第三章信号发生器6-7

1、13-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 3-6.13-6.1、脉冲信号及主要参数、脉冲信号及主要参数 脉冲信号通常指持续时间较短有特定变化规律脉冲信号通常指持续时间较短有特定变化规律的的电压电压或或电流信号电流信号。 常见的脉冲信号有常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟矩形、锯齿形、阶梯形、钟形、数字编码序列形、数字编码序列等。等。 其中最基本的是其中最基本的是矩形脉冲信号矩形脉冲信号。 脉冲信号发生器脉冲信号发生器是专门用来产生脉冲波形的信是专门用来产生脉冲波形的信号源，是电子测量仪器中的一个重要门类。号源，是电子测量仪器中的一个重要门类。第三章第三章 信号发生器信号发生器2以矩

2、形脉冲信号为例，表征脉冲信号的主要参数如下：以矩形脉冲信号为例，表征脉冲信号的主要参数如下： （1 1）脉冲幅度）脉冲幅度 ：脉冲波从底部到顶部之间的数值。：脉冲波从底部到顶部之间的数值。（2 2）脉冲上升时间）脉冲上升时间 ：脉冲波从：脉冲波从0.1 0.1 上升到上升到0.9 0.9 所所经历的时间，也叫脉冲前沿。经历的时间，也叫脉冲前沿。3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 mUrtmUmU图图3.6-1 3.6-1 矩形脉冲信号矩形脉冲信号第三章第三章 信号发生器信号发生器3（3 3）脉冲下降时间）脉冲下降时间 ：脉冲波从：脉冲波从0.9 0.9 下降到下降到0.1 0.1 所

3、所经历的时间，也叫脉冲后沿。经历的时间，也叫脉冲后沿。（4 4）脉冲宽度）脉冲宽度( (脉冲持续时间脉冲持续时间):):一般指脉冲前、后沿分别一般指脉冲前、后沿分别等于等于0.5 0.5 时相应的时间间隔。时相应的时间间隔。3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 ftmUmUmU图图3.6-1 3.6-1 矩形脉冲信号矩形脉冲信号第三章第三章 信号发生器信号发生器4（5 5）平顶降落）平顶降落 ：表征脉冲顶部不能保持平直而呈现倾：表征脉冲顶部不能保持平直而呈现倾斜降落的数值，也常用其对脉冲幅度的百分比值来表示。斜降落的数值，也常用其对脉冲幅度的百分比值来表示。（6 6）脉冲过冲）脉冲过冲

4、：包括脉冲上冲：包括脉冲上冲 b 和下冲和下冲 f ，上冲指上升，上冲指上升边超过顶值边超过顶值 以上所呈现的突出部分。下冲指下降边超以上所呈现的突出部分。下冲指下降边超过底值以下所呈现的突出部分过底值以下所呈现的突出部分3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 UmU图图3.6-1 3.6-1 矩形脉冲信号矩形脉冲信号第三章第三章 信号发生器信号发生器5（7 7）脉冲周期和重复频率）脉冲周期和重复频率：周期性脉冲相邻两脉冲之间：周期性脉冲相邻两脉冲之间的时间间隔称为脉冲周期，用的时间间隔称为脉冲周期，用 T 表示。脉冲周期的倒数表示。脉冲周期的倒数称为重复频率，用称为重复频率，用 f 表

5、示。表示。（8 8）脉冲的占空系数）脉冲的占空系数 ：脉冲宽度：脉冲宽度 与脉冲周期与脉冲周期 T 的的比值称为占空系数或空度比比值称为占空系数或空度比3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 /T(3.6-1)(3.6-1)图图3.6-1 3.6-1 矩形脉冲信号矩形脉冲信号第三章第三章 信号发生器信号发生器63-6.23-6.2、脉冲信号发生器分类、脉冲信号发生器分类 按照用途和产生脉冲的方法不同，脉冲信号发按照用途和产生脉冲的方法不同，脉冲信号发生器可分为生器可分为 通用脉冲发生器通用脉冲发生器 快沿脉冲发生器快沿脉冲发生器 函数发生器函数发生器 数字可编程脉冲信号发生器数字可编程脉

