第4章 测量用信号源

第4章测量用信号源本章主要内容信号发生器的作用与分类通用信号发生器信号发生器性能指标信号发生器的发展趋势频率合成技术第4章测量用信号源

信号产生直接决定测试技术及电子装备的水平

信号产生和信号分析并列为测试技术和电子系统的两大核心

信号产生

信号传输

信号接收

信号处理

1概述1信号源在自动测试中的作用典型的自动测试系统信号

信号是可以以某种方式感知的客观现象信号可以按照其物理和数学特征分类信号具备可以被感知和描述的特征信号可以提供或探索信息信号发生器是信号的产生装置物理特征分类声信号光信号电信号数学特征分类正弦信号脉冲信号随机信号高低强弱明暗颜色场强波形振幅频率周期脉宽均值方差信息大多数电路要求某种幅度随时间变化的输入信号提供特定参数的电测试参数的仪器信号发生器电子测量中最基本、应用最广的电子测量仪器之一作用分类锁相环技术频率合成技术语音信号如何传送到很远的地方？手机、收音机选台本质上是调节什么？1、信号发生器的作用

作激励源作为某些电气设备的激励信号。

信号仿真在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特 性的信号，如对干扰信号进行仿真。

校准源产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校对。在音频信号的作用下，扬声器发声；在电视信号的作用下显示屏呈现图像飞机测试过程中，用噪声信号、干扰信号来仿真模拟实际飞行过程中气流、雷击等情况下的反应

信号源的作用输入激励信号发生器被测设备测试仪器输出响应2、信号发生器的分类

按用途分

专用----电视信号发生器、电平振荡器、误码仪通用----产生正弦波等通用波形

按应用分

混合----任意波形发生器、任意/函数发生器逻辑----脉冲发生器、码型发生器

按波形特性分

正弦----脉冲----函数----产生函数通用波形噪声----tttt2、信号发生器的分类

按频率产生方法分

谐振----由频率选择回路控制正反馈产生振荡。合成----由基准频率通过加、减、乘、除组合一系列频率。

按频率覆盖范围分

无低频高频微波频段频率范围主振电路调制方式RC电路1Hz~1MHz磁控管、体效应管、……1MHz~1GHz1GHz~100GHzLC电路AM、FM、PMAM、FM无低频高频微波频段频率范围主振电路调制方式RC电路1Hz~1MHz磁控管、体效应管、……1MHz~1GHz1GHz~100GHzLC电路AM、FM、PMAM、FM1.按频率范围

低频信号发生器1MHz

射频信号发生器3～6GHz

微波信号发生器20～50GHz

毫米波信号发生器300GHz2.按输出波形

正弦波形发生器

脉冲信号发生器

函数/任意波发生器

随机信号发生器

噪声信号发生器3.按应用特性合成信号发生器扫频信号发生器合成扫频信号发生器4.按调制特性连续波信号发生器模拟调制信号发生器矢量信号发生器2.信号源的组成信号输出主振器缓冲调制输出电源监测信号发生器结构框图3、通用信号发生器信号频率范围：音频（20Hz~20kHz）和视频（1Hz~10MHz

）信号波形形式：正弦波、方波和三角波等（1）低频信号发生器

组成原理

3、通用信号发生器（1）低频信号发生器主振器信号发生器的核心部件产生与输出信号频率一致的正弦信号电路结构：RC文氏桥式振荡器、差频式振荡器3、通用信号发生器（1）低频信号发生器主振器—RC文氏桥式振荡器电压反馈式振荡器取R1=R2=R，C1=C2=C，起振频率f0满足

组成原理

R1与R2、C1与C2组成具有选频功能的串-并联正反馈支路3、通用信号发生器（1）低频信号发生器电压放大器低频信号发生器的放大器包含电压放大器和功率放大器，以实现输出一定电压幅度和功率的要求。

组成原理

把振荡器产生的微弱信号进行放大隔离器（缓冲放大器）：将功率放大器、输出衰减器、负载与振荡器隔离，以防止对振荡信号产生影响3、通用信号发生器（1）低频信号发生器输出衰减器改变输出电压或输出功率

组成原理

由连续调节和步进调节两级衰减组成衰减器分贝数与电压衰减倍数的关系功率放大器保证仪器有足够的输出功率：一般采用三级放大电路阻抗转换器用于匹配不同阻抗的负载，从而获得最大的输出功率低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω（或1kΩ）功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等档高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω档。信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不准确的。保护电路晶体三极管的过载能力较差，当工作状态超过极限时很容易烧毁，信号发生器输出端短路时经常发生的，如果没有可靠的保护电路，就会烧毁放大电路，进而损坏仪器。启动保护：过载保护：由一个BJT与继电器组成第一延时启动电路：开机时延时5s左右才有功率输出；另一只继电器与电容组成第二延时电路，在第一延时启动电路动作后延时2s左右动作，使第一只继电器腹围，以完成启动保护电路的自动恢复。由一个双稳态触发器和延时继电器组成。在功率放大器出现过载时，触发器动作，与延时继电器配合，完成保护动作，同时过载指示灯亮。3、通用信号发生器（1）低频信号发生器的主要性能指标：P1173、通用信号发生器信号频率范围：100kHz~30MHz和30~300MHz

信号波形形式：等幅正弦波和调制波信号（2）高频信号发生器

组成原理

3、通用信号发生器主要包括任意/函数发生器和任意波形发生器（3）混合信号发生器

任意波形发生器组成原理

幅度：峰峰值/振幅、有效值或功率频率：单位时间内完成周期性变化的次数偏移：直流分量与零电平之间的差值

平均值？相位：反映交流信号任何时刻状态的物理量信号的表征——时域基本参数1.1信号的表征——脉冲参数脉冲宽度/占空比、上升时间、下降时间4、信号发生器的综合性能指标主要包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度（1）频率特性主要包括输出阻抗、输出电平及其平坦度、输出形式、输出波形及谐波失真（2）输出特性4、信号发生器的综合性能指标高频信号发生器能输出调幅波和调频波，有的还带有调相和脉冲调制功能（3）调制特性电子系统频率范围提高高速复杂波形合成成为信号产生技术的主流和热点新体制、新制式推出电子技术应用领域拓展高速极高的频率或带宽极高的频率切换速度复杂任意化特征加剧、细微特征丰富输出信号数目增加

5、信号产生的发展趋势5、信号发生器的发展趋势补偿传输线的频率特点，提高接收机的信号保真度（1）生成预加重/去加重信号将多电平看做一个信号的多个离散幅度简称为脉冲幅度调制或PAM（2）生成多电平信号数字RF技术会超出当前测试设备的功能，要求生成在诸多无线应用中日益常见的宽带宽和快速变化的信号（3）生成宽带RF信号（4）生成无线I/Q和IF信号频率合成原理频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。频率1输出石英晶体代数运算（加、减、乘、除）频率合成原理频率n输出基准频