电子测量技术 第3版 第2章 信号发生器

第2章信号发生器2.1概述2.2低频信号发生器2.3高频信号发生器2.4函数信号发生器2.1概述

信号发生器是指测量用信号发生器，它可以提供电子测量的各种不同频率电信号（正弦信号、方波、三角波等），其幅值也可按需要进行调节，是最基本和应用最广泛的电子测量仪器之一。2.1.1信号发生器的分类

信号发生器可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用信号发生器是为某种特殊用途而设计、生产的，能提供特殊的测量信号，如电视信号发生器、调频信号发生器等。

通用信号发生器具有广泛而灵活的应用性，可大致分类如下：1．按输出波形分类可分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器等。

2．按工作频率分类可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频几大类。表2-1信号发生器按频率分类类型

频率范围

超低频信号发生器0.0001Hz～1kHz低频信号发生器1Hz～1MHz视频信号发生器20Hz～10MHz高频信号发生器200kHz～30MH甚高频信号发生器30MHz～300MHz超高频信号发生器300MHz以上小提示：频率范围的划分并不是绝对的，各类信号发生器频率范围也存在重叠的情况，这与它们的不同应用范围有关。

2.1.2信号发生器的一般组成主振器变换器输出电路指示器电源输出图2-1信号源的一般组成框图2.1.3信号发生器的主要技术指标1．频率特性（1）有效频率范围（2）频率准确度表达式为：

（3）频率稳定度可分为短期稳定度和长期稳定度。2．输出特性信号源+u2-+u1-图2-2信号源的输出形式

信号发生器的输出形式包括如图2-2所示的平衡输出（即对称输出u2）和不平衡输出（即不对称输出u1）两种形式。3．调制特性对高频信号发生器来说，一般还能输出调幅波和调频波，有的还带有调相和脉冲调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制。当调制信号由外部电路或低频信号发发生器提供时，称为外调制。

2.2低频信号发生器

低频信号发生器的输出频率范围通常为20Hz～20kHz，又称为音频信号发生器。但是，现在低频信号发生器产生频率范围已延伸到1Hz～1MHz频段，且可以产生低频正弦信号、方波信号及其它的波形信号。2.2.1低频信号发生器的组成与原理图2-3

低频信号发生器的组成框图指示电压表主振器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

图2-3为低频信号发生器组成框图。它主要包括振荡器、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。1．主振器振级是信号发生器的核心，由它产生不同频率、不同波形的信号。不同频率、不同波形信号的振荡电路原理、结构是不一样的。信号发生器的重要技术指标（例如：工作频率、频率的稳定度等）主要是由主振级的性能决定（1）RC文氏桥式振荡器+_f0R1CRCRR2A图2-5文氏桥式振荡器的电路原理图（2）差频式振荡器图2-6差频式低频振荡器混频器低通滤波器低频放大器f1固定频率高频振荡器可变频率高频振荡器f2输出2．放大器低频信号发生器的放大器一般包括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。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，由连续调节器和步进调节器组成。常用的输出衰减器原理图如图2-6所示。4．输出级输出级包括功率放大器、阻抗变换器和指示电压表几部分。图2-7衰减器原理图+CR1+－UiUo+－R2R3R4R5R6R7R8SRP2.2.2低频信号发生器的应用1．放大电路的放大倍数的测量低频信号发生器的主要应用是为各类放大器提供所需要的激励信号。放大倍数是放大电路的重要性能指标之一，包括电压放大倍数、电流放大倍数、功率放大倍数等。dcbaS示波器毫伏表被测放大电路低频信号发生器图2-8放大电路放大倍数测量示意图2．放大电路的频率响应的测量低频信号发生器低频放大器电子电压表UiUo图2-9低频放大器频率响应测量原理框图2.3高频信号发生器

高频信号发生器也称射频信号发生器，通常产生200kHz~30MHz的正弦波或调幅波信号，在高频电子线路工作特性（如各类高频接收机的灵敏度、选择性等）的调整测试中应用较广。2.3.1高频信号发生器的组成原理图2-高频信号发生器组成框图

高频信号发生器组成的基本框图如图2-8所示，主要包括主振器、缓冲级、调制级、输出级、衰减器、内调制振荡器、监测电路和电源等部分。2.3.2高频信号发生器在调收音机中频时的应用示波器毫伏表调幅收音机高频信号源图2-11用高频信号发生器调收音机中周2.4函数信号发生器

函数信号发生器实际上是一种能产生正弦波、方波、三角波等多波形的信号发生器（频率范围约几mHz~几十MHz），由于其输出波形均为数学函数，故称为函数信号发生器。2.4.1模拟式函数信号发生器1．方波-三角波-正弦波方式（脉冲式）图2-12脉冲式函数信号发生器的组成原理框图u2(t)U1－U10tt0－UrUrUr–UrU1－U100u2(t)(a)(b)u1(t)u1(t)tt图2-12脉冲式函数信号发生器的工作波形图2．正弦波-方波-三角波方式（正弦式）方波形成器积分器正弦振荡器缓冲级放大器输出级图2-13正弦式函数信号发生器的组成框图2．主要技术指标（1）输出波形有正弦波、方波、三角波和脉冲等，具有TTL同步输出及单次脉冲输出等。（2）频率范围一般分为若干频段，如1~10Hz、10~100Hz、100Hz~1kHz、1~10kHz、10~100kHz、100kHz~1MHz等六个波段。

