电子测量与仪器_第二章_信号发生器

1、 主主 要要 内内 容容 一、一、 信号发生器的用途信号发生器的用途 二、二、 信号发生器的分类信号发生器的分类 三、三、 信号发生器的构成信号发生器的构成 四、四、 信号发生器的发展趋势信号发生器的发展趋势 一、信号发生器的用途一、信号发生器的用途 在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器 件、部件以及整机设备时，都需要有，由它 产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到 被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被 测设备的输出响应，以分析确定被测器件或设备的 性能参数。 信号发生器信号发生器 被测设备被测设备 测试仪器测试仪器 输 入 响 应 二、信号发生器的分类二、信号发生器的分类

2、 常用分类方法: （频率，输出波形） A、按频率范围分、按频率范围分 名称频率范围主要应用领域 超低频信号发生器 低频信号发生器低频信号发生器 视频信号发生器 高频信号发生器高频信号发生器 甚高频信号发生器 超高频信号发生器超高频信号发生器 30kHz以下 30 kHz300 kHz 300 kHz6 MHz 6 MHz30 MHz 30 MHz300 MHz 300 MHz3GHz 电声学、声纳 电报通讯电报通讯 无线电广播（AM） 广播、电报 电视、FM广播、导航 雷达、导航、通讯雷达、导航、通讯 B、按输出波形分、按输出波形分 正弦信号发生器：正弦信号发生器： 非正弦信号发生器：非正弦信

3、号发生器： 脉冲信号发生器 函数信号发生器:三角、正弦、方波 扫频信号发生器 数字序列信号发生器 图形信号发生器 噪声信号发生器 等等 常见的信号波形 其它的分类方法。 三、信号发生器的基本构成三、信号发生器的基本构成 振荡器振荡器 调制器调制器 变换器变换器输出级输出级 电源电源指示器指示器 调制器：调制器：信号的频率调整，如VCF。 振荡器：振荡器：产生不同频率不同波形的信号。不同频段、 不同波形的振荡器差别很大。 变换器：变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器 或整形器。 一般情况下，振荡器输出的信号都较微弱，需 在该部分加以放大。还有像调幅、调频等信号，也 需在这部分由调制信号对

4、载频加以调制。而像函数 发生器，振荡器输出的是三角波，需在这里由整形 电路整形成方波或正弦波。 输出级：输出级：调节输出信号的电平和输出阻抗，可以是 衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。 指示器：指示器：指示器用来监视输出信号（如幅度、频率、 波形等）。可以是电子电压表、功率计、频率计和 调制度表等，有些脉冲信号发生器还附带有简易示 波器。 电源：电源：提供信号发生器各部分的工作电源电压。通 常是将50Hz交流市电整流成直流并有良好的稳压措 施。不同的信号发生器对电源的要求也是不同的。 三、信号发生器的发展趋势三、信号发生器的发展趋势 带CPU、自动化、智能化 自校、自检、自动故障诊断 带有RS

5、232，IEEE-4888，LAN口，USB 波形可编程，可产生任意波形 高频率，带宽达几十GHz，甚至上百GHz 仪器可上网 正弦信号发生器是最普遍、应用最广泛的一种 信号发生器。可用于任何线性双口网络的响应性 能测试。正弦信号容易产生。 常用三大指标共计30几项具体指标描述。 频率特性 输出特性 调制特性 下面介绍几项常用的指标。 一、频率范围一、频率范围 指信号发生器所产生的信号频率范围，该范 围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频 率复盖，在此范围内应满足全部误差要求。 Agilent/HP 8660C 10kHz to 2600MHz 1Hz resolution (2Hz abo

6、ve 1300MHz) AM, FM, or Pulse Modulation XD1(天津产) 1HZ-1MHz 分六档六个频段 二、频率准确度二、频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示) 数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对 误差表示: %100 1 10 f ff 通常用百分数%来表示 提高频率准确度：频率合成技术 高稳定度晶体振荡器 f0预调频率， f1 实际输出频率 三、频率稳定度三、频率稳定度 频率稳定度指标要求与频率准确度相关。频率稳 定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定 时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的 大小。 %100 0 minmax