6、冲信号发生器 特种脉冲发生器特种脉冲发生器 3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 第三章第三章 信号发生器信号发生器73-6.2 3-6.2 脉冲信号发生器分类脉冲信号发生器分类 3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 通用脉冲发生器通用脉冲发生器（最常用）其输出脉冲频率、延迟时（最常用）其输出脉冲频率、延迟时间、脉冲持续时间、脉冲幅度均可在一定范围内连续间、脉冲持续时间、脉冲幅度均可在一定范围内连续调节，一般输出脉冲都有调节，一般输出脉冲都有“”、“”两种极性，两种极性，有些产品还具有前、后沿可调、双脉冲、群脉冲、闸有些产品还具有前、后沿可调、双脉冲、群脉冲、闸门、外触发及单次

7、触发等功能。门、外触发及单次触发等功能。 第三章第三章 信号发生器信号发生器83-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 快沿脉冲发生器快沿脉冲发生器以快速前沿为其特征，主要用于各类电路瞬态特性以快速前沿为其特征，主要用于各类电路瞬态特性测试，特别是测试示波器的瞬态响应。测试，特别是测试示波器的瞬态响应。第三章第三章 信号发生器信号发生器93-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 函数信号发生器函数信号发生器可输出多种波形信号（有些具有正负尖脉冲信号），可输出多种波形信号（有些具有正负尖脉冲信号），已成为通用性极强的一类信号发生器。已成为通用性极强的一类信号发生器。 但作为脉冲信号源，当

8、前主要的问题是上限频率不但作为脉冲信号源，当前主要的问题是上限频率不够高（够高（5050MHz左右），前后沿也难提高，不能完全取代左右），前后沿也难提高，不能完全取代通用脉冲信号发生器。通用脉冲信号发生器。 第三章第三章 信号发生器信号发生器10数字可编程脉冲信号发生器数字可编程脉冲信号发生器是随着集成电路技术、微处理器技术发展而是随着集成电路技术、微处理器技术发展而产生的一代新型脉冲发生器，一般带有产生的一代新型脉冲发生器，一般带有GPIBGPIB接口，接口，可编程控制，使之进入自动测试系统。可编程控制，使之进入自动测试系统。特种脉冲信号发生器特种脉冲信号发生器是指那些具有特殊用途，对某些性

9、能指标有是指那些具有特殊用途，对某些性能指标有特定要求的脉冲信号源，如稳幅、高压、精密延特定要求的脉冲信号源，如稳幅、高压、精密延迟等脉冲发生以及功率脉冲发生器和数字序列发迟等脉冲发生以及功率脉冲发生器和数字序列发生器等。生器等。 3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 第三章第三章 信号发生器信号发生器11 3-6.3 3-6.3、脉冲信号发生器结构、脉冲信号发生器结构1.1.基本脉冲信号发生器基本脉冲信号发生器 基本脉冲信号发生器结构如下图所示。基本脉冲信号发生器结构如下图所示。 各单元主要功能如下：各单元主要功能如下： 3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 图图3.6-2

10、3.6-2 基本脉冲信号发生器框图基本脉冲信号发生器框图第三章第三章 信号发生器信号发生器12 (1(1）主振级：主振级：该单元是脉冲信号源的核心该单元是脉冲信号源的核心振荡源，振荡源，一般采用一般采用恒流源射极耦合自激多谐振荡器恒流源射极耦合自激多谐振荡器产生矩形波，产生矩形波，调节振荡器中电容和钳位电压可进行振荡频率粗调（频调节振荡器中电容和钳位电压可进行振荡频率粗调（频段）和细调。也可采用段）和细调。也可采用正弦振荡、限幅放大和积分电路正弦振荡、限幅放大和积分电路等构成主振级。等构成主振级。3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 图图3.6-2 3.6-2 基本脉冲信号发生器框图基

