电子测量技术第7章第1部分

1、脉冲信号发生器本章所用主要仪器任意波形发生器功率函数信号发生器射频信号发生器函数发生器/计数器视频和电视信号发生器7.1 概述 测量用信号源是指测量用信号发生器。它可以产生不同频率的正弦信号、调幅信号、调频信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的幅值也可按需要进行调节。7.1.17.1.1 测量用信号源的作用与分类1测量用信号源的作用 信号发生器是输出供给量的仪器，它产生频率、幅度、波形等主要参数可调节的信号，信号发生器主要有以下几个作用。（1）测元件参数。（2）测网络的幅频特性、相频特性和周期等。（3）测试接收机的性能。（4）测量网络的瞬态响应。（5）校准仪表。

2、2信号源的分类信号发生器种类繁多，总体来说可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的。通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和噪声发生器等。正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。3正弦信号发生器的分类按其产生信号的频段大致可分为以下六类。（1）超低频信号发生器。其频率在0.00011kHz范围内。（2）低频信号发生器。其频率在1Hz20kHz或1MHz范围内，其中用得最多的是音频信号发生器，频率范围在20Hz20kHz之间。（3）视频信号发生器。其频率在20Hz10MHz范围内。（4）高频信号发生器。其频率在200kH

3、z30MHz范围内，大致相当于长、中、短波段的范围。（5）甚高频信号发生器。其频率在30MHz300MHz范围内，相当于米波波段。（6）超高频信号发生器。其频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘米波波段。工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器。7.1.2 7.1.2 正弦信号发生器的组成 其基本组成框图如图7.1所示，一般包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路五部分。图7.1 正弦信号发生器的基本组成框图1振荡器振荡器是信号发生器的核心部分，由它产生各种不同频率的自激信号。 2变换器变换器可以是电压放大器、功率放大器或调制器等。 3指示器指示器用来监视输出信号。 4

4、输出电路输出电路的基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，以提高输出电路带负载的能力 5电源给信号发生器各部分提供工作用的直流电源。 归纳为频率特性、输出特性和调制特性等三大指标。1频率特性频率特性包括可调的频率范围、频率的准确度、稳定度等技术指标。 （1）频率范围正弦信号发生器的频率范围是指各项指标都能得到保证时的输出频率范围。（2）频率准确度。频率的准确度是指信号发生器度盘（或显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，一般用相对误差a来表示。7.1.3 7.1.3 正弦信号发生器的主要性能指标000fffff式中，f仪器度盘或数字显示的输出信号频率； f0实际输出频率。（3）频率稳定度d。频率

5、的稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。频率的稳定度又分为频率短期稳定度和长期稳定度。 频率短期稳定度的定义：信号发生器经过规定时间预热后，输出信号的频率在任意15min时间内所产生的最大变化d。 频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，输出信号的频率在任意 15h时间内所发生的最大变化。 maxmin100%fff式中，fmax为任意15min时间内信号输出频率的最大值； fmin为任意15min时间内信号输出频率的最小值。 2输出特性 正弦信号源的输出特性一般包括输出电平范围、输出电平的频响、输出电平的准确度、输出阻抗以

6、及输出信号的频谱纯度等指标。（1）输出电平范围。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，输出幅度可用电压（V、mV、mV）和分贝（dB）两种方式表示。 （2）输出电平的频率响应 是指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。（3）输出电平准确度 输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减器换档误差、0dB准确度和输出电平平坦度等几项指标综合组成。 （4）输出阻抗。信号发生器的输出阻抗视其类型不同而各不相同。 （5）输出信号的频谱纯度。输出信号的频谱纯度反映输出信号波形接近理想正弦波的程度。 3调制特性 高频信号发生

7、器输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调频、调幅。有些还常有调相和脉冲调制等。调制信号有的是信号发生器内部产生的，有的是把外部信号加到信号发生器后再进行调制。前者称为内调制，后者称为外调制。 7.2 低频信号发生器 低频信号发生器的输出信号频率范围通常为20Hz20KHz，也称为音频信号发生器。 低频信号发生器可用于测试调整低频放大器、传输网络和广播、音响等电声设备，还可以用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等。7.2.27.2.2 低频信号发生器的基本组成与原理 低频信号发生器的基本组成框图如图7.2所示，包括振荡器、放大器、稳压电源及输出级四部分。图

8、7.2 低频信号发生器基本组成框图1振荡器振荡器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号，一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。振荡器决定输出信号的频率范围和稳定度。（1）通用RC振荡电路 图7.3为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。 图7.3 文氏电桥振荡器的原理框图 图7.4 选频网络电路图 RC选频网络的选频特性如图7.4所示。该网络的传递函数（反馈系数）为式中 输入信号的频率； 等于 。 由公式可画出选频网络的幅频特性和相频特性。ffffjjRCRCjjN00003131)1(31f0f

9、RC21 文氏电桥振荡器的振荡条件只要后接的二级放大器的电压放大倍数为Av=3 ，就满足了振荡器起振的幅值条件AVF1，可以维持频率 f = f0=1/(2RC) 时的等幅正弦振荡。文氏电桥振荡器的实际电路（2）差频式振荡电路。用差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图7.7所示。主要包括固定高频振荡器、可变高频振荡器、混频器、低通滤波器和放大、衰减器等。图7.7 差频式振荡电路原理框图设固定高频振荡器的频率为 ，可变高频振荡器的频率范围为 ，则混频器输出的基波差频信号频率范围为 差频信号的频率覆盖系数为min0maxffFmax0minffFmax0min0minmaxffffFFkminm

10、ax0minmaxminmaxmin2min0ffffffffffminmax02minminmaxminmax0minmaxmin0)()(fffffffffffff0fmaxmin ff式中 可变高频振荡器的频率覆盖系数； 可变高频振荡器的最低频率； 可变高频振荡器的最高频率。由式（7-8）可以看出， 和 越大，差频信号的频率覆盖系数就越大，所得到的低频信号的频率范围也就越宽。max0minminminmax1ffffffminmin11Ffk（7-8）kminmaxffk minfmaxfkminmaxFf2放大器 低频信号发生器的放大器一般包括电压放大器和功率放大器两级，以达到电压输出幅度和功率的要求。3输出级 输出级一般包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分。1使用方法（1）接通电源，频率应有显示。（2）根据测试所要求信号的频率选择合适的波段，再通过频率开关得到所需的频率。（3）通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅度，并由电压表监测。（4）低频信号发生器的输出阻抗一般为600，应注意与被测对象的匹配。723低频信号发生器的应用2放大器放大倍数的测量放大倍数是放大器的基本性能指