信号发生器

第2章测量用信号发生器第3章测量用信号发生器知识要点：信号发生器性能指标与分类各类信号发生器的工作原理及使用方法合成信号发生器的频率合成技术第2章测量用信号发生器23.1概述信号发生器即信号源，指产生所需参数的电测试信号的仪器，是最基本、应用最广泛的电子测量仪器之一。3.1.1信号发生器的功用激励源，信号仿真，校准源3.1.2信号发生器的分类信号发生器分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。1.按输出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0tU名称波形示意图主要特性正弦波信号正弦波是电子系统中最基本的测试信号，频率从µHz至几十GHz。大多信号源都具备正弦波输出。函数信号通常包含正弦波、方波、三角波三种，有的还包含锯齿波、脉冲波、梯形波、阶梯波等波形，频率从几Hz至上百MHz。扫频信号频率可在某区间有规律地扫动，多为用锯齿波进行线性扫频。多数扫频源是以正弦波扫频，也有以方波、三角波扫频。还有非线性的对数扫频。脉冲信号输出的脉冲信号可按需要设置其重复频率、脉冲宽度、占空比、上升及下降时间等参数。脉冲信号有的还有双脉冲输出。数字信号可按编码要求产生0/1逻辑电平（多为TTL或ECL电平），也称数据发生器、图形或模式发生器。通常是具备多路数字输出的。噪声信号提供随机噪声信号，具有很宽的均匀频谱。常用于测量接收机的噪声系数或调制到高频、射频载波上作干扰源。伪随机信号是一串0/1电平随机编码的数字序列信号，因其序列周期相当长（在足够宽的频带内产生相当平坦的离散频谱），故有点类似随机信号。任意波形能产生任意形状的模拟信号，例如：模仿产生心电图、雷电干扰、机械运动等形状复杂的波形。调制信号将模拟信号或数字信号调制到射频载波信号上，以便于远程传输。通常调制方式有：调幅、调频、调相、脉冲调制、数字调制等。数字矢量信号通过正交调制（I-Q调制），可以同时传递幅度和相位信息，故称为数字矢量信号源。该内容将在本章3.4节射频信号发生器中介绍。第2章测量用信号发生器42.按工作频率分类信号发生器的频率范围类型频率范围应用超低频信号发生器0.0001Hz~1kHz地震测量、电声学、医疗设备维修低频信号发生器1Hz~1MHz音频、通信设备、家电测试、维修视频信号发生器20Hz~10MHz电视设备测试、维修高频信号发生器200kHz~30MHz广播、电报等无线通信测试与维修甚高频信号发生器30MHz~300MHz超短波、调频广播、导航测试超高频信号发生器300MHz以上雷达、微波、卫星通信设备测试、维修3.按调制方式分类按调制方式的不同，信号发生器分为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。第2章测量用信号发生器53.1.3正弦信号发生器的主要技术特性1.频率特性（1）有效频率范围：各项指标均能得到保证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：指频率实际值对其标称值的相对偏差。其表达式为：（3）频率稳定度：指在一定时间间隔内频率准确度的变化，它表征信号源维持工作于恒定频率的能力。fffffa000x0minmaxfff第2章测量用信号发生器62.输出特性（1）输出阻抗低频信号发生器一般有匹配变压器，故有50Ω、150Ω、600Ω、5kΩ等各种不同输出阻抗高频信号发生器一般只有50Ω或75Ω一种输出阻抗。（2）输出电平及其平坦度输出电平是表征信号发生器所能提供的最大和最小输出电平调节范围。目前正弦信号发生器输出信号幅度采用有效值或绝对电平来度量。输出电平平坦度是指在有效的频率范围内，输出电平随频率变化的程度。第2章测量用信号发生器7（3）输出形式输出形式包括平衡输出（即对称输出u2）和不平衡输出（不对称输出u1）两种形式。（4）输出波形及谐波失真输出波形是指信号发生器所能产生信号的波形。正弦信号发生器应输出单一频率的正弦信号，但由于非线性失真、噪声等原因，其输出信号中都含有谐波等其他成分，即信号的频谱不纯。用来表征信号频谱纯度的技术指标就是谐波失真度。信号发生器+u1－+－u2信号发生器的输出形式第2章测量用信号发生器83.调制特性高频信号发生器在输出正弦波的同时，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。高频信号发生器的调制特性包括调制方式、调制频率、调制系数以及调制线性等。第2章测量用信号发生器93.2模拟信号发生器3.2.1低频信号发生器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第2章测量用信号发生器10（1）主振器作用：产生与输出信号频率一致低频正弦信号。电路结构：RC文氏桥式振荡器、差频式振荡器RC文氏桥式振荡器优点：波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可调范围宽。RC文氏桥式振荡器缺点：频率覆盖系数（即最高频率与最低频率之比）为10，要覆盖1Hz～1MHz频率范围，至少需要六个波段。第2章测量用信号发生器11（1）主振器差频式振荡器优点：在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围。差频式振荡器缺点：对振荡器频率稳定性要求很高，两个振荡器应远离整流管、功率管等发热元件，彼此分开，并良好屏蔽。差频式振荡器的组成框图输出固定频率振荡器可变频率振荡器混频器滤波放大衰减器f2=3.4000MHzf1=3.3997~5.1000MHzf0=300Hz~1.7000MHz第2章测量用信号发生器12（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。