第三章信号发生器1-3

1、1第第 三三 章章 信信 号号 发发 生生 器器 3-1 3-1 信号发生器概述信号发生器概述 3-2 3-2 正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标 3-3 3-3 低频信号发生器低频信号发生器 3-4 3-4 射频信号发生器射频信号发生器 3-5 3-5 扫频信号发生器扫频信号发生器 3-6 3-6 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 3-7 3-7 噪声发生器噪声发生器23-1.1 3-1.1 信号发生器的用途信号发生器的用途 产生不同频率产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的电信号的仪器。不同幅度的规则或不规则波形的电信号的仪器。 用途：用途：1 1、激励源、激励源 作为某些电

2、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 施加与实际环境相同特性的信号施加与实际环境相同特性的信号 3 3、校准源、校准源 对一般信号进行校准的标准源对一般信号进行校准的标准源 用法：加到被测器件、设备上，用其它测量仪器观察、测量输出响应，用法：加到被测器件、设备上，用其它测量仪器观察、测量输出响应，以分析确定它们的性能参数。以分析确定它们的性能参数。 3-1 3-1 信号发生器概述信号发生器概述 第三章第三章 信号发生器信号发生器33-1.1 3-1.1 信号发生器的用途信号发生器的用途 这种提供测试用电信号的装置，统称为信号发生器，用在电子测量领域，这种提供测

3、试用电信号的装置，统称为信号发生器，用在电子测量领域，也称为测试信号发生器。也称为测试信号发生器。 与示波器、电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量领域中与示波器、电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。最基本、应用最广泛的一类电子仪器。3-1 3-1 信号发生器概述信号发生器概述 图图3.13.11 1 由信号发生器组成的测试系统由信号发生器组成的测试系统 信号发生器 测试 响应被测试 设备输入激励输出响应第三章第三章 信号发生器信号发生器43-1.2 3-1.2 信号发生器的分类信号发生器的分类 信号发生器应用广泛，种类及型号繁多，性能

4、各异，分类信号发生器应用广泛，种类及型号繁多，性能各异，分类方法也不一致，下面介绍几种常见的分类。方法也不一致，下面介绍几种常见的分类。 1. 1.按频率范围分类：按频率范围分类：按照信号发生器输出信号的频率范按照信号发生器输出信号的频率范围，有如表围，有如表3.1-13.1-1所示的划分。所示的划分。名称频率范围主要应用领域超低频信号发生器低频信号发生器视频信号发生器高频信号发生器甚高频信号发生器超高频信号发生器30kHz以下30kHz300kHz300kHz6MHz6MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz电声学、声纳电报通讯无线电广播广播、电报电视、调频广播、导航

5、雷达、导航、气象表表3.1-1 3.1-1 信号发生器按频率范围的分类信号发生器按频率范围的分类第三章第三章 信号发生器信号发生器5 频段的划分不是绝对的。频段的划分不是绝对的。 “低频信号发生器低频信号发生器”工作在工作在1Hz1Hz1MHz1MHz频段，波形以正弦波为频段，波形以正弦波为主，或兼有方波及其它波形的信号发生器；主，或兼有方波及其它波形的信号发生器； “射频信号发生器射频信号发生器”指能产生正弦信号、频率范围部分或全指能产生正弦信号、频率范围部分或全部覆盖部覆盖300kHz300kHz1GHz1GHz，并具有一种或一种以上调制功能的信，并具有一种或一种以上调制功能的信号发生器。

6、号发生器。 可见，这里两类信号发生器频率范围有重叠，而所谓可见，这里两类信号发生器频率范围有重叠，而所谓“射频信号发生器射频信号发生器”包含了表中视频以上各类信号发生器。包含了表中视频以上各类信号发生器。 各厂家生产的同类名称信号发生器的频率范围可能各不同。各厂家生产的同类名称信号发生器的频率范围可能各不同。第三章第三章 信号发生器信号发生器6 2 2、按输出波形分类、按输出波形分类：根据使用要求，可分为根据使用要求，可分为正正弦信号发生器和非正弦信号发生器弦信号发生器和非正弦信号发生器。 非正弦信号发生器包括：非正弦信号发生器包括：脉冲信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生

