测量用信号发生器1课件

第5章测量用信号发生器

5.1信号发生器的种类、组成与技术指标5.2低频信号发生器5.3高频信号发生器5.4函数信号发生器5.5脉冲信号发生器5.6专用(特殊)信号发生器5.7信号发生器的选择测量用信号发生器又称信号源，它可以产生不同频率的高低频率正弦信号、AM/FM等调制信号以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的频率、幅度、调制度等参数均可按需要进行调节。信号源产生不同频率、不同波形或调制的电压/电流信号并加到被测电路与设备上，用其它测量仪器观察、测量被测对象的输出响应，以分析确定被测对象的性能参数。

作用：1、测元件参数；2、测网络的幅频特性；3、测试接收机的性能；4、测量网络的瞬态响应；5、校准仪表。测量用信号发生器5.1信号发生器的种类、组成与技术指标5.1.1信号发生器的分类1.按频率范围分 按照输出信号的频率范围对无线电测量用正弦信号发生器进行分类是传统的分类方法。2.按用途分 根据用途的不同，信号发生器可以分为通用信号发生器和专用信号发生器两类。3.按输出波形分根据所输出信号波形的不同，信号发生器可分为正弦信号发生器、矩形信号发生器、脉冲信号发生器、三角波信号发生器、钟形脉冲信号发生器和噪声信号发生器等。4.按调制方式分按调制方式的不同，信号发生器可分为调频、调幅、脉冲调制、I-Q矢量调制等类型。5.按性能指标分按信号发生器的性能指标，可分为一般信号发生器和标准信号发生器。5.1.3信号发生器的主要技术指标1.频率特性1)有效频率范围 各项指标均能得到保证时的输出频率范围称为信号发生器的有效频率范围。2)频率准确度 频率准确度是指输出信号频率的实际值f与其标称值f0的相对偏差，其表达式为3)频率稳定度 频率短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定的时间间隔内的最大变化，表示为4)频谱纯度 对于正弦信号发生器，频谱纯度也是其重要指标之一。2.输出特性1)输出电平 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。2)输出电平的频率响应 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)谐波失真

式中，U1为输出信号基波的有效值(或幅值)；4)输出阻抗 输出阻抗的高低随信号发生器类型而异。低频信号发生器一般有50Ω、600Ω、5kΩ等几种不同的输出阻抗，而高频信号发生器一般只有50Ω(或75Ω)不平衡输出，在使用高频信号发生器时，要注意阻抗的匹配。5)输出波形 输出波形是指信号发生器所能输出信号的波形。3.调制特性

许多信号源还包含调制功能。如高频信号发生器，一般还具有输出一种或多种调制信号的能力，通常为调幅和调频信号，有些还带有调相、脉冲调制、数字调制等功能。调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏以及调制线性等。1.主振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，它决定了信号发生器的有效频率范围和频率稳定度。低频信号发生器中产生振荡信号的方法有多种，现代低频信号发生器中，主振器常采用RC文氏电桥振荡电路。2.缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲是为了将后级电路与主振器隔离，防止后级电路、负载等的变化对主振器的影响，保证主振频率稳定，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。3.功率放大器用来对电平调节器送来的电压信号进行功率放大，使之达到额定的功率输出，驱动低阻抗负载。通常采用电压跟随器或BTL电路等。4.输出衰减器图示为低频信号发生器中最常用的输出衰减器。由电位器RP取出一部分信号电压加于R1~R8组成的步进衰减器，调节电位器或调节波段开关S所接的挡位，均可使衰减器输出不同电压。5.阻抗变换器于匹配不同阻抗的负载，以便在负载上获得最大输出功率。6.输出指示用来指示输出端输出电压的幅度，或对外部信号电压进行测量，可能是指针式电压表、数码LED或LCD。 5.2.2低频信号发生器的主要性能指标