7、 f ff f0预调频率 fmax 、fmin 规定时间内输出的最大频率和最小频率 频率短期稳定度：规定预热后15分钟内的变化。 频率长期稳定度：规定预热后小时内的变化。 四、由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量四、由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量 前述规定时间间隔内的频率漂移即稳定度，而 由温度、电源、负载变化等外界因素造成的频率 漂移(或变动)即为影响量. (l)温度引起的变动量 环境温度每变化1所产生的相对频率变化，即 10 0 () 1/ ff C fT 式中T为温度变化值，f0为预调值， f1为温度改变后 的频率值。 (2) 电源引起的频率变动量 供电电源变化10所产生的

8、相对频率变化， 表示为： 10 0 ()ff f 式中f1为电源变化后的输出频率，f0为标准电源供电 时的输出频率。 (3)负载变化引起的频率变动量 负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相 对频率变化，表示为： 21 1 ()ff f 式中f1为空载时的输出频率，f2为额定负载时的输出频率。 五、非线性失真系数五、非线性失真系数(失真度失真度) 失真原因：输出并非理想情况下的单一频率的正弦波， 由于信号发生器内部放大器等元器件的非线性，会使输出 信号产生非线性失真，输出信号中含有谐波分量。“频谱 纯度”，常用非线性失真系数 表示： %100 1 22 3 2 2 U UUU n U1基波有效值

9、，U2、U3谐波有效值。 由于 等比U1小得多，为了测量上的 方便，也用下面公式定义： n UUU、 32 %100 22 2 2 1 22 3 2 2 n n UUU UUU 六、输出阻抗六、输出阻抗 信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为 600(或1 k )，功率输出端依输出匹配变压器的设 计而定，通常有50 、75 、150 、600和5k 等档。 高频信号发生器一般仅有50或75档。当使用 高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。否则 信号将产生失真和衰减。 七、输出电平七、输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，包括 最大输出电压和

10、最大输出功率及其衰减范围内所得 到输出幅度的有效范围。输出幅度可用电压(V， mV， V)或分贝表示。 如XD-1低频信号发生器的最大电压输出为lHz 1MHz，5V，最大功率输出为10Hz700kHz(50 、 75 、150 、600 )，4W。 八、调制特性八、调制特性 高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能 输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况 下是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲 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，当调制信号由外部加到信号发生器进 行调制时，称为外调制。这类带有输出已调波功能 的信号发生器，是测试无线电收发设备等场合不可

11、缺少的仪器。 九、频率覆盖系数九、频率覆盖系数 k 主主 要要 内内 容容 主主 要要 内内 容容 一、低频信号发生器的组成一、低频信号发生器的组成 二、二、RCRC振荡式低频信号发生器振荡式低频信号发生器 三、其它振荡器三、其它振荡器 四、使用方法四、使用方法 一、低频信号发生器的组成一、低频信号发生器的组成 低频信号发生器一般是指频率在1Hz1MHz的 信号发生器。它的组成框图如下： 电 压 放大器 输 出 衰减器 功 率 放大器 阻 抗 变换器 电 压 指示表 电压输出 功率 输出 S 两种输出形式：电压输出，功率输出 衰减器：调节衰减，保持阻抗 二、二、RC振荡式低频信号发生器振荡式低

12、频信号发生器 振荡器是信号发生器里的最关键的部件。低频 信号发生器的振荡器有多种形式，包括RC、LC、 差频、及超低频中常采用的运放构成的振荡器。其 中又以RC振荡器的应用最为广泛。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:23-Feb-2006Sheet of File:F:My Documents电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PPTcircuit.ddbDrawn By: R2C2 C1 R1 R4 R3 + - A Ui Uo Vo 1、RC振荡器 (韦恩电桥、 文氏电桥、 Wien Bri

13、dge) 2 22 2 1 122 12 12 2121 1 () 1 1 1 . 1 1() o i R j C R H j R R j Cj C R RC jRC RCR C U U 00 00 111 () 1 3()3()3() H j ff j R Cjj R Cff R1、C1、R2、C2构成的网络传递函数： 当R1=R2=R、C1=C2=C时： RC f RC 2 1 , 1 00 其中， 22 0 0 0 0 1 () 3() ( )arctan ()/3 H j 幅频特性与相频特性 产生振荡的两个条件： (1) 回路的增益为1 (AF=1) (2) 回路的相角为零 0 , (

14、 )1/3, ( )0H 当时 后接一个放大倍数为3的放大器，可维持振荡条件，RC网络的选频特性。 稳定放大器工作，引入负反馈。R3负温度系数热敏电阻。反馈应加在反馈应加在RC 网络上。网络上。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:23-Feb-2006Sheet of File:F:My Documents电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By: R2C2 C1 R1 R4 R3 + - A Rw + - A 衰 减 器 电 路 输 出 显 示 放大器阻抗对RC网络的影响：Ri