7、器、扫频信号发生器、数字序列发生器、图形信号发生器、噪声扫频信号发生器、数字序列发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。信号发生器等。图图3.1-2 3.1-2 几种典型的信号波形几种典型的信号波形第三章第三章 信号发生器信号发生器7 3.3.按信号发生器的性能分类按信号发生器的性能分类： 可分为可分为 一般信号发生器一般信号发生器 标准信号发生器标准信号发生器第三章第三章 信号发生器信号发生器输出信号的频率、幅度的准确度和稳输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类定度以及波形失真等要求不高的一类发生器。发生器。输出信号的频率、幅度、调制系数等输出信号的频率、幅度、调

8、制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定屏蔽良好的中、高档信号发确、稳定屏蔽良好的中、高档信号发生器。生器。84.4.其它的分类方法其它的分类方法: : 按照使用范围按照使用范围分为通用和专用信号发生器；分为通用和专用信号发生器； 按照调节方式按照调节方式分为普通信号发生器、扫频信号发分为普通信号发生器、扫频信号发生器和程控信号发生器；生器和程控信号发生器； 按照频率产生方法按照频率产生方法又可分为谐振信号发生器、锁又可分为谐振信号发生器、锁相信号发生器及合成信号发生器。相信号发生器及合成信号发生器。 上面所述仅是常用的几种大致分类方式。随着电子上面所述

9、仅是常用的几种大致分类方式。随着电子技术水平的不断发展，信号发生器的功能越来越齐全，技术水平的不断发展，信号发生器的功能越来越齐全，性能越来越优良，一台信号发生器往往具有相当宽的频性能越来越优良，一台信号发生器往往具有相当宽的频率覆盖，又具有输出多种信号波形的功能。率覆盖，又具有输出多种信号波形的功能。 第三章第三章 信号发生器信号发生器93-1.3 3-1.3 信号发生器的基本构成信号发生器的基本构成 虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能各有不同，但其基本构成一般都可用下图的框图各有不同，但其基本构成一般都可用下图的框图描述。描述。 图图3.1-3 3

10、.1-3 信号发生器原理框图信号发生器原理框图第三章第三章 信号发生器信号发生器10振荡器：振荡器：振荡器是信号发生器的核心部分，由它产生不同频率、不同波形的信号。振荡器是信号发生器的核心部分，由它产生不同频率、不同波形的信号。 产生不同频段、不同波形信号的振荡器原理、结构差别很大。产生不同频段、不同波形信号的振荡器原理、结构差别很大。(LC(LC、RCRC、 品振等高品振等高 品振品振) )变换器：变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整型器。可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整型器。 振荡器输出的信号都较微弱，需在该部分加以放大。还有像调幅、调频等振荡器输出的信号都较微弱，需在

11、该部分加以放大。还有像调幅、调频等 信号，也需要在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数发生器，振信号，也需要在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数发生器，振 荡器输出的是三角波，整形电路对其整形成方波或正弦波。荡器输出的是三角波，整形电路对其整形成方波或正弦波。输出级：输出级：其基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，输出级可以是衰减器、匹其基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，输出级可以是衰减器、匹 配变压器和射极跟随器等。配变压器和射极跟随器等。第三章第三章 信号发生器信号发生器11指示器： 指示器用来监视输出信号，可以是电子电压表、功率计、频率计和调制度表等，有些脉冲信号发生器

12、还附带有简易示波器。使用时可通过指示器来调整输出信号的频率、幅度及其它特性。通常情况下指示器接于衰减器之前，并且由于指示仪表本身准确度不高，其示值仅供参考，从输出端输出信号的实际特性需用其它更准确的测量仪表来测量。电源： 提供信号发生器各部分的工作能量。通常是将50Hz交流电整流成直流并有良好的稳压措施。第三章第三章 信号发生器信号发生器123-1.4 3-1.4 信号发生器发展趋势信号发生器发展趋势 20 20年代信号发生器采用年代信号发生器采用LCLC振荡电路振荡电路 3030年代采用年代采用RCRC振荡电路振荡电路 4040年代出现脉冲信号发生器年代出现脉冲信号发生器 6060年代出现函

