《测量用信号发生器》ppt课件

1、第第5章章 丈量用信号发生器丈量用信号发生器 5.1 信号发生器的种类、组成与技术目的信号发生器的种类、组成与技术目的5.2 低频信号发生器低频信号发生器5.3 高频信号发生器高频信号发生器5.4 函数信号发生器函数信号发生器5.5 脉冲信号发生器脉冲信号发生器5.6 公用公用(特殊特殊)信号发生器信号发生器5.7 信号发生器的选择信号发生器的选择 丈量用信号发生器又称信号源，它可以产生不同频率的高低频率正弦信号、AM/FM等调制信号以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的频率、幅度、调制度等参数均可按需求进展调理。 信号源产生不同频率、不同波形或调制的电压/电流信号并

2、加到被测电路与设备上，用其它丈量仪器察看、丈量被测对象的输出呼应，以分析确定被测对象的性能参数。 作用：1、测元件参数； 2、测网络的幅频特性； 3、测试接纳机的性能； 4、丈量网络的瞬态呼应； 5、校准仪表。 丈量用信号发生器丈量用信号发生器测量用信号发生器被测对象测量仪器输入激励输出响应5.1 信号发生器的种类、组成与技术目的信号发生器的种类、组成与技术目的5.1.1 信号发生器的分类1. 按频率范围分 按照输出信号的频率范围对无线电丈量用正弦信号发生器进展分类是传统的分类方法。 2. 按用途分 根据用途的不同，信号发生器可以分为通用信号发生器和公用信号发生器两类。3. 按输出波形分 根据

3、所输出信号波形的不同，信号发生器可分为正弦信号发生器、矩形信号发生器、脉冲信号发生器、三角波信号发生器、钟形脉冲信号发生器和噪声信号发生器等。 4. 按调制方式分 按调制方式的不同，信号发生器可分为调频、调幅、脉冲调制、I-Q矢量调制等类型。5. 按性能目的分 按信号发生器的性能目的，可分为普通讯号发生器和规范信号发生器。5.1.2 信号发生器的根本组成 普通包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路等五部分。振 荡 器变 换 器输 出 电 路电 源指 示 器调 制 器1.振荡器 信号发生器的中心部分，由它产生各种不同频率的信号，通常是正弦波振荡器或自激脉冲发生器。它决议了信号发生器的一些重要

4、任务特性，如任务频率范围、频率的稳定度等。 2.变换器 变换器可以是电压放大器、功率放大器或调制器、脉冲构成器等，它将振荡器的输出信号进展放大或变换，进一步提高信号的电平并给出所要求的波形。 3.输出电路 输出电路为被测设备提供所要求的输出信号电平或信号功率，包括调整信号输出电平和输出阻抗的安装，如衰减器、匹配用阻抗变换器、射极跟随器等电路。4.指示器5.电源5.1.3 信号发生器的主要技术目的1. 频率特性1) 有效频率范围 各项目的均能得到保证时的输出频率范围称为信号发生器的有效频率范围。 2) 频率准确度 频率准确度是指输出信号频率的实践值f与其标称值f0的相对偏向，其表达式为3) 频率

5、稳定度 频率短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定的时间间隔内的最大变化，表示为4) 频谱纯度 对于正弦信号发生器，频谱纯度也是其重要目的之一。000fffff0minmaxfff2. 输出特性1) 输出电平 输出电平包括输出电平范围和输出电平准确度。输出电平范围是指输出信号幅度的有效范围，也就是信号发生器的最大和最小输出电平的可调范围，通常采用有效值来度量。 2) 输出电平的频率呼应 输出电平的频率呼应是指在有效频率范围内调理频率时，输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。 3) 谐波失真 式中，U1为输出信号基波的有效值(或幅值)； 4) 输出阻抗 输出阻抗的高低随信

6、号发生器类型而异。低频信号发生器普通有50 、600 、5 k等几种不同的输出阻抗，而高频信号发生器普通只需50 (或75 )不平衡输出，在运用高频信号发生器时，要留意阻抗的匹配。 5) 输出波形 输出波形是指信号发生器所能输出信号的波形。%100.122322UUUUn3. 调制特性 许多信号源还包含调制功能。如高频信号发生器，普通还具有输出一种或多种调制信号的才干，通常为调幅和调频信号，有些还带有调相、脉冲调制、数字调制等功能。 调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏以及调制线性等。5.2 低频信号发生器低频信号发生器5.2.1 低频信号发生器的组成主要包括主振器、缓冲放大器、电