15、大(FET)，Ro小(射极跟随)。 2、RC振荡式低频信号发生器 1、LC振荡器 CL f 2 1 0 振荡频率： 不用LC作低频SG的振荡器的原因： (1) 体积大. (2) Q值不稳定 (3) 覆盖系数小，难以调节。 三、其它振荡器三、其它振荡器 (具体振荡电路见“高频信号发生器”一节) 2、差频振荡器 可变频率 振 荡 器 固定频率 振 荡 器 混频器M LPFA 输 出 衰减器 输 出 f1 f2 f 产生差频信号：f=f1-f2 变(混) 频原理：当两个不同频率的信号， 同时作用到一个非线性元件上时，就会在它 的输出电流中，产生许多组合频率分量。 缺点：电路复杂，频率准确度、稳定度较

16、差，波形失真大； 优点：频率连续可调节，常用在扫频振荡器中。 3、用放大器构成振荡器(超低频SG) 11 1 ()H jj RC 单级的传递函数： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:26-Feb-2006Sheet of File:F:My Documents电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By: R1 -A1 C1 R2 -A2 C2 R3 A=-1 R4输出 2 1212 1 ()H j R R C C 两级级联的传递函数： 为满足振荡条件，串入反相器，并形成回路。 21

17、21 0 2121 0 2 1 , 1 CCRR ff CCRR 输出问题：引自反相端；下方放大器为反相放 大器，In+接地. 常用于超低频信号发生器。 四、使用方法四、使用方法 主主 要要 内内 容容 一、高频信号发生器的组成、分类一、高频信号发生器的组成、分类 二、调谐信号发生器二、调谐信号发生器 三、高频信号发生器的使用三、高频信号发生器的使用 四、高频信号发生器示例四、高频信号发生器示例 ：是指能产生正弦信号，频率 范围部分或全部复盖300kHz土GHz(允许向外 延伸)，并且具有一种或一种以上或 (正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制)的信号发 生器，也称为。 一、高频信号发生器的组成、

18、分类一、高频信号发生器的组成、分类 1、输出信号幅度调节范围较大（测试接收机性能） 2、良好的屏蔽（高频，信号易泄漏，影响测试） 主振级：通常为LC振荡电路，准确度/稳定度/纯度/输出功率小 缓冲级：阻抗变换，有时还可频率变换，输出更宽频率范围 调制级：放大、幅度调制 输出级：控制电压幅度，放大/滤波/输出微调/输出倍乘 监测器：电子电压表调制度计 调制器： 频率变换器 (分频器/倍频器/混频器) 主振器 可 变 电抗器 内调制 振荡器 调制级 输出级 监测器 内 外 AMFM 外调制输入 输出 缓冲级 内调制输出 补充知识：补充知识： (FM)： us=Umcos(wc+mx)t 一般采用变

19、容二极管实现。也有电容式的。 (AM)： us=(Um+mx)coswct ： 变容二极管变容二极管 二、调谐信号发生器二、调谐信号发生器 振荡器通常为LC振荡器。 根据反馈方式不同，分为三类： （电路、交流等效电路） ：电感调频段，电容频段内频率细调 可用调谐放大器，宽带放大器调制器滤波器， 其作用有三：1) 放大 2) 隔离 3) 兼作调幅器 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:1-Mar-2006 Sheet of File:F:My Documents电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PP

20、Tcircuit.ddbDrawn By: LL2 C e b c + - + - U1 U2 PNP LL2 Y11Y22C Y21*U1 c e b + - U1 0 1 2 f LC 振荡频率： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:1-Mar-2006 Sheet of File:F:My Documents电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PPTcircuit.ddbDrawn By: L2 L1 PNP C e b c + - U1 + - U2 Y22 Y21*U1 L2 L1 C +

21、 - U2 Y11 + - U1 c e b 0 1 2 f LC 振荡频率： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:1-Mar-2006 Sheet of File:F:My Documents电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PPTcircuit.ddbDrawn By: L PNP C1 e b c + - U2 + - U1 Y22 Y21*U1 L1 C2 + - U2 Y11 + - U1 c e b C2 C1 0 1 2 f LC 振荡频率： 12 12 () C C C CC ：测