13、数发生器年代出现函数发生器 7070年代频率合成技术引入信号源，出现合成信号发生器。年代频率合成技术引入信号源，出现合成信号发生器。 8080年代微机技术引入信号源，出现任意波形信号源。年代微机技术引入信号源，出现任意波形信号源。 当前信号发生器总的趋势是向着单片、宽频率覆盖、高频率精度、当前信号发生器总的趋势是向着单片、宽频率覆盖、高频率精度、 多功能、智能化方向发展。多功能、智能化方向发展。 第三章第三章 信号发生器信号发生器133-2 3-2 正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标 正弦信号发生器是最普通、应用最广泛的一类。正弦信号发生器是最普通、应用最广泛的一类。 原因：原因

14、：1 1：正弦信号容易产生、容易描述、应用最广；：正弦信号容易产生、容易描述、应用最广； 2 2：线性双端口网络的特性，都可以用它对正弦信号的响应来：线性双端口网络的特性，都可以用它对正弦信号的响应来 表征。表征。 信号发生器作为测量系统的激励源，被测器件、设备各项性能参信号发生器作为测量系统的激励源，被测器件、设备各项性能参数的测量质量，将直接依赖于信号发生器的性能。数的测量质量，将直接依赖于信号发生器的性能。 通常用通常用频率特性频率特性、输出特性输出特性和和调制特性调制特性（三大指标）来评价正弦（三大指标）来评价正弦信号发生器的性能，其中包括信号发生器的性能，其中包括3030余项具体性能

15、指标。余项具体性能指标。 不过由于各种仪器的用途不同，精度等级不同，并非每类每台产不过由于各种仪器的用途不同，精度等级不同，并非每类每台产品都用全部指标进行考核。另外各生产厂家出厂检验标准及技术说明品都用全部指标进行考核。另外各生产厂家出厂检验标准及技术说明书中的术语也不尽一致。书中的术语也不尽一致。第三章第三章 信号发生器信号发生器143-2.13-2.1、频率范围：、频率范围： 该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率覆盖，在该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误差要求。此范围内应满足全部误差要求。 例如例如HP-8660cHP-8660c合成频率

16、信号发生器合成频率信号发生器10Hz10Hz2600MHz2600MHz可提供可提供1Hz1Hz总总共共2626亿个分频率。亿个分频率。3-2.23-2.2、频率准确度：、频率准确度： 频率准确度指信号发生器度盘（数字显示）数值频率准确度指信号发生器度盘（数字显示）数值f f0 0与实际输出与实际输出信号频率信号频率f f1 1间的偏差，通常用相对误差表示间的偏差，通常用相对误差表示%100110fff（3.2-13.2-1） 精密低频信号发生器频率准确度可达精密低频信号发生器频率准确度可达0.5% 。若机内要用高稳定若机内要用高稳定度的频振，频率准确度可达度的频振，频率准确度可达10-8 1

17、0-10 频率准确度实际上是输出信号的频率误差。刻度盘读数的信号发生频率准确度实际上是输出信号的频率误差。刻度盘读数的信号发生器频率准确度约为器频率准确度约为（1 11010） 第三章第三章 信号发生器信号发生器153-2.3 3-2.3 频率稳定度频率稳定度 定义：频率稳定度指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定定义：频率稳定度指其它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。时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。 分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。 频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信

18、频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意号频率在任意1515分钟内所发生的最大变化，表示为分钟内所发生的最大变化，表示为（3.2-2） 式中式中f f0 0为预调频率，为预调频率，f fmaxmax、f fminmin分别为任意分别为任意15min15min信号频率的最信号频率的最大值和最小值大值和最小值( (上式也可表示长期稳定度，例如：上式也可表示长期稳定度，例如：0.01%/h)0.01%/h)。 通常信号发生器的频率稳定度为通常信号发生器的频率稳定度为10-2 10-4 ，用于精密测量，用于精密测量的高精度高稳定度信号发生器的频率稳定度应高于的高精度高稳定度信

