标准应知2：信号发生器的分类1按输出波形分类正弦信号发生器：产生正弦波
4、或受调制的正弦波。脉冲信号发生器：产生脉宽可调的重复脉冲波。函数信号发生器：产生幅度与时间成一定函数关系的信号，即正弦波、三角波、方波等各种信号。应知2：信号发生器的分类噪声信号发生器：产生各种模拟干扰的电信号。2按输出频率范围分类超低频信号发生器：频率范围为0.001Hz1kHz。低频信号发生器：频率范围为1Hz1MHz。应知2：信号发生器的分类视频信号发生器：频率范围为20Hz10MHz。高频信号发生器：频率范围为200kHz30MHz。甚高频信号发生器：频率范围为30300MHz。超高频信号发生器：频率范围为300MHz以上。应知3：信号发生器的基本要求产生一个具有指定波形的振荡信号指定
5、波形的振荡信号；信号的频率应在其有效范围内可调(步进或连续可调)，波形的参数已知；波形失真足够小。信号的振幅应在其有效范围内可调振幅应在其有效范围内可调(步进或连续可调)。有合适的输出阻抗合适的输出阻抗，高频信号发生器通常为50或75，低频信号发生器一般为600或1k。具有功率输出时，可以选择50，75，150，600和5K等档应知4：信号发生器的主要技术指标1.频率特性主要包括频率范围、准确度和稳定度。l频率范围l信号发生器的频率范围是指各项指标都能得到保证的输出频率范围，是“有效频率范围”的简称。l有效频率范围，可以通过波段式或差频式、波段式或差频式、或合成式方法获得较宽频率范围的覆盖或合
6、成式方法获得较宽频率范围的覆盖。应知4：信号发生器的主要技术指标l频率准确度l信号发生器的频率准确度是指频率的实际值fx对其标称值f0的相对偏差，其表达式为l式中，f为频率的绝对偏差。应知4：信号发生器的主要技术指标l度盘读数时，信号发生器的频率准确度约为(0.5%10%)，采用数字式仪器，其输出频率的准确度可达10-810-10量级。应知4：信号发生器的主要技术指标l频率稳定度l是指在一定的时间间隔内，在其它环境条件不变时，频率源维持其工作于恒定频率的能力。l可分为长期稳定度和短期稳定度。应知4：信号发生器的主要技术指标l短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定时间间隔内(1
7、5分钟)的最大变化，表示为l式中，fmax，fmin分别是频率在任何一个规定时间间隔内的最大值和最小值。应知4：信号发生器的主要技术指标l实际上可以看到，上式指的是频率的不稳定度。l频率长期稳定度是指长时间(年、月的范围内)频率的变化。l一般振荡器的频率稳定度应高于准确振荡器的频率稳定度应高于准确度度12个数量级。个数量级。应知4：信号发生器的主要技术指标l2.输出特性l信号发生器的输出特性包括它的输出阻抗、输出电平、波形及输出衰减等。l输出阻抗l低频信号发生器一般为600或1K。l高频信号发生器一般使用50或75档。使用高频信号发生器时，应注意输出阻抗与负载匹配。应知4：信号发生器的主要技术
8、指标l电平特性l它是指输出波形的电平的有效范围、频率响应及输出电平的准确度。l如，一般标准高频信号发生器的输出电压为0.1V1V，电平振荡器的输出电平为+10-60dB。应知4：信号发生器的主要技术指标l波形特性l包括输出波形的种类及其参数。l信号发生器一般可以输出正弦、脉冲等波形，函数信号发生器还可以输出方波、三角波、锯齿波、阶梯波，甚至任意波形。图2-1电子测量中的几种常用波形应知4：信号发生器的主要技术指标能够输出多种波形的信号发生器，对其它非正弦波的参数都有着不同的要求。输出脉冲的，有脉宽可调、符合测试要求的上升时间、下降时间等参数指标。l三角波输出时，则要限制非线性等。电压、电流中的
9、非线性失真度是用基波成分除电压、电流中的非线性失真度是用基波成分除外的总谐波有效值与基波有效值之比化为百分外的总谐波有效值与基波有效值之比化为百分数来表示。数来表示。应知4：信号发生器的主要技术指标l3.调制特性l对高频信号发生器来说，一般还具有输出一种或多种调制信号的能力，通常为调幅和调频。l调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏及调制线性等。l高频信号发生器中调幅的调制频率一般固定为400或1000Hz。应知5：信号发生器的组成和测量方法；要点1：信号发生器的组成应知5：信号发生器的组成和测量方法l主振器是信号发生器的核心部分，它产生主振器是信号发生器的核心部分，它产生各种频率、
