电子测量与仪器课件 第二章 测量用信号发生器1

2.1概述信号发生器即信号源2.1.1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(高频信号发生器）为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。2.1.2信号发生器的主要技术特性信号发生器的技术特性主要包括以下几项1.频率特性频率特性包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度。2.输出特性输出特性主要包括输出阻抗、输出形式、输出波形及谐波失真、输出电平及其平坦度等。

3.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2.1.3信号发生器的一般组成主振器:核心部分，它产生不同频率、不同波形的信号。变换器:用来完成对主振信号进行放大、整形及调制等工作。输出级:调节信号的输出电平和变换输出阻抗。指示器:用以监测输出信号的电平、频率及调制度。电源:为仪器各部分提供所需的工作电压。主振器变换器输出级指示器电源输出图2.2信号发生器的一般组成2.1.4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 图2.3，调谐信号发生器输出频率使之与LC谐振电路谐振频率相等时，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 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。

3.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 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S2.2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。常用的正弦波振荡电路1.

RC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）2.2.1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1Hz～1MHz的低频正弦信号、方波信号及其他波形信号。 1.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调节（1）主振器RC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1Hz～1MHz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3.3997MHz～5.1MHz，则振荡器输出差频信号频率范围为300Hz（3.4MHz-3.3997MHz）～1.7MHz（5.1MHz-3.4MHz）。固定频率高频振荡器可变频率高频振荡器混频器低通滤波器低频放大器图2.8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。要求电压放大器输入阻抗较高，输出阻抗低。

（3）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R1～R8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）。+CR1+－UiUo+－R2R3R4R5R6R7R8SRP图2.9衰减器原理图

（4）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5Hz～5kHz时使用低频匹配变压器，以减少低频损耗，输出频率为5kHz～1MHz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。2.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：①频率范围一般为20Hz～1MHz，且连续可调。②频率准确度±（1～3）%。③频率稳定度一般为（0.1～0.4）%/小时。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、150Ω、600Ω、5kΩ等几种。⑧输出形式平衡输出与不平衡输出。3.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 信号发生器的使用步骤如下： ①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2～3min后方可投入使用。 ②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。③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。④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。⑤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(20V÷1060/20=0.02V)。当信号发生器不平衡输出时，电压表示值即为输出电压值；当信号发生器平衡输出时，输出电压为电压表示值的两倍。4.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。

①文氏桥式振荡器用于产生频率范围为10Hz～1MHz的振荡信号。 ②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。 ③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。

文氏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2.10GAG-808G型低频信号发生器组成框图直流电源+23V–23VAC110V/220V④输出电路用于变换阻抗。⑤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0～－50dB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600Ω。⑥电源为各部分电路提供±23V直流电源。 2.2.2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200kHz～30MHz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30MHz～300MHz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框图如图2.12所示，主要包括主振级、缓冲级