22、试接收机的选择性，灵敏度等。 ：同波段内改变电容C调整频率，切换至不同的 电感L改变波段。波段划分应保证频率全覆盖。 ：高频模式下应特别注意阻抗匹配. 下图仅是电 阻匹配。(考虑匹配网络的衰减匹配网络的衰减，如10dB) 三、高频信号发生器的使用三、高频信号发生器的使用 R1R3 R2RSRL RsRL Rs=50 RL=75 max 2 2 2 )( 4 )( P，PrR R rR r E R rR E P 时 四、高频信号发生器示例四、高频信号发生器示例 性能指标调谐式HP8654锁相式HP8640B合成式HP8663 频率范围10M520MHz0.5M1024MHz100k2560MHz

23、 频率稳定度2010-6/5m1kHz 510-8/h510-10/day 频率分辨率3%(频率精度)1Hz10kHz0.10.4Hz 输出电平范围+10dBm-130dBm+19dBm-145dBm +16dBm-129.9dBm 输出电平误差=1dB1.5dB 4.5dB 1dB 谐波含量=-20dBc0.5512M,512M,-12dBc -30dBc 调幅深度090%0100%099% 调频频偏0100kHz5kHz520kHz099.9kHz 备注已淘汰已淘汰在役 主主 要要 内内 容容 一、脉冲信号一、脉冲信号 二、脉冲信号发生器的分类二、脉冲信号发生器的分类 三、脉冲信号发生器的

24、组成原理三、脉冲信号发生器的组成原理 四、脉冲信号源的应用四、脉冲信号源的应用 脉冲具有脉动和冲击的含意，脉冲信号通常 指持续时间较短有特定变化规律的电压或电流 信号。常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯 形、钟形、数字编码序列等，其中最基本的脉 冲信号是矩形脉冲信号。 矩形脉冲主要参数： tstf f b U 0.9Um 0.5Um Um 0.1Um u t 矩形脉冲参数图释矩形脉冲参数图释 脉冲幅度Um：定义为脉冲波从底部到顶部之间的数值。 脉冲上升时间tr：定义为脉冲波从0.1 Um 上升到0. 9Um所经 历的时间，也叫脉冲前沿。 脉冲下降时间tf ：定义为脉冲波从0.9 Um下降到0.

25、1 Um所经 历的时间，也叫脉冲后沿。 脉冲宽度：即脉冲的持续时间，一般指脉冲前、后沿分别 等于0.5 Um时相应的时间间隔。 平顶降落：表征脉冲顶部不能保持平直而呈现倾斜降落的 数值，也常用其对脉冲幅度的百分比值来表示b。 脉冲过冲：脉冲过冲包括上冲和下冲。上冲指上升边超过 顶值Um以上所呈现的突出部分。 脉冲周期和重复频率：周期性脉冲相邻两脉冲之间的 时间间隔称为脉冲周期，用T 表示，脉冲周期的倒数称 为重复频率，用f表示。 脉冲的：脉冲宽度与脉冲周期T的比值称为 占空系数。 T t u 周期矩形波 二、脉冲信号发生器的分类二、脉冲信号发生器的分类 用途：专门用于产生脉冲波形的信号源。它可

26、 用于测试视频放大器、宽带电路的振幅特性、过渡 特性，逻辑元件的开关速度、数字电路研究以及示 波器的检定与测试等。 按照用途和产生脉冲的方法不同，脉冲信号发 生器可分为、 、及 等。 前、后沿可调、双脉冲、群脉 冲、闸门、外触发及单次触发. 快速前沿，测试电路瞬态特性， 检验示波器瞬态响应。几十ps的上升前沿. 可产生多种波形，缺点：上限频率 不够高R2C2 R1C1R2C2 一、函数信号发生器的原理一、函数信号发生器的原理 产生的波形：三角波、方波、锯齿波、正弦波等。 产生波的方法：先由积分电路和触发电路产生三角 波和方波，然后通过函数转换器(例如二极管整形网 络)将三角波整形成正弦波等其它

27、波形。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:24-Feb-2006Sheet of File:F:My Documents电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PPTcircuit.ddbDrawn By: + A C - R 双 稳 态 触发电路 比较器1比较器2 +Um-Um 二 极 管 整形网络 放大器衰减器 输 出 D P K 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:24-Feb-2006Sheet of Fi

