第7章 信号发生器ppt课件

1、第七章第七章 测量用信号发生器测量用信号发生器7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 低频信号发生器低频信号发生器 7.3 7.3 高频信号发生器高频信号发生器7.4 7.4 函数信号发生器函数信号发生器7.5 7.5 脉冲信号发生器脉冲信号发生器7.6 7.6 合成信号发生器合成信号发生器7.1.1 7.1.1 信号发生器的功能信号发生器的功能 测量用信号发生器，通常称为信号源。测量用信号发生器，通常称为信号源。 信号发生器可提供符合一定电技术要求的电信号，信号发生器可提供符合一定电技术要求的电信号，其波形、频率和幅度都是可以调节的，并可准确读出数其波形、频率和幅度都是可以调节的，并可准确

2、读出数值。值。 在电子测量中，信号发生器是最基本、应用最广泛在电子测量中，信号发生器是最基本、应用最广泛的测量仪器之一。的测量仪器之一。 信号源的功用信号源的功用输输 入入激激 励励信信号号发发生生器器被被测测设设备备测测试试仪仪器器输输 出出响响 应应信号发生器的功用主要包括以下三方面：信号发生器的功用主要包括以下三方面： 1.1.激励源激励源 作为某些电气设备的激励信号。作为某些电气设备的激励信号。 2.2.信号仿真信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特性的信号，如对干扰信号进行仿真。相同特性的信号，如对干扰信号进行仿真。 3.3.校准源校

3、准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准或比对）。校准或比对）。信号发生器按输出信号频率划分表信号发生器按输出信号频率划分表 3. 3. 按信号发生器的性能分类按信号发生器的性能分类 一般信号发生器：指对其输出信号的频率、幅度的准确度和一般信号发生器：指对其输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类发生器。稳定度以及波形失真等要求不高的一类发生器。 标准信号发生器：指其输出信号的频率、幅度、调制系数等标准信号发生器：指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好在一定范围内连续可调，并且

4、读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。的中、高档信号发生器。 振荡器：是信号发生器的核心部分，它产生不同频率的信号。振荡器：是信号发生器的核心部分，它产生不同频率的信号。变换器：用来完成对主振信号进行放大、整形及调制等工作。变换器：用来完成对主振信号进行放大、整形及调制等工作。输出电路：为被测设备提供所需要的输出电平或信号功率。输出电路：为被测设备提供所需要的输出电平或信号功率。指示器：用以监视输出信号。指示器：用以监视输出信号。电源：为仪器各部分提供所需的工作电压。电源：为仪器各部分提供所需的工作电压。信号发生器结构框图信号发生器结构框图信号输出信号输出调制器调制器振荡器振荡器变换器

5、变换器输出电路输出电路电电 源源指示器指示器波段式低频信号发生器组成框图波段式低频信号发生器组成框图功率功率输出输出（低阻抗）（低阻抗）主主振振器器缓冲缓冲放大器放大器输输出出衰衰减减器器输出输出指示器指示器电平电平调节器调节器功率功率放大器放大器阻抗阻抗变换器变换器电压输出高阻抗）电压输出高阻抗）（1 1波段式波段式1. 1. 主振器主振器012fRC0113()1=1F,03FFjRCRCRC 0令，则当时10 ,360 .AF 相移（2 2差频式差频式差频式低频信号发生器组成框图差频式低频信号发生器组成框图输出输出固定频率固定频率振荡器振荡器可变频率可变频率振荡器振荡器混频器混频器滤波放

6、大滤波放大衰减器衰减器 差频信号发生器由可变频率振荡器f1和固定频率振荡器f2通过混频器产生两者差频信号f0=f1-f2 ，再经过低通滤波器滤除混频器输出中含有的高频分量，再经放大衰减输出，得到所需要的低频信号。 其最大的优点是频率覆盖范围大，容易做到整个低频段内频率可连续调节而不用更换波段，且输出电平也比较平稳。 缺点是电路复杂，频率稳定性和波形较差，特别是f1与f2接近时，极易产生干扰，这样也就很难获得较低的差频输出。 隔离后级电路对主振隔离后级电路对主振电路的影响，保证主电路的影响，保证主振频率稳定，一般采振频率稳定，一般采用射源极跟随器用射源极跟随器或运放组成的电压跟或运放组成的电压跟

7、随器。随器。电压放大的目的：使主振电压放大的目的：使主振级的输出电压达到预定技级的输出电压达到预定技术指标，要求频带宽、谐术指标，要求频带宽、谐波失真小、工作稳定等。波失真小、工作稳定等。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输出输出主振级主振级波波段段选选择择频频率率细细调调缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级内调制振荡器内调制振荡器监测器监测器外调制外调制输入输入高频信号发生器原理框图高频信号发生器原理框图可变电可变电抗器抗器FMA

8、M内内外外电源电源来调整振荡频率。来调整振荡频率。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输出输出脉宽，上升脉宽，上升/ /下降沿控制下降沿控制主振级主振级外同步外同步 放大放大延迟级延迟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 输入输入同步脉冲输出同步脉冲输出脉冲信号发生器组成原理脉冲信号发生器组成原理调节脉冲重复频率调节脉冲重复频率频率合成的方法直接模拟频率合成法DAFS

9、）直接数字频率合成法DDS）间接锁相式合成法倍频环分频环混频环%100ooofffff%100minmaxofffmaxmin0100%ffSf222231100%nUUUU 正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频率的正弦正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频率的正弦波，但由于信号发生器内部放大器等元器件的非线性，会使输波，但由于信号发生器内部放大器等元器件的非线性，会使输出信号产生非线性失真，除了所需要的正弦波频率外，还有其出信号产生非线性失真，除了所需要的正弦波频率外，还有其它谐波分量。它谐波分量。 通常用信号失真度来评价低频信号发生器输出信号波形接通常用信号失真度来评价低频信号发

10、生器输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数表示：近正弦波的程度，并用非线性失真系数表示： 式中，式中，U1U1为输出信号基波有效值，为输出信号基波有效值，U2U2，U3U3，UnUn为各次为各次谐波有效值。谐波有效值。2222322212100%nnUUUUUU由于由于U2U2，U3U3，,Un,Un比比U1U1小的多，也可用下式表示小的多，也可用下式表示： 一般低频正弦信号发生器的失真度为一般低频正弦信号发生器的失真度为0.1%0.1%1%1%，高档正弦，高档正弦信号发生器失真度可低于信号发生器失真度可低于0.005%0.005%。 对于高频信号发生器，这项指标要求较低，作为工程测

11、量对于高频信号发生器，这项指标要求较低，作为工程测量用仪器，其非线性失真小于等于用仪器，其非线性失真小于等于5%5%，即以眼睛观察不到明显的，即以眼睛观察不到明显的波形失真即可。波形失真即可。20lg(80100)snUdBU越越小越好注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻小越好注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配配问题）问题）的条件下标定的条件下标定的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的出电压的读数是不准

12、确的。读数是不准确的。 输出电平包括输出电平范围和输出电平准确度。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。度量。 输出幅度可用电压输出幅度可用电压V V、mVmV、uVuV和分贝和分贝dBdB、dBmdBm两种两种方式表示。方式表示。 输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减误差、输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减误差、0dB0dB准确度等确定，温度及供电电源的变化也会导致输出电平准确度等确定，温度及供