10、不同波形的信号。各种频率、不同波形的信号。 l变换器可以完成对频率信号的放大、整形、变换器可以完成对频率信号的放大、整形、调制等应知。调制等应知。 l输出级的基本应知则是调节信号的输出幅输出级的基本应知则是调节信号的输出幅度度(电平电平)和信号源的输出阻抗。和信号源的输出阻抗。 l指示器监测输出信号的电平、频率及调制指示器监测输出信号的电平、频率及调制度。度。l电源供给仪器各部分所需的工作电压。电源供给仪器各部分所需的工作电压。 应知5：信号发生器的组成和测量方法要点2：利用信号发生器的测量方法l1.谐振法利用此法，借助信号发生器可以测试阻抗和品质因数。如图电路谐振时，可由示波器和电压表监测谐
11、振状态，信号发生器的输出频率就是谐振频率。用谐振公式就可以计算出电感量大小。应知5：信号发生器的组成和测量方法l2.二次测量法利用“二次测量”的方法，可以测试放大器的增益、幅频特性、相频特性以及输出阻抗等参数。其输出阻抗的测试过程如下。先S1接1位，S2不接，测U0。然后闭合S2，测得U1。应知5：信号发生器的组成和测量方法l则：因此，放大器的输出阻抗R0为“半电压法”介绍应知5：信号发生器的组成和测量方法“半电压法”介绍l如果R2是可变电阻箱，就可以利用“半电压法”l测量过程是(1)先测出放大器的开路电压U0。l(2)然后接入R2，并调节其大小，使电压表读数为开路电压的一半，即U1=U0/2
12、l此时R0=R2应知5：信号发生器的组成和测量方法l3.比较法利用比较法，信号发生器可用来测量电压、电流、功率、频率和调制度等，如图所示。应知5：信号发生器的组成和测量方法l4.替代法 利用替代法可以测量衰减和相位等，如图2-6所示。加上标准天线，可以测量场强，如图2-7所示。应知5：信号发生器的组成和测量方法l用替代法测量场强加上标准天线，可以测量场强，如下图所示。应知6：低频信号发生器工作原理要点1：低频信号发生器的组成l以输出正弦波为主，工作频率1HZ1MHz范围，多功能、宽量程的电子仪器。广泛用于模拟电路设计，测试维修。例如，各种音频设备的调试与测试。l组成：主振器、连续衰减器（电位器
13、RP）、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和监测器（监测电压表）应知6图2-7低频信号发生器的一般组成方框图应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式l1、主振级l主振级用来产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。l常见的电路形式有差频式和RC振荡两类。(1)差频式振荡器l差频式振荡器的原理见下图。应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式(差频式)产生差频信号：产生差频信号：f1-f2，如如f2从从3.3997MHz变为变为5.1MHz，f1 =3.4MHz，则输出频率为则输出频率为300Hz1.7MHz，频率覆频率
14、覆盖范围比较宽盖范围比较宽输出波形失真较大、频率准确度和稳定性差输出波形失真较大、频率准确度和稳定性差，当当f1和和f2 接近，易产生频率牵引，难获得较低的差频接近，易产生频率牵引，难获得较低的差频输出输出。应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥)（2）RC振荡器为了克服以上差频式振荡器的缺点，现代低频信号发生器普遍应用RC振荡器。RC振荡器又可分为RC移相振荡器、RC双T振荡器、RC文氏电桥振荡器三种。用得最多的是RC文氏电桥振荡器，它具有输出波形好、振幅稳定、频率范围宽及频率调节方便等优点。RC文氏电桥电路 l为了便于频率调节，常选正反馈网络电阻为R，电容为C，
15、则传输系数可写成应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥)应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥)l此时，选频网络的传输系数最大，相移为零。l要求放大器提供360相移才能完成正反馈以满足振荡的相位平衡，即要有两级放大器才行。应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥)l可见振荡器要输出等幅振荡正弦波，必须满足两个条件振幅平衡条件相位平衡条件l故A3，R1、R t构成的负反馈支路，利用负温度系数R t的非线性来完成稳幅作用，避免晶体管工作到非线性区，减少输出波形失真。应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成