7、平调理器、功率放大器、输出衰减器、阻抗变换器和输出指示器等部分。主振器缓 冲放 大 器电 平调 节 器功 率放 大 器输出衰减器阻 抗变 换 器输 出指 示 器功 率输 出(低 阻 抗 )电 压 输 出 (高 阻 抗 )1.主振器 是低频信号发生器的中心部分，产生频率可调的正弦信号，它决议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有多种，现代低频信号发生器中，主振器常采用RC文氏电桥振荡电路。2.缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲是为了将后级电路与主振器隔离，防止后级电路、负载等的变化对主振器的影响，保证主振频率稳定，普通采用射极跟随器或运放组成的电压跟随

8、器。 3.功率放大器用来对电平调理器送来的电压信号进展功率放大，使之到达额定的功率输出，驱动低阻抗负载。通常采用电压跟随器或BTL电路等。4.输出衰减器图示为低频信号发生器中最常用的输出衰减器。由电位器RP取出一部分信号电压加于R1R8组成的步进衰减器，调理电位器或调理波段开关S所接的挡位，均可使衰减器输出不同电压。5.阻抗变换器于匹配不同阻抗的负载，以便在负载上获得最大输出功率。6.输出指示用来指示输出端输出电压的幅度，或对外部信号电压进展丈量，能够是指针式电压表、数码LED或LCD。R1R2R3R4R5R6R7R887654321SUoUiCRP5.2.2 低频信号发生器的主要性能目的 (

9、1) 频率范围： 普通为20 Hz1 MHz，延续可调。(2) 频率准确度： (13)%。(3) 频率稳定度： 优于0.1%。(4) 输出电压： 010 V延续可调。(5) 输出功率： 0.55 W延续可调。(6) 非线性失真范围： 0.1%1%。(7) 输出阻抗： 50 、75 、600 、5 k。(8) 输出方式： 平衡输出与不平衡输出。 5.2.3 低频信号发生器的运用要点1) 了解面板2) 留意正确的操作步骤 信号发生器的运用包括如下步骤： (1) 开机预备。(2) 选择频率。 (3) 输出阻抗的配接。 (4) 选择输出电路的方式。 (5) 输出电压的调理和测读。 5.3 高频信号发生

10、器高频信号发生器5.3.1 高频信号发生器的组成主要包括振荡器、缓冲级、调制级、输出级、内调制振荡器、频率调制器、监测指示电路等。频 率调 制 器振 荡 器缓 冲 级调 制 级调 制 度 计输 出 级电 压 表内 调 制振 荡 器外 调 制 输 入外内AMSFM电 源输 出5.3.2 调谐信号发生器根据反响方式可分为变压器反响式、电感反响式(也称电感三点式或哈特莱式)及电容反响式(也称电容三点式或考毕兹式)三种振荡方式。UC CRb1CL1VRb2CbReL2Ce(a)UC CRb1CL1VRb2CbReCe(b)L2UC CRb1C1VRb2CbReCe(c)C2 图 LC振荡器电路的三种构

11、成方式(a) 变压器反响式； (b) 电感三点式； (c) 电容三点式5.3.3 合成信号发生器(1) 直接合成法。 分为模拟直接合成法和数字直接合成法。 模拟直接合成法采用基准频率经过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后利用混频、倍频和分频进展频率的算术运算，最终得到所需的频率； 数字直接合成法那么是利用ROM和DAC结合，经过控制电路，从ROM单元中读出数据，再进展数/模转换，得到一定频率的输出波形。(2) 间接合成法。 经过锁相技术进展频率的算术运算，最后得到所需的频率。 1. 直接合成法模拟直接合成法： 将一个或多个基准频率经过倍频、分频、混频技术实现运算，合成所需频率信号，再用窄带滤

12、波器选出所要求的高性能信号。 模拟直接合成法的例子直接频率合成器的原理框图。晶 振谐 波 发 生 器(倍 频 )分 频 (10)8 MHz混 频 ( )2 MHz滤 波分 频 (10)混 频 ( )6 MHz滤 波分 频 (10)2.8 MHz0.28 MHz6.28 MHz混 频 ( )滤 波4.628 MHz0.628 MHz4 MHz2) 数字直接合成法 数字直接合成法又叫直接数字频率合成(DDS)，它是近年来迅速开展起来的一种新的频率合成方法，它将先进的数字处置实际与方法引入信号合成领域，经过控制相位变化速度来直接产生各种不同频率信号。 DDS的根本原理如下图。 相位累加器正弦表ROM

13、D/A低通输出时钟A位D位N位频率码Kmin与传统的频率合成技术相比，DDS具有以下特殊优点： (1) 频率分辨率高，频点数多。(2) 频率转换快。(3) 相位延续。(4) 信号相关。(5) 相位噪声小。(6) 便于实现复杂方式的信号调制。(7) 微处置器接口，控制容易，稳定可靠。 (8) 大规模集成，体积小，功耗低，分量轻。2. 间接合成技术 间接合成法即锁项合成法。 根本锁相环是个闭环相位负反响环路，由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)及压控振荡器(VCO)三大部分组成。 PD晶振Ui(t)LPFVCOfrUd(t)Uc(t)Uo(t)fo将根本锁相环的构造稍加变化，在反响回路中参与分频