19、号发生器的频率稳定度应高于10-6 10-7 ，而且频率稳定度一般高于频率准确度而且频率稳定度一般高于频率准确度1 12 2个数量级个数量级 第三章第三章 信号发生器信号发生器%1000minmaxfff16 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，信号频率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，信号频率在任意在任意3 3小时内所发生的最大变化，表示为小时内所发生的最大变化，表示为61 0 xyH z预 调 频 率式中式中x x、y y是由厂家确定的性能指标。例如：是由厂家确定的性能指标。例如：5050 1010-6-6Hz/min+1kHzHz/min+1kHz 许多

20、厂商的产品技术说明书中，并未按上述方式给出频率稳定度，许多厂商的产品技术说明书中，并未按上述方式给出频率稳定度， 例如：例如：XD-1XD-1低通信号发生器预热低通信号发生器预热3030分钟后分钟后: : 第一小时频漂第一小时频漂0.1%f0.1%f0 0(Hz(Hz） 以后以后7 7小时小时0.2%f0.2%f0 0(Hz(Hz）。）。 （3.2-33.2-3）第三章第三章 信号发生器信号发生器173-2.4 3-2.4 由温度、电源、负载变化引起的频率变动量由温度、电源、负载变化引起的频率变动量 （1 1）温度引起的频率变动量温度引起的频率变动量 Cx06/10即即 606011010)(

21、fff所产生的相对频率变化，表示为：所产生的相对频率变化，表示为： C01环境温度变化环境温度变化（3.2-43.2-4）式中式中 为温度变化值，为温度变化值， 为予调值，为予调值， 为温度改变为温度改变后的频率值后的频率值t0f1f第三章第三章 信号发生器信号发生器18 上述温度、电源、负载变动引起的频率变动量，有些厂商上述温度、电源、负载变动引起的频率变动量，有些厂商的产品技术说明书中也叫做稳定度，而且大多只对精密信号的产品技术说明书中也叫做稳定度，而且大多只对精密信号发生器才给出。发生器才给出。（2 2）电源引起的频率变动量电源引起的频率变动量 表示为表示为 610 x即即 606011

22、010)(fff（3 3）负载变化引起的频率变动量负载变化引起的频率变动量 负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频率变化，表负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频率变化，表示为：示为： 610 x即即 616121010)(fff式中式中 1f为空载时的输出频率为空载时的输出频率, , 2f为额定负载时的输出频率。为额定负载时的输出频率。 1010所产生的相对频率变化，所产生的相对频率变化， 供电电源变化供电电源变化第三章第三章 信号发生器信号发生器19 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

23、大器等元件、器件的非线性，会使输出信号产由于信号发生器内部放大器等元件、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，还有其它谐波分量。人生非线性失真，除了所需要的正弦波频率外，还有其它谐波分量。人们通常用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用们通常用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数非线性失真系数表示表示3-2.5 3-2.5 非线性失真系数（失真度）非线性失真系数（失真度）%100122322UUUUn其中，其中， 1U为输出信号基波有效值，为输出信号基波有效值， 2U3U 、 等为各次谐波有效值。等为各次谐波有效值。第三

24、章第三章 信号发生器信号发生器20为测量方便，也用失真度公式：为测量方便，也用失真度公式：2222322212100%nnUUUUUU 低频信号发生器的失真度为低频信号发生器的失真度为0.10.11 1，高档正弦信号发生器失，高档正弦信号发生器失真度可低于真度可低于0.0050.005。 用非线性失真评价低频信号发生器用非线性失真评价低频信号发生器 用频谱纯度（考虑了高次谐波及噪声的影响）来评价高频信号发用频谱纯度（考虑了高次谐波及噪声的影响）来评价高频信号发生器。生器。 频率纯度不仅考虑高次谐波造成的失真，还考虑非谐波噪声而造频率纯度不仅考虑高次谐波造成的失真，还考虑非谐波噪声而造成的正弦波