11、本脉冲信号发生器框图第三章第三章 信号发生器信号发生器13 （2 2）脉冲形成级：脉冲形成级：主要由主要由延时单元延时单元和和脉冲形成单元脉冲形成单元构成。延构成。延时单元将主振级送出的信号转换成形成单元所需的延时脉冲。时单元将主振级送出的信号转换成形成单元所需的延时脉冲。形成单元形成单元在延时脉冲作用下，形成宽度准确、波形良好的矩在延时脉冲作用下，形成宽度准确、波形良好的矩形脉冲，脉冲宽度可在该级进行独立调节。通常采用单稳态形脉冲，脉冲宽度可在该级进行独立调节。通常采用单稳态触发器作为脉冲形成电路。触发器作为脉冲形成电路。 （3 3）输出级：输出级：通常包括脉冲放大器、倒相器等，输出信号幅通

12、常包括脉冲放大器、倒相器等，输出信号幅度、极性在输出级进行调节。度、极性在输出级进行调节。3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 图图3.6-2 3.6-2 基本脉冲信号发生器框图基本脉冲信号发生器框图第三章第三章 信号发生器信号发生器14 2. 2.前后沿可调节的脉冲信号发生器前后沿可调节的脉冲信号发生器除矩形脉冲外，有时还需要其它波形的脉冲号如除矩形脉冲外，有时还需要其它波形的脉冲号如梯形、三角形等，这些信号可用改变矩形脉冲的前后梯形、三角形等，这些信号可用改变矩形脉冲的前后沿宽度来实现，如下图所示。在基本脉冲发生器中，沿宽度来实现，如下图所示。在基本脉冲发生器中，增加相应的脉冲前后

13、沿调节电路，即可获得不同波形增加相应的脉冲前后沿调节电路，即可获得不同波形的脉冲信号输出。的脉冲信号输出。3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 图图3.6-3 3.6-3 前后沿宽度不同的波形前后沿宽度不同的波形第三章第三章 信号发生器信号发生器153-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 2.2.前后沿可调节的脉冲信号发生器前后沿可调节的脉冲信号发生器图图3.6-4 XC-143.6-4 XC-14型脉冲信号发生器框图型脉冲信号发生器框图左下图是左下图是XC-14XC-14型脉冲信号发生器的原理框图，型脉冲信号发生器的原理框图，其各单元电路的输出波形画在右下图中。其各单元电路的输

14、出波形画在右下图中。图图3.6-5 XC-143.6-5 XC-14框图中各单元输出波形框图中各单元输出波形第三章第三章 信号发生器信号发生器163-7 3-7 噪声发生器噪声发生器A 引言引言噪声噪声通常是指干扰有用信号的不期望的、不可预测的通常是指干扰有用信号的不期望的、不可预测的扰动，它使有用信号受到干扰而造成失真，降低了信号观扰动，它使有用信号受到干扰而造成失真，降低了信号观察和测量的可靠性。察和测量的可靠性。 许多情况下，人们希望克服或降低噪声许多情况下，人们希望克服或降低噪声。 而有些情况下，噪声又可被人们利用而有些情况下，噪声又可被人们利用。 因而噪声测量技术就成为电子测量领域的

15、一个重要组因而噪声测量技术就成为电子测量领域的一个重要组成部分，并且已在国防、能源、水文、海洋、地理、气象成部分，并且已在国防、能源、水文、海洋、地理、气象及医疗等部门得到广泛应用。及医疗等部门得到广泛应用。 第三章第三章 信号发生器信号发生器17B 噪声信号发生器是噪声测量中不可缺少的仪器，它能提供在特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（如功率密度谱、均方根值、概率密度函数等）的噪声信号。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器图图3.7-1 3.7-1 噪声发生器结构噪声发生器结构 第三章第三章 信号发生器信号发生器18B 噪声信号发生器在电子测量领域，噪声发生器可用来测量

