电子测量与仪器课件第二章测量用信号发生器1

1、第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.1 概述概述 信号发生器即信号源2.1.1 信号发生器的分类信号发生器的分类通用信号发生器,专用信号发生器两大类。1. 按发生器输出信号波形分类按发生器输出信号波形分类正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器. 2. 按工作频率分类按工作频率分类超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频信号发生器。3. 按调制方式分类按调制方式分类 (高频信号发生器）高频信号发生器）为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.1.2 信号发生器的主要技术特性信号发生器的主要技术特性信号发生器的技术特性主

2、要包括以下几项1. 频率特性频率特性频率特性包括有效频率范围有效频率范围、频率准确度频率准确度和频率稳定度频率稳定度。fffffa000 x0minmaxfff2. 输出特性输出特性 输出特性主要包括输出阻抗输出阻抗、输出形式输出形式、输出波形及输出波形及谐波失真谐波失真、输出电平及其平坦度输出电平及其平坦度等。 3. 调制特性调制特性 (高频信号发生器) 调制方式、调制频率、调制系数以及调制线性等。信号发生器+u1+u2图2.1 信号发生器的输出形式第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.1.3 信号发生器的一般组成信号发生器的一般组成主振器主振器: 核心部分，它产生不同频率、不同波

3、形的信号。变换器变换器: 用来完成对主振信号进行放大、整形及调制等工作。输出级输出级: 调节信号的输出电平和变换输出阻抗。指示器指示器: 用以监测输出信号的电平、频率及调制度。电电 源源: 为仪器各部分提供所需的工作电压。主振器主振器变换器变换器输出级输出级指示器指示器电源电源输出输出图图2.2 信号发生器的一般组成信号发生器的一般组成第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.1.4 利用信号发生器的测量方法利用信号发生器的测量方法在电子测量中，用到信号发生器的测量方法主要包括以下几种： 1. 谐振法谐振法图2.3，调谐信号发生器输出频率调谐信号发生器输出频率使之与LC谐振电路谐振频率相

4、等时，电压表指示最大，LC谐振电路谐振，依据此时LC谐振电路谐振特性可以测量集中参数元件。 信号发生器电子电压表图2.3 谐振法测量集中参数元件电路图LC第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 被测放大器信号发生器UoRo电子电压表S1S2R2RiUi图2.4 二次测量输出阻抗原理图+ +2. 二次测量法二次测量法用于测量放大器输出阻抗，其测量过程如下：开关S1闭合，S2断开，不接负载R2，开路电压为Uo；然后保持信号发生器、放大器状态不变，闭合S2，接通负载R2，此时放大器输出电压U1 ，则式中，Ro为放大器输出阻抗。22oo1RRRUU21oo) 1(RUUR第 2 章 测 量 用 信

5、 号 发 生 器 3. 比较法比较法图2.5。变换开关S位置，调节标准信号发生器使前后两次指示器指示不变或保持一定关系，即可测出被测量来。4. 替代法替代法图2.6 变换开关S位置，调节标准信号发生器使前后两次指示器指示不变，则标准信号发生器产生信号的场强等于被测信号场强。被测信号标准信号发生器指示器图2.5 比较法测量原理图S标准天线标准信号发生器衰减器图2.6 替代法测量场强原理图放大器指示器S第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.2 正弦信号发生器正弦信号发生器正弦信号发生器包括低频、高频、甚高频、超高频信号发生器等，低频、高频信号发生器的使用很广泛。1.1. RC 振荡电路（

6、输出功率较小，频率较低）振荡电路（输出功率较小，频率较低）2. LC 振荡电路（输出功率较大，频率较高）振荡电路（输出功率较大，频率较高）2.2.1 低频信号发生器低频信号发生器又称为音频信号发生器，用来产生频率范围为1Hz1MHz的低频正弦信号、方波信号及其他波形信号。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 1. 低频信号发生器的组成低频信号发生器的组成图2.7为低频信号发生器组成框图。它主要包括主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。图2.7 低频信号发生器的组成框图指示电压表主振器电压放大器输出衰减器功率放大器阻抗变换器电压输出S功率输出电压输入主振输出

7、调节第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 （1）主振器主振器RC文氏桥式振荡器文氏桥式振荡器具有输出波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可调范围宽等特点，故被普遍应用于低频信号发生器主振器中。主振器产生与低频信号发生器频率一致的低频正弦信号。文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数（即最高频率与最低频率之比）为10，因此，要覆盖1Hz1MHz的频率范围，至少需要五个波段。为了在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围，有时采用差频式低频振荡器，图2.8为其组成框图。假设f2=3.4MHz，f1可调范围为3.3997MHz5.1MHz，则振荡器输出差频信号频率范围为300Hz （3.4MHz

8、-3.3997MHz）1.7MHz（5.1 MHz-3.4 MHz）。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 固定频率高固定频率高频振荡器频振荡器可变频率高可变频率高频振荡器频振荡器混频器混频器低通滤波器低通滤波器低频放大器低频放大器图图2.8 差频式低频振荡器差频式低频振荡器f2f1差频式振荡器的缺点是对两个振荡器的频率稳定性要求很高，两个振荡器应远离整流管等发热元件，彼此分开并良好屏蔽。（2）电压放大器）电压放大器电压放大器兼有缓冲与电压放大的作用。缓冲是为了使后级电路不影响主振器的工作，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。放大是为了使信号发生器的输出电压达到预定技术指标。要求电