25、失真。成的正弦波失真。 第三章第三章 信号发生器信号发生器213-2.6 输出阻抗输出阻抗 低频信号发生器电压输出端输出阻抗一般为低频信号发生器电压输出端输出阻抗一般为600600（或（或1k1k），）， 功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5k5k等档。等档。 高频信号发生器一般仅有高频信号发生器一般仅有5050或或7575档。当使用高频信号发生器时，档。当使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。要特别注意阻抗的匹配。第三章第三章 信号发生器信号发生器223-2.7 输出电平输出电平 定

26、义：指输出信号幅度的有效范围定义：指输出信号幅度的有效范围 即信号发生器的即信号发生器的最大输出电压最大输出电压和和最大输出功率最大输出功率及其及其衰衰减范围内减范围内所得到输出幅度的有效范围，用电压（所得到输出幅度的有效范围，用电压（V V，mVmV，VV）或分贝表示。或分贝表示。 也可给出也可给出 输出衰减器特性输出衰减器特性 输出信号幅度稳定度及平坦度指标输出信号幅度稳定度及平坦度指标 第三章第三章 信号发生器信号发生器233-2.7 输出电平输出电平 幅度稳定度幅度稳定度指信号发生器经过规定的预热时间后，指信号发生器经过规定的预热时间后，在规定的时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相对

27、变在规定的时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相对变化量。化量。 平坦度分别指温度、电源、频率等变化引起的输出平坦度分别指温度、电源、频率等变化引起的输出幅度变动量。幅度变动量。 使用者通常主要关心输出幅度随频率变化的情况。使用者通常主要关心输出幅度随频率变化的情况。第三章第三章 信号发生器信号发生器24 高频信号发生器可输出：高频信号发生器可输出： 正弦波时正弦波时 调幅信号调幅信号 调频信号调频信号 调相信号调相信号 脉冲调制信号。脉冲调制信号。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制。当调制信号由外部加到信号发生器进行调制时，称为外调制。

28、当调制信号由外部加到信号发生器进行调制时，称为外调制。3-2.8、调制特性、调制特性在选用信号发生器的时候，要考虑合理性和经济性。在选用信号发生器的时候，要考虑合理性和经济性。第三章第三章 信号发生器信号发生器253-3 3-3 低频信号发生器低频信号发生器 主要应用在模拟电子线路与系统的设计、测试和维主要应用在模拟电子线路与系统的设计、测试和维修中。修中。 “ “低频低频”就是从就是从“音频音频”（20Hz 20Hz 20KHz20KHz）的含义）的含义演化而来，频率向下向上分别延伸至超低频和高频段。演化而来，频率向下向上分别延伸至超低频和高频段。 一般一般“低频信号发生器低频信号发生器”是

29、指是指1Hz1Hz1MHz1MHz频段，输出频段，输出波形以正弦波为主，或兼有方波及其它波形的信号发生器。波形以正弦波为主，或兼有方波及其它波形的信号发生器。第三章第三章 信号发生器信号发生器26 通用低频信号发生器的主要性能指标包括：通用低频信号发生器的主要性能指标包括：（1 1）频率范围为）频率范围为1Hz1Hz1MHz1MHz连续可调；连续可调；（2 2）频率稳定度（）频率稳定度（0.10.10.40.4）/h/h；（3 3）频率准确度）频率准确度 3-3.1、低频信号发生器、低频信号发生器1.1.低频信号发生器主要性能指标低频信号发生器主要性能指标（1 12 2） ；（4 4）输出电压