16、接收机的极限灵敏度、放大器及各有源器件的噪声系数、电声转换器的频响及失真度等。噪声发生器的结构如下图所示，主要由噪声源、变换器及输出衰减器等部分组成。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器图图3.7-1 3.7-1 噪声发生器结构噪声发生器结构 第三章第三章 信号发生器信号发生器193-7.13-7.1、噪声源、噪声源 噪声源是噪声发生器的核心，提供在一定频噪声源是噪声发生器的核心，提供在一定频率范围内有足够高电平和噪声统计特性（如功率率范围内有足够高电平和噪声统计特性（如功率谱、均方根值、概率密度函数等）的噪声信号。谱、均方根值、概率密度函数等）的噪声信号。 应用最多的是频谱分布均匀的白噪声

17、，产生应用最多的是频谱分布均匀的白噪声，产生白噪声的噪声源通常有下面几种。白噪声的噪声源通常有下面几种。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器20 1. 1.电阻噪声源电阻噪声源：任何电阻在一定温度下由于导体中电子：任何电阻在一定温度下由于导体中电子无规则的热运动都会产生热噪声，噪声的大小取决于导无规则的热运动都会产生热噪声，噪声的大小取决于导体（电阻）的热力学状态，噪声电压均方值为：体（电阻）的热力学状态，噪声电压均方值为：3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器fKTRu4式中式中R R为电阻值，为电阻值，K 为波尔兹曼常数（为波尔兹曼常数（ ），），T 为绝

18、对温度，为绝对温度，f 为系统工作带宽。改变温度，可改变噪声电压的大小。如为系统工作带宽。改变温度，可改变噪声电压的大小。如果将电阻置于低温下（如放在液氮中），它输出的噪声电压极低，可用来果将电阻置于低温下（如放在液氮中），它输出的噪声电压极低，可用来测量低噪声放大器的噪声系数。测量低噪声放大器的噪声系数。 KJ /1038. 123第三章第三章 信号发生器信号发生器(3.7-1)212.2.二极管噪声源：二极管噪声源：在真空二极管饱和区，如阴极温度一定，则电流也维在真空二极管饱和区，如阴极温度一定，则电流也维持恒定，在单位时间内，阴极发射的电子束围绕着平持恒定，在单位时间内，阴极发射的电子束

19、围绕着平均值起伏变化，这种现象称为均值起伏变化，这种现象称为“散弹效应散弹效应”。在数。在数kHzkHz到数百到数百MHzMHz范围内散弹噪声具有白噪声特性。一般范围内散弹噪声具有白噪声特性。一般用改变阳极电流的方法调整噪声输出电平。用改变阳极电流的方法调整噪声输出电平。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器223.3.气体放电管噪声源：气体放电管噪声源：气体放电管是一种离子器件，由灯丝和阳极构成，管内充有一定气压气体放电管是一种离子器件，由灯丝和阳极构成，管内充有一定气压的惰性气体（氩或氖），当放电管点燃后，管内气体放电，在电场作的惰性气体（氩或氖），当放电

20、管点燃后，管内气体放电，在电场作用下，电子受到不断地加速，在高速运动中又与其它离子和中性粒子用下，电子受到不断地加速，在高速运动中又与其它离子和中性粒子碰撞，在碰撞中，一方面使气体进一步电离，一方面电子本身运动速碰撞，在碰撞中，一方面使气体进一步电离，一方面电子本身运动速度急剧减慢，损失掉的能量就转化成一定形式的电磁辐射。度急剧减慢，损失掉的能量就转化成一定形式的电磁辐射。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器由于电子运动速度和碰撞都是随机的，这种电磁由于电子运动速度和碰撞都是随机的，这种电磁辐射就具有噪声的性质。并在极宽的范围内具有辐射就具有噪声的性质。并在极宽的范围内具有均匀的谱密度，如果

21、是同轴结构，其应用频率范均匀的谱密度，如果是同轴结构，其应用频率范围为围为0.20.25GHz5GHz，如果是波导结构，应用频率范围，如果是波导结构，应用频率范围为为2.62.675GHz75GHz，是微波波段应用的噪声源。，是微波波段应用的噪声源。 第三章第三章 信号发生器信号发生器234.4.固体噪声源：固体噪声源：固态噪声源主要器件是固态噪声二极管，它是一种固态噪声源主要器件是固态噪声二极管，它是一种P PN N结结器件，当工作于反偏压，处于雪崩击穿状态时，载流子雪器件，当工作于反偏压，处于雪崩击穿状态时，载流子雪崩倍增的电流起伏产生雪崩散弹噪声，这种噪声在工作频崩倍增的电流起伏产生雪崩