（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。+CR1+－UiUo+－R2R3R4R5R6R7R8SRP衰减器原理图第2章测量用信号发生器13（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。第2章测量用信号发生器142.XD-22A型低频信号发生器XD-22A型低频信号发生器是一款多功能，宽频带的通用测量仪器，它除了产生正弦波信号外，还能产生脉冲信号和逻辑信号，并采用3位LED数码管来显示频率。2.1主要技术性能（1）频率范围：1Hz~1MHz，共分为六个波段。Ⅰ波段：1~10HzⅡ波段：10~100HzⅢ波段：100Hz~1KHzⅣ波段：1KHz~10KHzⅤ波段：10KHz~100KHzⅥ波段：100KHz~1MHz第2章测量用信号发生器15（2）频率误差Ⅰ~Ⅴ波段小于±1.5%输出频率，Ⅵ波段小于±2%输出频率（3）正弦信号幅度：＞6V频率响应：＜±1dB，这一技术性能的含义是，信号频率在1Hz~1MHz范围内变化时，信号发生器对不同频率的信号增益的偏差要小于1dB电压表误差：＜±5%满刻度值输出阻抗：（600±10）Ω第2章测量用信号发生器16（4）脉冲信号（10Hz~200KHz）电压幅度（峰-峰值）为0~10V，且连续可调上升、下降时间：＜0.3μs上冲、下冲时间：＜7%脉冲宽度：连续可调（5）逻辑信号波形：方波（正极性）幅度：高电平为（4.5±0.5）V，低电平＜0.3V第2章测量用信号发生器172、面板结构图及按键功能1)面板结构图及按键功能XD-22A型低频信号发生器的面板结构：XD-22A型低频信号发生器面板图电源ⅠⅡⅣⅢⅤⅥ0123456789012345678901234567891550515+-305070波段开频率占空比SXD-22A型低频信号发生器HzKHz0102030405060708090..........输出衰减dB输出细调指示电压表频率显示窗V1101001K10K100K1M指示电压表XD-22A型低频信号发生器输出衰减dB输出细调频率开电源占空比频率显示窗接通电源步进旋钮微调旋钮占空比调节旋钮：调节脉冲信号的占空比波形输出开关信号输出插孔：S弹出：下输出孔输出正弦波信号S按进：下：脉冲波信号上：逻辑信号波段输出细调旋钮：调节电压指示表显示的电压输出衰减调节开关：调节衰减器的衰减倍数频率单位显示显示输出信号的频率值电压指示表：指示缓冲放大器的输出电压幅度值波段选择开关：选择调节波段频率调节旋钮第2章测量用信号发生器18（1）电源开关。（2）波段选择开关。共有六个波段。（3）频率调节旋钮。又包括三个步进旋钮和一个微调旋钮。（4）占空比调节旋钮。用于调节脉冲信号的占空比。（5）输出波形转换开关S。（6）信号输出插孔。（7）输出细调旋钮。用于调节电压指示表所显示的电压。（8）输出衰减调节开关。用于调节衰减器的衰减倍数。（9）频率单位指示。（10）频率显示窗。（11）电压指示表。第2章测量用信号发生器192）使用注意事项：开机前，把输出细调旋钮置于最小值处，防止开机时因起振幅度超过正常值而打坏表针开机后，让仪器预热片刻，等表头指示稳定后再开始使用输出波形由输出波形开关S控制信号输出电缆的长度以（1±10%）m为宜，太长或太短都会引起高频段（f＞500KHz）电压误差第2章测量用信号发生器203）使用方法（1）选择波形。由输出波形转换开关S控制。（2）调频率。先调波段开关，选择待输出信号频率所在的波段，再调频率调节旋钮及频率微调旋钮。即由波段选择开关和三个频率调节旋钮配合使用，进行调节；在数码显示窗上将显示出读数，三个数码管对应显示三个频率旋钮的调节值；Hz、KHz指示灯指示所显示频率的单位。如，需要输出频率为2370Hz的信号，首先将波段选择开关置于Ⅳ波段，此时KHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于“2”、“3”和“7”刻度；此时数码显示出2.37，即2.37KHz。输出即为2370Hz。（3）幅度调节。先调输出细调旋钮，再调输出衰减旋钮。即由输出细调旋钮和输出衰减旋钮配合使用，进行调节；面板左上方的表头将显示出电压读数；实际输出值等于电压读数除以衰减倍数，即U实＝U示/衰减倍数。第2章测量用信号发生器21表2-1输出衰减dB与电压衰减倍数的关系表输出衰减dB102030405060708090电压衰减倍数3.161031.6100316100031601000031600例1：要用XD-22A输出一个频率为74000Hz，电压为10mV(有效值)的正弦信号，如何调节？解：第1步，弹出输出波形转换开关S，使输出为正弦信号。第2步，将波段选择开关置于Ⅴ波段，此时KHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于“7”、“4”和“0”刻度；此时数码显示出74.0，即74.0KHz。第3步，调节输出细调旋钮使电压读数为“1”；再调节输出衰减旋钮，使其置于“40”，即衰减40dB，由表2-1可知，衰减了100倍（即为原值的0.01）；输出有效电压则为1V÷100＝10mV。第2章测量用信号发生器223.2.2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。高频信号发生器：产生200kHz～30MHz的正弦波或调幅波信号。甚高频信号发生器：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原理框图主振级缓冲级调制级输出级监测器输出电源内调制振荡器可变电抗器外调制输入AMFM内外第2章测量用信号发生器23（1）主振级主振级是信号发生器的核心，一般采用可调频率范围宽、频率准确度高、稳定度好的LC振荡器，它用于产生高频振荡信号。为了使信号发生器有较宽的工作频率范围，可以在