30、）输出电压0 010v10v连续可调连续可调（5 5）输出功率约（）输出功率约（0.50.55 5）W W连续可调；连续可调；（6 6）非线性失真（）非线性失真（0.10.11 1）；）；（7 7）输出阻抗可为）输出阻抗可为5050、7575、150150、600600及及5k5k。 第三章第三章 信号发生器信号发生器27 2. 2.低频信号发生器组成低频信号发生器组成通用低频信号发生器组成框图如下图所示，其中图（通用低频信号发生器组成框图如下图所示，其中图（a a）仅）仅包括电压输出，负载能力弱，包括电压输出，负载能力弱， 图（图（b b）除包括电压输出外，）除包括电压输出外，另有功率输出能

31、力。另有功率输出能力。第三章第三章 信号发生器信号发生器283.3.通用通用RCRC振荡器振荡器 低频信号发生器中产生振荡信号（主振器信号）的方法有多种，在低频信号发生器中产生振荡信号（主振器信号）的方法有多种，在通用信号发生器中，主振器通常使用通用信号发生器中，主振器通常使用RCRC振荡器，而其中应用最多的是文氏振荡器，而其中应用最多的是文氏桥振荡器。下图给出了文氏桥式网络及其传输函数的幅频相频特性。桥振荡器。下图给出了文氏桥式网络及其传输函数的幅频相频特性。 iU是网络的输入电压是网络的输入电压 oU是输出电压是输出电压 为为R R、C C串联阻抗串联阻抗 为为R R及及C C并联阻抗并联

32、阻抗 2Z1Z第三章第三章 信号发生器信号发生器2921200001()/3(1 /)113(/)3(/)ioZNjUUZZj RCRCjjffff式中式中RC/1001 /(2)fR C得到传输函数的幅频特性得到传输函数的幅频特性 ( )N和相频特性和相频特性 ( ) 分别为分别为 2002)/(31)()(jNN3/)/()(00arctg网络的传输函数为：网络的传输函数为：第三章第三章 信号发生器信号发生器30RC/1001 /(2)ffRC3/1)()(max0NN3)(/10NKVRCff2/1002002)/(31)()(jNN3/)/()(00arctg当当时，传输函数模最大时，

33、传输函数模最大接入接入的同相放大器，则维持的同相放大器，则维持的正弦振荡的正弦振荡其它频率被抑止，原因：其它频率被抑止，原因：RC网络具有选频特性网络具有选频特性缺点：缺点：1、放大器不稳定，引起振荡幅度变化、放大器不稳定，引起振荡幅度变化 2、文氏桥电路选频特性差，引起输出波形失真、文氏桥电路选频特性差，引起输出波形失真改进办法：使用高增益的两级放大器加负反馈改进办法：使用高增益的两级放大器加负反馈第三章第三章 信号发生器信号发生器31使用热敏电阻作为增益控制器件的文氏桥式振荡器方框图使用热敏电阻作为增益控制器件的文氏桥式振荡器方框图Rt：热敏电阻，具有负温度系数Rf：反馈电阻构成电压负反馈

34、电路起振阶段：由于环境温度低， Rt变大， 负反馈小，总增益大于3， 振荡器容易起振。维持阶段：随着环境温度升高， Rt变小 电流增加，负反馈加大，总增 益降低，输出电压减小，稳定 了输出振幅。 改变电阻R和电容C数值可调节振荡频率。可以使用同轴电阻器改变电阻R进行粗调， 同轴电容进行细调如果仅提供电压输出，那么RC振荡器后加接电压放大器即可，如果要求功率输出，则还应加接功率放大器和阻抗变换器。第三章第三章 信号发生器信号发生器324.4.其它低频振荡器其它低频振荡器)2/(10CLf（1 1）LCLC振荡器振荡器LCLC振荡器晶体管放大器振荡器晶体管放大器缺点：缺点：1 1、当、当 较低时较