22、散弹噪声，这种噪声在工作频率远低于雪崩频率时，近似为白噪声。固态噪声源除频率率远低于雪崩频率时，近似为白噪声。固态噪声源除频率覆盖宽外，还具有体积小，重量轻，功耗低等优点。覆盖宽外，还具有体积小，重量轻，功耗低等优点。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器243-7.23-7.2、变换器、变换器 噪声源输出的噪声功率有限，频谱密度等也由噪声源噪声源输出的噪声功率有限，频谱密度等也由噪声源类型等决定。为了使输出的噪声满足一定的要求，包括输类型等决定。为了使输出的噪声满足一定的要求，包括输出功率、频谱密度特性等、需要在噪声源后级联变换器，出功率、频谱密度特性等、需

23、要在噪声源后级联变换器，包括带宽放大器等、非线性电路（改变噪声特性如概率密包括带宽放大器等、非线性电路（改变噪声特性如概率密度函数）、滤波器频谱变换器等。度函数）、滤波器频谱变换器等。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器253-7.33-7.3、输出衰减器、输出衰减器在噪声发生器中，常用已校准好刻度的衰减器作为输出级，在噪声发生器中，常用已校准好刻度的衰减器作为输出级，其衰减量在系统工作频率范围内保持恒定。信号电平指示其衰减量在系统工作频率范围内保持恒定。信号电平指示仪表接在衰减器之前，由电平指示仪表的示值和输出倍乘仪表接在衰减器之前，由电平指示仪表的示值和

24、输出倍乘即可得知输出噪声的均方根值或均方值。当需要的噪声电即可得知输出噪声的均方根值或均方值。当需要的噪声电平较小时，也可直接由噪声源输出噪声信号平较小时，也可直接由噪声源输出噪声信号 。 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器261 如何按信号频段和信号波形对测量用信号源进行分类？2 正弦信号发生器的主要性能指标有哪些？各自具有什么含义？3 说明文氏桥振荡器的振荡原理？4 某文氏桥RC振荡器如题4图所示，其中R3、R4是热敏电阻，试确定它们各自应具有什么性质的温度系数。 思考题思考题: :题题4 4图图 第三章第三章 信号发生器信号发生器27 5 5 差频式振

25、荡器作低频信号发生器振荡源的原理差频式振荡器作低频信号发生器振荡源的原理和优点是什么？和优点是什么？ 6 XD-16 XD-1型低频信号发生器表头指示分别为型低频信号发生器表头指示分别为2V2V和和5V5V，当输出衰减旋钮分别指向下列各位置时，实际输当输出衰减旋钮分别指向下列各位置时，实际输出电压值为多大？出电压值为多大？ 电平表头指针 0dB10dB20dB30dB40dB50dB60dB70dB80dB90dB2V210.20.020.0020.00025V52.50.50.05第三章第三章 信号发生器信号发生器28 7 7 结合图结合图3.3-113.3-11，说明函数信号发生器的工作原，说明函数信号发生器的工作原理和过程。欲产生正向锯齿波，图中二极管应如理和过程。欲产生正向锯齿波，图中二极管应如何接？何接？ 8 8 说明图说明图3.3-143.3-14所示所示XD8BXD8B框图中框图中RP4RP4和和RP2RP2两个两个电位器的功能。电位器的功能。 9 9 说明图说明图3.4-13.4-1高频信号发生器各单元的主要作高频信号发生器各单元的主要作用。用。 10 10 调谐式高频振荡器主要有哪三种类型？振荡频调谐式高频振荡器主要有哪三种类型？振荡频率如何确定和调节？率如何确定和调节？ 思考题思考题:第三章第三章 信号发生器信号发