9、压放大器输入阻抗较高，输出阻抗低。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 （3）输出衰减器）输出衰减器 输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由步进衰减器实现。图2.9为常用输出衰减器原理图，图中电位器RP为连续调节器（细调），电阻R1R8与开关S构成步进衰减器，开关S为步进调节器（粗调）。调节RP或变换开关S的挡位，均可使衰减器输出不同的电压。步进衰减量的表示方法有两种：一种是用步进衰减器的输出电压Uo与其输入电压Ui之比来表示，即Uo/Ui；另一种是用Uo/Ui的分贝值来表示，即20lg(Uo/Ui)，单位为dB（分贝）。+

10、CR1+UiUo+R2R3R4R5R6R7R8SRP图2.9 衰减器原理图第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 （4） 功率放大器及阻抗变换器功率放大器及阻抗变换器 功率放大器用来对衰减器输出的电压信号进行功率放大，使信号发生器达到额定功率输出。为了能实现与不同负载匹配，功率放大器之后与阻抗变换器相接，这样可以得到失真小的波形和最大的功率输出。 阻抗变换器只有在要求功率输出时才使用，电压输出时只需衰减器。阻抗变换器即匹配输出变压器，输出频率为5Hz5kHz时使用低频匹配变压器，以减少低频损耗，输出频率为5kHz1MHz时使用高频匹配变压器。输出阻抗利用波段开关改变输出变压器次级圈数来改变

11、。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2. 低频信号发生器的主要工作特性低频信号发生器的主要工作特性目前，低频信号发生器的主要工作特性如下：频率范围 一般为20Hz1MHz，且连续可调。频率准确度 （13）%。频率稳定度 一般为（0.10.4）%/小时。输出电压 010V连续可调。输出功率 0.55W连续可调。非线性失真范围 （0.11）%。输出阻抗 50、75、150、600、5k等几种。输出形式 平衡输出与不平衡输出。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 3. 低频信号发生器的使用低频信号发生器的使用低频信号发生器型号很多，但它们的使用方法基本类似。（1）了解面板结构信号发生

12、器面板上有关部分通常按其功能分区布置，一般包括：波形选择开关、输出频率调谐部分（包括波段、粗调、微调等）、幅度调节旋钮（包括粗调、细调）、阻抗变换开关、指示电压表及其量程选择、电源开关及电源指示、输出接线柱等。（2）注意正确的操作步骤第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 信号发生器的使用步骤如下：准备工作 正确选择符合要求的电源电压，把幅度调节旋钮置于起始位置（最小）开机预热23min后方可投入使用。 选择频率 根据需要选择合适的波段，调节频率度盘（粗调）于相应的频率点上，而频率微调旋钮一般置于零位而频率微调旋钮一般置于零位。 输出阻抗的配接 根据负载阻抗的大小，拨动阻抗变换开关于相应挡

13、级以获得最佳负载输出，否则信号发生器的输出功率小、输出波形失真大。 输出电路形式的选择 根据负载电路的输入方式，用短路片变换信号发生器输出接线柱的接法以选择相应的平衡输出或不平衡输出。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 输出电压的调节和测读 调节幅度调节旋钮可以得到相应大小的电压输出。在使用衰减器（除0dB挡外）时，如图2.7所示，电压表测量的是已经衰减器衰减的电压大小，所以输出电压的大小为电压表的示值除以电压衰减倍数。例如，信号发生器指示电压表示值为20V，衰减分贝数为60dB时，实际输出电压应为0.02V(20V1060/20=0.02V)。当信号发生器不平衡输出时，电压表示值即为

14、输出电压值；当信号发生器平衡输出时，输出电压为电压表示值的两倍。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 4.低频信号发生器实例低频信号发生器实例GAG-808G型低频信号发生器主要由文氏桥式振荡器、波形变换开关、方波成形电路、输出放大器、输出电路、输出衰减器等部分组成，其组成如图2.10所示。文氏桥式振荡器用于产生频率范围为10Hz1MHz的振荡信号。方波成形电路为施密特触发器，用于将正弦波变换为方波。文氏桥式振荡器和方波成形电路中都内含缓冲放大器，用于隔离后级电路对本级电路的影响。输出放大器对前级电路的输出进行放大，并实现对输出电平的调整。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 文氏

15、桥式振荡器输出放大输出电路输出衰减器方波成形电路外同步输入波形变换开关输出图2.10 GAG-808G型低频信号发生器组成框图直流电源+23V 23VAC110V/220V输出电路用于变换阻抗。输出衰减器即步进衰减器，用于调整输出信号的大小，衰减器分050dB共六挡，每挡相差10dB。当衰减为0dB时，最大输出电压超过7V。输出阻抗为600。电源为各部分电路提供23V直流电源。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.2.2 高频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器和甚高频信号发生器统称为高频信号发生器，它们在高频电路测试中应用比较广泛。高频信号发生器通常用来产生200kHz30MHz