16、形式(文氏电桥)整个电路频率的调节是通过改变桥路电阻值和电容值进行的。用波段开关改变R进行频率粗调，用同轴双联可变电容器改变C进行频率细调。应知6：低频信号发生器工作原理要点3：缓冲放大器作用l2缓冲放大器缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。隔离后级电路对主隔离后级电路对主振电路的影响，振电路的影响，保保证主振频率稳定，证主振频率稳定，一般采用射（源）一般采用射（源）极跟随器或运放组极跟随器或运放组成的电压跟随器。成的电压跟随器。电压放大的目的：电压放大的目的：使使主振级的输出电压达主振级的输出电压达到预定技术指标，到预定技术指标，要要求频带宽、谐波失真求频带宽、谐波失真小、工作稳定等。小、工
17、作稳定等。应知6：低频信号发生器工作原理要点4：衰减器组成与作用l3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。图所示电路是XD22A型低频信号发生器中采用的输出衰减器。应知6：低频信号发生器工作原理要点4：衰减器组成与作用调节电位器在调节电位器在不同位置，实不同位置，实现连续调节现连续调节调节波段开关调节波段开关S处处不同档位，均可不同档位，均可使衰减器输出不使衰减器输出不同的电压，实现同的电压，实现步进调节步进调节应知6：低频信号发生器工作原理要点4：衰减器组成与作用l信号发生器对步进衰减量的表示通常有两种。l(1)直接用步进衰减器的输出电压U0与输入电
18、压UI的比值来表示，即U0/UI。l(2)将上述的比值取对数再乘以20，即20lg(U0/UI),单位为分贝（dB）。l例如，当U0UI=0.1时，表示为0.1,对数表示则为()dB。应知6：低频信号发生器工作原理要点5：功率放大器的作用4功率放大器l功率放大器对衰减器送来的电压信号进行功率放大，使之达到额定的功率输出。要求功率放大器的工作效率高，谐波失真小。应知6：低频信号发生器工作原理要点6：阻抗变换器的作用5阻抗变换器l阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便获得最大输出功率。l使输出信号失真小，获得最佳负载输出。应知6：低频信号发生器工作原理要点7：指示电压表的读数6指示电压表l指示电压
19、表用于指示电压放大器的输出电压幅度。l正弦波信号的输出电压，可通过“输出衰减”和“输出细调”旋钮，根据实际需要进行调节。任 务6：低频信号发生器工作原理要点7：指示电压表的读数l衰减分贝数(dB)与衰减倍数的关系，见表2-1。l实际输出电压应是电压表指示的电压值被衰减的分贝数相对应的倍数来除所得到的结果。应知6：低频信号发生器工作原理要点7：输出电压调节和测读l例2-1将XD22A型低频信号发生器的“输出衰减”旋钮置于50dB时，指示电压表的读数为6V，这时的实际输出电压是多少？解查上表，可知50dB所对应的倍数为316，故实际输出电压为 U =6/316=18.99mV应知7：高频信号发生器
20、工作原理 l高频信号发生器是一种向电子设备和电路提供等幅正弦波和调制波的高频信号源，其工作频率一般为100kHz35MHz，主要用于各种接收机的灵敏度、选择性等参数的测量。l高频信号发生器按调制类型不同可分为调幅和调频两种。应知7：高频信号发生器工作原理要点1：基本组成框图产产生生的的高高频频正正弦弦信信号号，经经调调制制级级进进行行幅幅度度调调制制，送送至至输输出出级级，由由内内部部的的衰衰减减电电路衰减后输出。路衰减后输出。应知7：高频信号发生器工作原理要点2：主振级作用与形式l1.主振级l主振级就是载波发生器，或叫高频振荡器，其作用是产生高频等幅信号。l要求主振级的频率范围宽，有较高的准
21、确度(优于10-3)和稳定度(优于10-4)。应知7：高频信号发生器工作原理要点2：主振级作用与形式(变压器反馈)应知7：高频信号发生器工作原理要点2：主振级作用与形式(电感三点式)应知7：高频信号发生器工作原理要点2：主振级作用与形式(电容三点式)通通过过切切换换振振荡荡回回路路中中电电感感L来来改改变变频频段段，改改变变电电容容C来来对对振振荡荡频频率率进进行连续调节。行连续调节。应知7：高频信号发生器工作原理要点3：调制信号发生器的作用l2.调制信号发生器l调制信号分内调制信号和外调制信号两种。l调制信号发生器就是产生内调制信号的，也叫内调制振荡级。l一般高频信号发生器产生的内调制信号有