35、低时，L、C的体积大，的体积大， 分布电容、分布电容、 漏电导大。漏电导大。Q值降低，谐振特性变坏，值降低，谐振特性变坏， 调节困难。调节困难。 2、由于、由于 f0 与与 成反比，同一频段内的频率成反比，同一频段内的频率覆盖覆盖 系数很小。系数很小。LC第三章第三章 信号发生器信号发生器334.4.其它低频振荡器其它低频振荡器缺点：电路复杂，频率准确度和稳定度较差，波形失真较大。缺点：电路复杂，频率准确度和稳定度较差，波形失真较大。优点：容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换频段，优点：容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换频段， 输出电平也较均匀，所以常用于扫频振荡器中。输

36、出电平也较均匀，所以常用于扫频振荡器中。（2 2）差频式振荡器）差频式振荡器21fffmax1fmin1fminmax ff图图3.3-5 3.3-5 差频信号发生器框图差频信号发生器框图低频信号第三章第三章 信号发生器信号发生器343-3.23-3.2、超低频信号发生器、超低频信号发生器 超低频信号发生器仍属于低频信号发生器，只是输出信号频率低端较超低频信号发生器仍属于低频信号发生器，只是输出信号频率低端较一般低频信号发生器更低一些一般低频信号发生器更低一些. . 通常将能产生通常将能产生1Hz1Hz以下频率的信号源称为超低频信号发生器，目前超以下频率的信号源称为超低频信号发生器，目前超低频

37、信号发生器的频率低端已可低于低频信号发生器的频率低端已可低于10108 8 Hz Hz 这类信号发生器主要用于自动控制系统的测试。除了输出信号频率这类信号发生器主要用于自动控制系统的测试。除了输出信号频率范围往低端延伸外，超低频信号发生器和一般低频信号发生器技术指标基范围往低端延伸外，超低频信号发生器和一般低频信号发生器技术指标基本相同。本相同。 下面主要介绍产生超低频振荡的几种常用方法，这些方法也可以用下面主要介绍产生超低频振荡的几种常用方法，这些方法也可以用在低频信号发生器中。在低频信号发生器中。 第三章第三章 信号发生器信号发生器35211UUjR C 211UKjR CU(3.3-6)

38、 当输入当输入u u1 1(t)(t)为角频率为角频率的正弦函数时，的正弦函数时， u u2 2(t)(t)也为同频率的正弦函数也为同频率的正弦函数. .用相量表示有用相量表示有即积分器产生即积分器产生2/ 相移，增益为相移，增益为RC/ 11K 。如果用两级积分器级联并在反馈环路中加接一个反如果用两级积分器级联并在反馈环路中加接一个反相器（相器（ ）维持振荡）维持振荡 R2u1uC2i1i1.1.用积分器构成的超低频信号发生器用积分器构成的超低频信号发生器积分运算电路积分运算电路第三章第三章 信号发生器信号发生器36如图如图下图下图(a)(a)所示，则闭环增益所示，则闭环增益212121KR

39、 R C C或者当或者当 (3.3-7)012121R R C C0121212ffR R C C (3.3-8)时，闭环增益时，闭环增益 ，正好是维持振荡的相位和振幅，正好是维持振荡的相位和振幅条件，也就是图条件，也就是图(a)中电路可产生频率为上式所表示的正中电路可产生频率为上式所表示的正弦振荡。弦振荡。1K 第三章第三章 信号发生器信号发生器37 在实际振荡器中，为了调节方便，结构简单，一般取在实际振荡器中，为了调节方便，结构简单，一般取R1=R2=R,C1=C2=C并在两级积分器前，各加一个同轴电位器构并在两级积分器前，各加一个同轴电位器构成的分压电路，分压比为成的分压电路，分压比为a

40、 a，如图所示，得出其振荡频率为，如图所示，得出其振荡频率为图图3.3-8 3.3-8 用积分器构成的超低频信号发生器用积分器构成的超低频信号发生器 RCa0RCaf20(3.3-9)实际振荡器中，用改变实际振荡器中，用改变R R或或C C的办法改变频段，改变的办法改变频段，改变a a进行进行频率细调。频率细调。第三章第三章 信号发生器信号发生器382 2. .函数信号发生器函数信号发生器 输出正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不输出正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不同的测试需求。同的测试需求。工作原理：由双稳态触发器，比较器工作原