28、le:F:My Documents电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By: Q Q D F F 工作过程： Q=E，Q/=-E开始，ui(t)为常数， 线性化。 三角波由矩形波决定 正弦波由整形网络得到 0 1 ( ) i uu t dt RC 二、正弦波整形电路 原理：在正弦波的不同时段，用不同斜率的直线段 来近似。具体可由三角波整形得到。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date:15-May-2007Sheet of File:E:mydocument我的课件电子测量技术与仪器课

29、件PPTcircuit.ddbDrawn By: V1 V2 V3 V4 t 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:24-Feb-2006Sheet of File:F:My Documents电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By: 输入 输出 +Va+Vb -Va-Vb R1R2R3 D3D2D1 R (教材上有误教材上有误) 一、扫频的概念一、扫频的概念 扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在 一定范围内反复变化的正弦信号发生器，它是频率 特性测试仪(扫频仪)的核心，主要

30、用于直接测量各种 网络的频率响应频率响应特性。 线性电路幅频特性测量：， 二、扫频信号发生器的组成二、扫频信号发生器的组成 扫频信号发生器由时基系统、扫频振荡器、时标 系统、输出控制、显示器等组成。 (频标信号) 扫频振荡器时基系统输出控制 电源显示器检波系统 信号输出 响应输出 扫频仪原理框图扫频仪原理框图 被测系统 xy 三、扫频振荡器的工作原理三、扫频振荡器的工作原理 常用的扫频振荡方法有磁调电感法、变容二极管法以及微 波波段使用的返波管法、YIG谐振法等。 磁调电感式结构磁调电感式结构 直流 I0 调制直流 Iw L2 C 低频磁芯ML 高频磁芯MH 0 2 1 2 f L C 当扫描

31、电流随时间变化 时，使得磁芯的有效导磁系数 0 也随着改变. 扫描电流的变化就导致了L2及谐振频率f0的变化实现了扫频. r D j U U C C )1 ( 0 在LC振荡电路中，如果能用扫描信号改变谐振电路中 电容量C的大小，也能使谐振频率随之改变，变容二极管 法扫频振荡器就是基于这一原理. 20 LL 式中Cj0为变容二极管反向电压为零时的结电容，r为 电容变化系数，UD为PN结势垒电压，U为加到变容二 极管两端的反向电压。如当使用突变结的变容二极管， 则r12，此时电容为： 0 (1) j D C C U U 扫频信号发生器的几个指标：扫频信号发生器的几个指标： 1. 中心频率 2.

32、扫频宽度 3. 寄生幅度（要求输出为等幅信号） 4. 扫描线性度 概述概述 噪声信号发生器能够提供在特定频率范围内有足够输出电 平，具有一定统计参数的噪声信号，噪声发生器由噪声源、 变换器及输出电路等组成。在电子测量领域，噪声发生器用 来测量接收机的极限灵敏度. 噪声源变换器电平指示器 电源 输出衰减器 常用的噪声源有：电阻噪声源( R T f )、二极管噪声源、气体 放电噪声源. 噪声源介绍噪声源介绍 1. 电阻噪声源电阻噪声源 任何电阻在一定温度下都会产生热噪声，这是 由于导体中电子无规则的热运动而引起的噪声. 噪声 大小与电阻值、工作温度、工作带宽有关。 4uKTR B K波尔兹曼常数

33、K=1.3810-23 J/K T绝对温度 R电阻值 B工作带宽 2346 4 1.38 10290 500 104 100.18umV 如如：K波尔兹曼常数 K=1.3810-23 J/K T绝对温度17 (290K) R电阻值 500k B工作带宽 4MHz 用于产生白噪声：噪声功率谱密度均匀 2. 二极管噪声二极管噪声 在真空二极管饱和区，如阴极温度一定，则电流也维持 恒定，在单位时间内，阴极发 射的电子数围绕着平均值起伏 变化，这种现象称为“散弹效应”。电子发射的时间和速度 及运动过程是随机的，因而阳极直流电流上就迭加有随机起 伏的噪声电流。 固态噪声二极管，它是一种PN结器件，当工作

34、于反偏 压，处于雪崩击穿状态时，载流子雪崩倍增的电流起伏产生 雪崩散弹噪声。 3. 气体放电噪声气体放电噪声 气体放电管是一种离子器件，由灯丝(阴极)和阳极构成， 管内充有一定气压的惰性气体(氩或氖)，当放电管点燃后，管 内气体放电，在电场的作用下，电子受到不断的加速，在高 速运动中又与其他离子和中性粒子碰撞，在碰撞中，一方面 使气体进一步电离，一方面电子本身运动速度急剧减慢，损 失掉的能量就转化成一定形式的电磁辐射。 主主 要要 内内 容容 合成信号发生器的频率准确度、稳定度都优于传统的SG。 加、减， 乘、除， 先介绍几个名词先介绍几个名词: ：混频器一般由输入信号回路、本机 振荡器、非线