22、400Hz和1kHz两种。应知7：高频信号发生器工作原理要点4：调制级作用l3.调制级l将主振级产生的高频等幅波（载波）与调制 信 号 发 生 器 产 生 的 音 频 调 制 信 号（400Hz或1kHz）同时送到调制级后，从调制级输出的就是载有音频信号（400Hz或1kHz）的调制波了。应知7：高频信号发生器工作原理要点5：输出级作用l4.输出级l输出级的作用是对调制信号进行放大和滤波，在此基础上通过衰减器对输出电平进行较大范围的调节和输出阻抗的变换，以适应各种不同的需要。l其电路主要由放大器、滤波器和衰减器等组成。应知7：高频信号发生器工作原理要点6：YB1051高频信号发生器性能指标l(
23、1）频率范围：0.140MHz，数显，误差0.1%l（2）输出幅度：最大1V有效值，稳幅，数显，连续可调l（3）输出阻抗：50应知7：高频信号发生器工作原理要点6：YB1051高频信号发生器性能指标l（4）调制方式：内1kHz调频：频偏100kHz，连续可调调幅：深度050%，连续可调l（5）低频输出：1kHz失真度：小于1%输出幅度：最大2.5V有效值，连续可调衰减：10dB40dB应知8： 函数信号发生器原理 l函数信号发生器是一种多波形信号源，它能产生某些特定的周期性时间函数波形。l工作频率可以从几毫赫兹（mHz）直至几十兆赫（MHz）。l一般能产生正弦波、方波和三角波，有的还可以产生锯
24、齿波、矩形波（宽度和重复周期可调）、正负脉冲等波形。应知8： 函数信号发生器原理l函数信号发生器也能具有调频、调幅等调制功能。l它可在生产、测试、仪器维修和实验时作信号源使用。l除工作于连续状态外，有的还能键控、门控、或工作于外触发方式。应知8： 函数信号发生器原理l函数信号发生器的构成方式有三种：l第一种是（脉冲式）用施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波。或产生三角波然后在变换正弦波和方波l第二种是（正弦式）先产生正弦波再得到方波和三角波。l第三种是合成式。应知8： 函数信号发生器原理要点1：由方波产生三角波、正弦波 函数信号发生器原理方框图之一l（1）它包括脉冲发生器、施密持触
25、发器、积分器和正弦波转换电路等部分。其工作过程如下：在触发脉冲的作用下，施密特触发器产生方波，积分器将方波积分形成三角波，正弦波转换电路将三角波转换成正弦波。放大器选择三个波形输出。可单独输出一个波形，也可同时输出三个波形。应知8： 函数信号发生器原理要点2：由方波产生三角波l(2)积分器：由线性很好的密勒积分电路组成，在积分器输出端可得到三角波信号。l当双稳触发器输出为+U1时，此时，积分器的输出电压U2将线性下降，应知8： 函数信号发生器原理要点2：由方波产生三角波l当U2下降到-Er2，电压比较器VC2输出控制信号，双稳触发器翻转至第二稳态，输出为U1=-KE，l由上面分析可知，此时积分
26、器的输出电压U2将线性上升，上升速率仍由RC决定。应知8： 函数信号发生器原理要点2：由方波产生三角波l当U2上升至参考电位Er1时，电压比较器VC1使双稳触发器翻转回第一稳态，从而开始下一个振荡周期。l调节积分器的积分时间常数RC的值，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。应知8： 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波l正弦波形通常是令三角波经过非线性成形网络，用分段折线逼近的方法来实现。l例如一个电路具有如下图（a）所示的电路特性，将三角波加到该电路后，能得到如图（b）所示的波形。应知8： 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波三角波逼近正弦波应知8：