41、理：由双稳态触发器，比较器、和积分器构成方波及三角波振荡电路，和积分器构成方波及三角波振荡电路，然后由二极管整形网络将三角波整形成正弦波。然后由二极管整形网络将三角波整形成正弦波。图图3.3-9 函数发生器原理图函数发生器原理图第三章第三章 信号发生器信号发生器39(/)DuER Ct (3.3-14)(3.3-14) 开始工作时，双稳开始工作时，双稳 输出端电压为输出端电压为E，经过电位，经过电位器器P P分压，分压系数为分压，分压系数为=R2 / (R1+R2 ) ，积分器输出端，积分器输出端D点电点电位随时间位随时间t t正比上升正比上升 图图3.3-9 函数发生器原理图函数发生器原理图

42、图图3.3-10 3.3-10 函数发生器波形图函数发生器波形图Q第三章第三章 信号发生器信号发生器40 当经过时间当经过时间T1，UD上升到上升到Um时时, ,比较器比较器输出触发脉冲输出触发脉冲, ,使使双稳态电路翻转，双稳态电路翻转， 端输出电压为端输出电压为E并输入给积分器，则积并输入给积分器，则积分器输出端分器输出端D点电位为点电位为 Q(/)DuERCt (3.3-15) (3.3-15) 图图3.3-9 函数发生器原理图函数发生器原理图图图3.3-10 3.3-10 函数发生器波形图函数发生器波形图第三章第三章 信号发生器信号发生器41图图3.3-9 函数发生器原理图函数发生器原

43、理图Q 再经过时间再经过时间T T2 2,U,UD D下降到下降到UmUm时，比较器时，比较器输出触发脉冲使双稳态电路再次翻转，输出触发脉冲使双稳态电路再次翻转， 端重新输出端重新输出E E。 如此周而复始。在如此周而复始。在Q Q端产生周期性方波，在积分器输出端产生三角波。端产生周期性方波，在积分器输出端产生三角波。 如果比较器如果比较器、正负比较电平完全一样，则得到完全对称的方波和三角波。正负比较电平完全一样，则得到完全对称的方波和三角波。 如果改变积分器正向和反向积分时间常数，用二极管代替电阻如果改变积分器正向和反向积分时间常数，用二极管代替电阻R R，可以看到，可以看到， 达到达到 U

44、m Um 和和 Um Um 各自所需的时间各自所需的时间T T1 1 将不等于将不等于T T2 2 ，从而可以产生锯齿波和，从而可以产生锯齿波和 不对称方波。不对称方波。图图3.3-10 3.3-10 函数发生器波形图函数发生器波形图第三章第三章 信号发生器信号发生器42将对称三角波转换为正弦波的原理如下图（将对称三角波转换为正弦波的原理如下图（a a）所示。）所示。 正弦波可以看成是由许多斜率不同的直线段组成，只要直线段足够多，由正弦波可以看成是由许多斜率不同的直线段组成，只要直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好的近似正弦波形。折线构成的波形就可以相当好的近似正弦波形。 斜率不同的直线

45、段可由三角波经电阻分压得到（各段相应的分压系数不同斜率不同的直线段可由三角波经电阻分压得到（各段相应的分压系数不同) ) 因此只要将三角波因此只要将三角波UiUi通过一个分压网络，根据通过一个分压网络，根据Ui Ui 的大小改变分压网络的的大小改变分压网络的分压系数，便可以得到近似的正弦波输出。分压系数，便可以得到近似的正弦波输出。 第三章第三章 信号发生器信号发生器43图3.3-11 由三角波整形成正弦波 二极管整形网络就可以实现这种功能。用下图（二极管整形网络就可以实现这种功能。用下图（b)b)所示所示的二极管整形网络来说明其工作原理。图中的二极管整形网络来说明其工作原理。图中 E1 、E2 、E3及及E1、-E2 、E3等为由正负电源等为由正负电源E和和E通过分压电阻通过分压电阻R7R7、 R8 R14R8 R14分压