14、比N可变的分频器，就可得到频率合成器中经常运用的锁相环。 PDLPFVCOfrfo Nfr可变 N分频器当锁相环锁定时，鉴相器PD两输入端信号的频率差为零，即 fo=NfrNffr05.3.4 高频信号发生器的主要性能目的(1) 频率范围： 100 kHz30 MHz，共分八个波段。(2) 频率刻度误差： 1%。(3) 输出电压： 01 V(有效值)。(4) 输出阻抗： 40 (01 V输出孔)、8 (00.1 V输出孔)(5) 电压表刻度误差： 5%(载波为1 MHz，1 V电压时)。(6) 内调制信号频率：400 Hz、1000 Hz，误差为5%。(7) 外调制信号频率： 50 Hz8 k

15、Hz。(8) 调幅范围：当m60%，误差为5%；当m60%，误差为10%。(9) 谐波电平： 25 dBc。5.4 函数信号发生器函数信号发生器5.4.1 函数信号发生器的根本组成与原理 1. 脉冲式函数信号发生器 输出脉冲发生器施密特触发器积分器正弦波转换器放大器外触发输入S2S1输入R0R1VD1R2VD2 ER7R8R9R10R11R12R13R14 EVD3R3R4VD4VD5R5VD6R6输出图示二极管正弦波构成电路，为典型的二极管网络变换电路，可将对称的三角波转换成正弦波。2. 正弦式函数信号发生器正 弦 振 荡 器缓 冲 级放 大 器方 波 形 成积 分 器输 出 级三角波发生器

16、方 波形成电路正弦波形成电路缓 冲放大器缓 冲放大器输出正弦波输出方波3. 三角波式函数发生器5.4.2 函数信号发生器的主要性能目的输出波形： 通常输出波形有正弦波、方波、脉冲和三角波等波形，有的还具有锯齿波、斜波、TTL同步输出及单次脉冲输出等。(2) 频率范围： 函数发生器的整个任务频率范围普通分为假设干频段，如110 Hz、10100 Hz、100 Hz1 kHz、110 kHz、10100 kHz、100 kH1 MHz等波段。 (3) 输出电压： 对正弦信号，普通指输出电压的峰-峰值，通常可达10UP-P以上；对脉冲数字信号, 那么包括TTL和CMOS输出电平。(4) 波形特性：

17、正弦波的特性普通用非线性失真系数表示，普通要求小于等于3%； 三角波的特性用非线性系数表示，普通要求小于等于2%； 方波的特性参数是上升时间，普通要求小于等于100 ns。(5) 输出阻抗： 函数输出50 ；TTL同步输出600 。5.5 脉冲信号发生器脉冲信号发生器最根本的脉冲信号是矩形脉冲信号。它的根本参数： (1) 脉冲振幅A：指脉冲顶量值与底量值之差。(2) 上升时间tr：指由10%电平处上升到90%电平处所需的时间，也叫脉冲前沿。(3) 下降时间tf：指由90%电平处下降到10%电平处所需的时间，也叫脉冲后沿。(4) 脉冲宽度 (或tw) 。 (5) 脉冲周期和反复频率f。(6) 脉

18、冲的占空系数：指脉冲宽度与脉冲周期T的比值，即=/T。Au(t)1.00.90.50.1trtfu(t)A0Tt(a)(b)t05.5.1 脉冲信号发生器的分类1、按照频率范围： 射频脉冲信号发生器 视频脉冲信号发生器2、按照用途和产生脉冲的方法不同： 通用脉冲发生器 快沿脉冲发生器 函数信号发生器 特种脉冲发生器5.5.2 脉冲信号发生器的组成与根本原理 一台根本的脉冲信号发生器包括主振级、延迟级、脉宽构成级、整形级、输出级等部分。主 振 级延 迟 级形 成 级整 形 级输 出 级外 同 步放 大主 脉 冲外 同 步 输 入同 步 输 出S5.5.3 脉冲信号发生器的主要性能目的(1) 脉冲频率： (2) 脉冲继续时间： (3) 脉冲幅度： (4) 输出阻抗： (5) 波形失真： (6) 输出脉冲形状： (7) 任务方式： 5.6 公用公用(特殊特殊)信号发生器信号发生器5.6.1 恣意波形发生器 (AWG，Arbitrarily Wave Generator)具备产生恣意波形的才干。电压控制振荡器波形存储器数/模变换器放大器可调衰减器地址计数器地址数据输出 图示为恣意波形发生器可产生的几种波形(a) 过冲； (b) 尖脉冲； (c) 阻尼正弦波； (d) 频率变化UO(a)(b)UOtttUOtUO(c)(d)5.6.2 电视信号发生器 用于电视机调试和维修公用的S305A型