27、 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波l这种网络对信号的衰减会随三角波幅度的加大而增加，产生削顶，从而使输出波形向正弦波逼近；l如果折线段选得足够多，并适当选择转折点的位置，便能得到非常逼真的正弦波。应知8： 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波l正弦波可以看成是许多不同的频率的直线段组成。当直线段足够多时，由折线近视的构成大的波形就很好的近视正弦波。因此，将三角波经分压系数不同的电路网络，便可得到近似的正弦波输出。上图VD3、VD2、VD1完成正弦波的正半周；VD4、VD5、VD6完成正弦波的负半周应知8： 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波l在正半周时，一对二极管
28、可获得三段折线；负半周也有三段折线。即使用1对二极管可获得6段折线。l在三角波的正峰值后，随着输入三角波电压瞬时值的降低，二极管VD1、VD2、VD3会相继截止，分析法同上。应知8： 函数信号发生器原理要点3：由三角波产生正弦波l在输出端得到如前图所示的正弦波。l以后每增加一对二极管，正负半周可各增加二段。l由这种正弦波成形网络获得的正弦信号失真小，用5对二极管时失真度可小于1%，用6对时可小于0.25%。应知8： 函数信号发生器原理要点4：正弦波产生方波、三角波输出正弦波输出正弦波，在，在20Hz20kHz范范围内，谐波失真围内，谐波失真度可小于度可小于0.1%。正弦信号送正弦信号送整形电路
29、限幅，再微分、单稳态调宽、放大整形电路限幅，再微分、单稳态调宽、放大，得到幅度可调的正负矩形脉冲，宽度可在得到幅度可调的正负矩形脉冲，宽度可在0.110000 s内连续调节。脉冲前沿小于内连续调节。脉冲前沿小于40ns。负矩形脉冲负矩形脉冲送锯齿波电送锯齿波电路，得到扫路，得到扫描时间连续描时间连续调节的调节的锯齿锯齿波信号波信号。扫。扫描时间为描时间为0.110000s。应知9：合成信号发生器原理l合成信号发生器是用频率合成器代替信号发生器中的主振荡器。l它既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，也有频率合成器的高稳定度、高分辨力的优点，同时输出信号的频率、电平、调制深度等均可程控，是一种先
30、进高档次的信号发生器。应知9：合成信号发生器原理要点1：什么是频率合成技术？l合成信号发生器的核心是频率合成器。l频率合成器是把一个（或少数几个）高稳定度频率源s经过加、减、乘、除及其组合运算，产生在一定频率范围内、按一定的频率间隔（或称频率跳步）的一系列离散频率的信号。应知9：合成信号发生器原理要点2： 直接合成法l频率合成的方法分为直接合成法和间接合成法两种。l直接合成法是将基准晶体振荡器产生的标准频率信号，利用倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列四则运算以获得所需要的频率输出。l常见的有谐波法、连续混频分频法。应知9：合成信号发生器原理要点2： 直接合成法l由于直接合成法需要大量的
31、混频器、分频器和滤波器，因而体积大，难于集成，价格昂贵。但是，直接频率合成法具有切换频率的速度快，输出频率的稳定度、准确度与基准频率相等的优点。应知9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法l间接合成法也称锁相合成法，它是通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除。l锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，并且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率。l可以省去直接合成法中使用的大量滤波器，有利于简化结构，降低成本，便于集成。应知9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法（基本锁相环路）l基本锁相环路是由相位比较器(PD)，压控振荡器(VCO)和环路滤波器(LPF)组成的闭合环路，如图219(a)所示。应知
32、9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法（基本锁相环路）l相位比较器即鉴相器，它比较两个输入信号f0和fi的相位差，输出与相位差成比例的电压，这个电压称为误差电压ud。其鉴相特性如图219(b)所示。l环路滤波器是一种RC低通滤波器，它滤去误差电压中的高频成分及噪声，用以改善环路的性能。应知9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法（基本锁相环路）l压控振荡器是在外加电压的作用下能改变其输出频率的振荡器。其压控持性如图219(c)所示。误差电压经滤波后送VCO，改变VCO的固有振荡频率f0，并使f0向输入信号的频率靠拢，这个过程称为频率牵引。应知9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法(基本锁相