（3）输出电压一般指输出电压的峰-峰值。（4）输出阻抗函数波形输出500Ω；TTL同步输出模拟600Ω。（5）波形特性正弦波形特性一般用非线性失真系数表示，一般要求≤3%；三角波形特性用非线性系数表示，一般要求≤2%；方波的特性参数是上升时间，一般要求≤100ns2.4.2数字式函数信号发生器图2-14UTG8162D函数信号发生器组成框图1．主要技术指标（1）输出波形输出任意波形，包括正弦波、方波、谐波、噪声、锯齿波动、脉冲波、脉冲串、扫频及任意波形等。且方波、脉冲波形的上升、下降及占空比时间可调。支持频率扫描和脉冲串输出。（2）频率范围正弦波：1µHz～160MHz；方波：1µHz～50MHz；锯齿波：1µHz～4MHz；任意波：1µHz~40MHz。全频段1μHz的分辨率。（3）输出电压2mVpp～20Vpp之间连续可调。（4）输出阻抗0Ω～1MΩ之间连续可调。（5）采样与分辨率具有500MSa/s采样速率；16bits垂直分辨率。（6）通道数双通道具有独立输出。（7）显示器8英寸TFT液晶显示，可同时显示两路频率、幅值等信息。（8）存储容量8～32M点任意波存储器，7GB非易失波形存储。（9）数字协议编码类型I2C、SPI、RS232（TTL电平）。具有功能强大的上位机软件系统。（10）标准配置接口USBDevice、USHost(支持U盘存储，系统升级)、LAN接口、支持NeptuneLab实验室管理系统、10MHz时钟输入/输出；内置7位高精度、宽频带频率计、频率范围：100mHz～800MHz。2.UTG8162D函数信号发生器面板图2-16UTG8162D函数信号发生器前面板图2.UTG8162D函数信号发生器面板图2-17UTG8162D函数信号发生器后板图2.UTG8162D函数信号发生器面板图2-18UTG8162D函数信号发生器功能界面图2.UTG8162D函数信号发生器应用（1）输出正弦波信号图2-19频率值操作界面图图2-20设置频率值操作界面图 图2-212.5KHz频率值显示界面图（2）设置输出幅度图2-22设置信号幅度值操作界面图图2-23300mVpp幅度值设置界面图（3）设置DC偏移电压图2-24设置直流偏移电压值操作界面图图2-25-150mV直流偏移电压值设置界面图（4）输出方波信号图2-26占空比设值界面图（5）频率测量图2-27频率测量界面图本章小结

信号发生器是电子测量中最基本的电子仪器，主要用来提供电参量测量时所需的各种激励电信号，其输出幅值和频率按需要可以进行调节。本章小结1．正弦信号发生器广泛应用于线性系统的测试中。按其产生的信号频段，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频和超高频信号发生器。本章小结2．衡量信号发生器的主要性能指标有：频率准确度、频率稳定度、输出特性、输出形式和非线性失真度等。本章小结3.低频信号发生器的主振器为RC振荡器，以产生1Hz～1MHz的正弦信号为主，也可输出脉冲波形。它主要用于测试调整低频放大器、传输网络等，还可用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等，是一种实际工程上应用广泛的多功能仪器。本章小结4．高频信号发生器常以LC振荡器为主振器，通常频率范围为200kHz～30MHz，可输出调幅波、载波等多种波形。主要用于调试各类接收机的选择性、灵敏度、调幅等特性，其输出信号的频率和电平在一定范围内可调节并能准确读数，特别是能输出微伏级的小信号，以满足接收机测试的需要。高频信号发生器中可采用锁相环技术以提高输出信号频率的稳定度和准确度。本章小结5．函数信号发生器是一种低频范围内的多波形发生器，可以输出正弦波、方波、三角波等多种波形。除了作为正弦信号发生器使用外，还可以用于测试各种电路的瞬态相应特性、数字电路的逻辑功能、摸/数转换器及锁相环的性能等。按其结构可分为脉冲式、正弦式等，主要用于要求不高的场合。本章小结6.阻抗匹配是信号发生器使用时应特别注意的问题，只有在输出阻抗匹配的情况下，信号发生器才能正常工作。练习题1.根据不同的划分方式，信号发生器可分为几大类？2.信号发生器一般由几部分组成？简述各部分的作用。3.信号发生器的主要技术指标有哪些？输出频率的准确度由什么来保证？4.为什么说正弦信号发生器适用于线性系统的测试？5.低频信号发生器在使用时应注意哪些问题?它主要用于测试什么产品？6.高、低频正弦信号发生器输出阻抗一般为多少？使用时，若阻抗不匹配会产生什么影响？怎样避免产生不良影响？练习题练习题7.高频信号发生器的主振级有什么特点?为什么高频信号发生器在输出与负载之间需采用阻抗匹配器？8.基本锁相环由那些部分组成？其工作原理是什么?练习题9.图2-19是常用的基本锁相环路，图中倍频器系数或分频器的分频系数n，能