(1)频率范围：一般为20Hz~1MHz，连续可调。 (2)频率准确度：±(1~3)%。 (3)频率稳定度：优于0.1%。 (4)输出电压：0~10V连续可调。 (5)输出功率：0.5~5W连续可调。 (6)非线性失真范围：0.1%~1%。 (7)输出阻抗：50Ω、75Ω、600Ω、5kΩ。 (8)输出形式：平衡输出与不平衡输出。5.2.3低频信号发生器的使用要点1)了解面板2)注意正确的操作步骤 信号发生器的使用包括如下步骤： (1)开机准备。 (2)选择频率。 (3)输出阻抗的配接。 (4)选择输出电路的形式。 (5)输出电压的调节和测读。5.3.2调谐信号发生器 根据反馈方式可分为变压器反馈式、电感反馈式(也称电感三点式或哈特莱式)及电容反馈式(也称电容三点式或考毕兹式)三种振荡形式。图LC振荡器电路的三种构成形式(a)变压器反馈式；(b)电感三点式；(c)电容三点式5.3.3合成信号发生器(1)直接合成法。分为模拟直接合成法和数字直接合成法。

模拟直接合成法采用基准频率通过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后利用混频、倍频和分频进行频率的算术运算，最终得到所需的频率；数字直接合成法则是利用ROM和DAC结合，通过控制电路，从ROM单元中读出数据，再进行数/模转换，得到一定频率的输出波形。(2)间接合成法。通过锁相技术进行频率的算术运算，最后得到所需的频率。1.直接合成法模拟直接合成法：

将一个或多个基准频率通过倍频、分频、混频技术实现运算，合成所需频率信号，再用窄带滤波器选出所要求的高性能信号。模拟直接合成法的例子直接频率合成器的原理框图。 与传统的频率合成技术相比，DDS具有以下特殊优点： (1)频率分辨率高，频点数多。 (2)频率转换快。 (3)相位连续。 (4)信号相干。 (5)相位噪声小。 (6)便于实现复杂方式的信号调制。 (7)微处理器接口，控制容易，稳定可靠。 (8)大规模集成，体积小，功耗低，重量轻。2.间接合成技术间接合成法即锁项合成法。 基本锁相环是个闭环相位负反馈环路，由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)及压控振荡器(VCO)三大部分组成。将基本锁相环的结构稍加变化，在反馈回路中加入分频比N可变的分频器，就可得到频率合成器中经常使用的锁相环。当锁相环锁定时，鉴相器PD两输入端信号的频率差为零， 即

fo=Nfr5.4函数信号发生器5.4.1函数信号发生器的基本组成与原理

1.脉冲式函数信号发生器图示二极管正弦波形成电路，为典型的二极管网络变换电路，可将对称的三角波转换成正弦波。2.正弦式函数信号发生器3.三角波式函数发生器5.5脉冲信号发生器最基本的脉冲信号是矩形脉冲信号。它的基本参数：(1)脉冲振幅A：指脉冲顶量值与底量值之差。(2)上升时间tr：指由10%电平处上升到90%电平处所需的时间，也叫脉冲前沿。(3)下降时间tf：指由90%电平处下降到10%电平处所需的时间，也叫脉冲后沿。(4)脉冲宽度τ(或tw)。(5)脉冲周期和重复频率f。(6)脉冲的占空系数ε：指脉冲宽度τ与脉冲周期T的比值，即ε=τ/T。5.5.1脉冲信号发生器的分类 1、按照频率范围：射频脉冲信号发生器视频脉冲信号发生器 2、按照用途和产生脉冲的方法不同：通用脉冲发生器快沿脉冲发生器函数信号发生器特种脉冲发生器5.5.2脉冲信号发生器的组成与基本原理一台基本的脉冲信号发生器包括主振级、延迟级、脉宽形成级、整形级、输出级等部分。5.6专用(特殊)信号发生器5.6.1任意波形发生器 (AWG，ArbitrarilyWaveGenerator)具备产生任意波形的能力。图示为任意波形发