33、环路)l当当f0=fi，这种状态称为环路的锁定状态，这种状态称为环路的锁定状态，或称为同步状态或称为同步状态。l锁相环的工作过程就是通过频率的牵引，达到相位锁定的过程。l当环路锁定，当环路锁定， f0=fi ，=C。fi是石英晶体振荡器的振荡频率，是石英晶体振荡器的振荡频率，在环路锁定时，其在环路锁定时，其输出频率输出频率f0具具有与输入频率有与输入频率fi相同的频率特性相同的频率特性（准确度和稳定度）（准确度和稳定度）。应知9：合成信号发生器原理要点3：间接合成法(基本锁相环路)l综上所述，锁相环的工作过程就是通过频率的牵引，达到相位的锁定的过程。当环路锁定时l通常， 是石英晶体振荡器的振荡
34、频率。因此，在环路锁定时，其输出频率具有与输入频率相同的频率特性。这就是锁相环的基本原理。l显然，基本钡相环路的意义在于：它能够使普通振荡器(VCO)输出频率的指标与基准频率的指标相同。 应知9：合成信号发生器原理要点4：间接合成法(倍频式锁相环)l倍频锁相环可对输入信号频率进行乘法运算，它有两种基本形式，如图220所示应知9：合成信号发生器原理要点4：间接合成法(倍频式锁相环)l图220(a)是数字倍频环。它将VCO的输出频率进行N分频后，在PD中与输入频率比较，因此环路锁定时，PD两输入信号的频率相等，即。因此，倍频环的输出频率为应知9：合成信号发生器原理要点4：间接合成法(倍频式锁相环)
35、l图220(b)是脉冲倍频环。脉冲形成电路将输入信号变换为含有丰富谐波成分的窄脉冲，因而，环路的输入信号中包含了多种谐波。但环路只可能锁定在其中的一个频率上。改变VCO中可变电容（变容二极管）的偏置电压，调谐其固有振荡频率，选择某一高次谐波，则同样可以达到倍频的目的。脉冲倍频环的优点是可以获得高达几百次，甚至上千次以上的倍频。应知9：合成信号发生器原理要点4：间接合成法(倍频式锁相环)倍频环实现宽频范围内的点频覆盖，扩展了合成器的高端频率。l它特别适合用于制作频率间隙较大的高频及甚高频合成器，可以获得高达几百次，甚至上千次以上的倍频。应知9：合成信号发生器原理要点5：间接合成法(分频锁相环)l
36、对输入信号频率进行除法运算的锁相环叫分频锁相环。分频环可用于向低端扩展合成器的频率范围。与倍频环类似，它也有两种形式，如图22l所示。环路锁定时，有应知9：合成信号发生器原理要点5：间接合成法(分频锁相环)应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁相环)l混频锁相环图222是一种最简单的混频锁相环。它由混频器(M)、带通滤波器(BPF)和基本锁相环组成，可以实现频率的加、减运算。应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁相环)l当混频器是差频(-)时，环路的输出频率f0=fi1+fi2，为两输入频率之和；l当混频器是和频(+)时，环路的输出频率f0=fi1-fi2，为两输入
37、频率之差；应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁相环)l当两个输入频率之和或之差超出了允许范围时，环路不能进入锁定状态，也无法控制VCO的输出频率，即环路“失锁”。l此时，需要调整VCO的工作参数以改变其固有振荡频率，或调整输入频率，以达到锁定的目的。应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁相环)l下面举例说明混频锁相环在频率合成中的作用。在图222中，设 为晶体振荡器的输出频率10000kHz，频率稳定度为 。 为内插振荡器的输出频率，且的连续调节范围在100110kHz之间，频率稳定度 。按差频式混频器合成有 ，应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁
38、相环)l因此f0=1010010110KHz。l且输出频率误差f0=fi1+fi2=10Hz+(1011)Hz=2021Hz取f0最大值21Hz时，f0/f02.110-6/d。利用混频锁相环，不仅实现了10KHz范围内频率的连续调节，而且f0的频率稳定度与晶体振荡器的稳定度在同一量级上。应知9：合成信号发生器原理要点6：间接合成法(混频锁相环)l在这些基本锁相环路中，倍频系数N或分频系数N，能在频率预置时置定，使这些锁相环路中的压控振荡器处于锁相环的捕捉范围内。l于是在环路的输出端可得到输入信号的分频、倍频、和频或差频等信号。应知9：合成信号发生器原理要点：合成信号发生器的工作特性l1.合成
39、信号发生器的特点l合成信号发生器的最大特点是将基准频率源的准确度转移到所需的任意频率。这种转移是通过算术运算来实现的。频率的步进和控制多采用程控电子开关，以十进制方式改变其输出频率。并使用内插振荡器，以获得输出频率的连续调节。应知9：合成信号发生器原理要点：合成信号发生器的工作特性2.合成信号发生器的工作特性合成信号发生器是一种通用信号发生器，其工作特性也包括；频率待性、输出特性和调制特性等方面。但是，合成信号发生器对频率特性，以及频谱纯度的要求更为严格。(1)频率特性频率准确度和长期稳定度，一般都能达到以上。可作标准频率源使用。应知9：合成信号发生器原理要点：合成信号发生器的工作特性l(2)
40、频率分辨力输出离散频率时，相邻两频率之间的最小间隔。一般在0.110Hz的范围内。l(3)相位噪声相位不规则的变化叫相位噪声。由于相位的变化必然引起频率的变化。常用相位噪声来表征频率的短期稳定度。其带宽相位噪声应低于60dB。应知9：合成信号发生器原理要点：合成信号发生器的工作特性l由前述混频环一例可知，加入内插振荡器之后，其输出频率的稳定度已不如基准频率的水平，又由于环路运算过程复杂，以及环路的噪声(1f噪声)及辐射等，都是输出频率的不稳定的重要原因。因此，合成器各部分之间进行良好的屏蔽、正确的接地，以及采取抑制电源的漂移等措施，对提高环路的频谱纯度都有着十分重要的作用。l此外，频率的转换速
41、率也是合成器的重要指标，直接合成法较快(最高可达1s或更快)，间接合成法较慢(约20ms)。小 结 1信号发生器是电子测量中不可缺少的电子仪器。可以按它的应用范围、输出波形的种类和频率范围以及技术指标来分类。当前，应用最广的仍然是正弦信号发生器和脉冲信号发生器。2信号发生器的主要技术指标：频率范围、准确度和稳定度等频率特性，输出阻抗、电平、波形种类及其参数等输出特性，以及调制种类及其指标等调制特性三个方面。小 结3信号发生器一般由主振器、变换器、输出级、电源和指示器等部分组成。其测量方法主要有谐振法、二次测量法、比较法、替代法等。它在测量中的作用主要表现在为测试系统提供激励信号、作为标准以及作
42、为其他仪器的组成部分三个方面。小结4低频信号发生器常以RC文氏电桥振荡器作主振器，以产生1HzlMHz的正弦信号为主，可输出脉冲等波形。也可用于电压、颇率的测量，它是一种应用广泛的多功能仪器。5高频信号发生器常以LC振荡电路作主振器。频率范围100kHz300MHz。可输出载波、调幅波等多种波形。主要用于调整和测试各类接收机(灵敏度、选择性、调幅等特性)。小结6矩形脉冲的主要参数有频率、脉宽、前后沿、上冲及占空系数等。脉冲信号发生器是时域测量的重要仪器，主振级产生频率可调的方波，在形成级调整脉宽。调整输出脉冲的前后沿可输出锯齿波、三角波、梯形波等波形。7函数信号发生器是一种低频范围的多波形发生
43、器，能输出正弦波、方波、三角波和脉冲等多种波形。常用于要求不高的场合。 小结8噪声发生器提供功率足够具有一定统计参数的噪声。9合成信号发生器利用了频率合成技术，频率合成的方法主要有直接合成法(频率切换快)和间接合成法两种，后者又称为锁相合成法，倍频环、分频环、混频环是它的基本形式。要获得宽频带及连续可调的输出频率，须将它们组合使用，通常采用十进合成单元来进行频率合成。合成式信号发生器的最大特点是其输出频率的难确度和稳定度能够达到与基准频率相当的水平。实训方案一、SP1641B函数信号发生器的应用目的：掌握信号发生器的使用方法。要求：1熟练使用信号发生器；2输出符合规定要求的信号(波形、频率、幅度等)；3用示波器和电子电压表监测所调整的波形。实训方案二、设计并制作一个函数信号发生器二、设计并制作一个函数信号发生器目的：初步学习仪器的设计与制作过程。要求：1波形：产生正弦波、三角波、方波三种波形；指标：波形的频率、幅度可调；以用示波器观察不出失真为限；查找资料、制订并选择合适方案，制作并测试其主要技术指标。