16、的正弦波或调幅波信号，如无特别说明，均指此种高频信号发生器。甚高频信号发生器用来产生30MHz300MHz的正弦波、调幅波或调频波信号。 1. 高频信号发生器的组成高频信号发生器的组成 高频信号发生器的组成框图如图2.12所示，主要包括主振级、缓冲级、调制级、输出级、衰减器、内调制振荡器、调频器等部分。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 可变电抗器主振器缓冲级调制级输出级监测器内调制振荡器电源外调制输入输出图2.12 高频信号发生器组成框图（1）主振级）主振级主振级是信号发生器的核心，一般采用可调频率范围宽、频率准确度高、稳定度好的LC振荡器，它用于产生高频振荡信号。为了使信号发生器有

17、较宽的工作频率范围，可以在主振级之后加入倍频器、分频器或混频器。主振级电路结构简单，输出功率不大，一般在几到几十毫瓦的范围内。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 （2）缓冲级）缓冲级缓冲级主要起阻抗变换的作用，用来隔离调制级对主振级产生的不良影响，以保证主振级稳定工作。否则，由于调制级输入阻抗不高且在调幅过程中不断变化，而使主振级振荡频率不稳定并产生寄生调频。（3）调制级调制级实现调制信号对载波的调制，它包括调频、调幅和脉冲调制等调制方式。在输出载波或调频波时，图2.12中的调制级实际上是一个宽带放大器；在输出调幅波时，实现振幅调制和信号放大。（4）可变电抗器可变电抗器与主振级的谐振回

18、路相耦合，在调制信号第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 （4）可变电抗器）可变电抗器可变电抗器与主振级的谐振回路相耦合，在调制信号作用下，控制谐振回路电抗的变化而实现调频。（5）内调制振荡器）内调制振荡器内调制振荡器用于为调制级提供频率为400Hz或1kHz的内调制正弦信号，该方式称为内调制。当调制信号由外部电路提供时，称为外调制。（6）输出级）输出级输出级主要由放大器、滤波器、输出微调器、输出倍乘器等组成，对高频输出信号进行调节以得到所需的输出电平，最小输出电压可达V数量级。输出级还用来提供合适的输出阻抗。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 主振器高频放大器调制器细调衰减器步

19、进衰减器电缆分压器载波电压指示器调幅度指示器内调制信号发生器外调制信号输入1kHz400Hz等幅S01V00.1V“1”“0.1”图2.13 XFG-7型高频信号发生器组成框图（7）监测器监测器用以监测输出信号的载波幅度和调制系数。（8）电源电源用来供给各部分所需要的电压和电流。2. 高频信号发生器实例高频信号发生器实例XFG-7型高频信号发生器是一个具有标准频率与标准输出电压的高频信号发生器。它既能产生等幅波，又能产生调幅波，可第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 以方便地应用于高频放大器、调制器以及滤波器性能指标的测量，特别适用于无线电接收机性能指标的测试。（1）整机组成XFG-7型

20、高频信号发生器组成框图如图2.13所示。主振器是一个LC振荡电路，它通过变换振荡回路中的电感线它通过变换振荡回路中的电感线圈圈L来改变频段来改变频段，调节电容调节电容C来连续改变频率来连续改变频率。高频放大器具有放大、调幅作用。细调衰减器用来连续调节输出幅度，调节范围在01V之间。步进衰减器由四节型四端网络连接而成，用于对输出信号作进一步衰减，其输出电压最大仅为0.1V。为了获得更小的输出电压，信号发生器还配有一根内藏分压器的输出电缆，分压比分别为11和110，在这根电缆的插口上分别标有“1”和“0.1”字样，由此可选择附加分压第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 比。内调制信号发生器是

21、一个LC振荡器，产生供调幅用的400Hz或1kHz低频正弦信号。当高频信号幅度一定时，调幅度的大小由调制信号电压决定。调幅度指示器是通过测量低频信号的振幅来指示调幅波的调幅度。 2.使用方法 图2.14为XFG-7型高频信号发生器面板图，其使用方法如下：第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 VM%00.1V保险丝通调幅度调节载波调节输出微调01V0101100100010000输出倍乘400等幅1000调幅选择波段 外调幅输入V零点1V校准M%零点指示灯频率粗调频率细调图2.14 XFG-7型高频信号发生器面板图12345678第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 准备工作 通电前将载波调节、调幅度调节和输出微调旋钮逆时针旋转到最小位置，将输出倍乘开关置于1。调零 通电前对指示电表进行机械调零。通电后，将波段开关置于任意两挡之间，使主振器停振，调节零点旋钮使V表指针处在零点。接着将波段开关调至任意挡使振荡器振荡，调节载波调节旋钮，使V表指针指在红线1上，调节M%零点旋钮使M%表指针指在零点。调节频率 将波段开关置于所需波段位置，调节频率调节粗调、细调旋钮得到准确频率。调节电压 调节载波调节旋钮使表指针指在红线“1”上，根据所需电压选择输出插孔。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 输出电压在