35、性器件和滤波网络等4部分组成 。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:14-May-2007Sheet of File:E:mydocument我的课件电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By: 非线性器件 本机振荡 滤波网络 输入信号回路 Cs Ls fs Uo Ci Li fi UsUi 调幅与调频(变频)：中频，上变频，下变频 cos cos ssmc LLmL vVt vVt 待变频输入信号: 参考(本振)信号: coscos =cos()cos() 2 cos()cos

36、22 cos()cos 22 IsmcLmL smLm LcLc smLmsmLm ILcI smLmsmLm ILcI vVtVt V V tt V VV V vtt V VV V vtt 相乘: 得到两种不同频率的信号: 混频器混频器 VL Vo fofc Vs AM FM 如果相乘和产生本振在同一个器件上完成，则 称为。如果相乘和产生本振分别在两个器 件上完成，则称为。 理想乘法器就可以混频，但工作频不高。在甚 高频段时，还采用三极管、场效应管、肖特基二极 管作混频器件。 通过非线性元件(混频二极管)，在流过的电流 中产生pL+ c的组合频率。 PLL 或 模拟电路实现(CPU的外频、倍

37、频、主频) 一、固定频率合成法一、固定频率合成法 利用石英晶振提供基准频率fr, 输出频率为fo。 晶体振 荡器 DN fo fr or N ff D 二、可变频率合成技术二、可变频率合成技术 将基准晶体振荡器产生的标准频率信号，利用 倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列 四则运算以获得所需要的频率输出。 复杂、成本高，体积大复杂、成本高，体积大! 谐波发生器 （倍频器） 分频(10) 混频(+) 混频(+) 混频(+) 晶振 滤波 滤波 滤波 分频(10) 分频(10) 1MHz 8MHz 2MHz 6MHz 4MHz 2.8 6.28 4.628 0.28 0.628 一、直接数字频

38、率合成（一、直接数字频率合成（DDS）的基本原理）的基本原理 ( )sin2 m i u iU p 对于一个正弦波，设一个周期共有p个点，则 第i点的值可用以下式子表示： TpT 周期： 正弦波用阶梯波近似。而阶梯波的形成是由存贮在 存贮器(ROM)中的数字信息经数模转换(D/A)得到。 048121620242832 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 二、直接数字频率合成的基本结构二、直接数字频率合成的基本结构 VCO 锁相器 分频器晶 振 分频器 加/减 计数器 ROMD/A 跟随器 LPF 检测与 控制 优点：(1)频率稳定 (2)幅频

39、特性好，失真小 (3)任意波形发生器。 一、频率合成与锁相技术一、频率合成与锁相技术 利用一个或数个晶振，通过加减乘除四则运算， 最终得到频率准确度稳定在晶振量级上的一系列 新频率。 普通信号源：RC、LC，频率可调，但不准确； 标准信号源：C，准确度高，频率不可调。 频率合成信号发生器：准确度高，频率也可调。 二、锁相环二、锁相环(PLL)(PLL)技术技术 锁相环：锁相环： 基本工作原理：基本工作原理：当压控振荡器输出频率f2由于某种原因变化时， 相应相位也产生变化，该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率 f1的稳定相位相比较，使鉴相器输出一个与相位差成比例的电 压ud(t)，经过低通滤波器，

40、检出其直流分量uc(t) ，用uc(t)控制 压控振荡器中压控元件数值（如变容二极管电容），从而调整 VCO的输出频率f2 ，使其不但频率和基准晶振一致，相位也同 步，这时称为相位锁定，因此最终VCO的频率输出稳定度就由晶 振频率f1决定。即 f1 = f2 。 基准晶振鉴相器 压控 振荡器 LPF f2 f1 PD LPF：Low Pass Filter/低通滤波器 VCO uc(t) ud(t) f2 输出 锁相环频率合成器：锁相环频率合成器： VCO输出经分频后得到f/n1频率的信号送往鉴相器，与 来自晶振输出经n2次分频的频率为f0/n2的信号进行相位比较。 由前面的锁相环路的知识，当

41、f/n1= f0/n2即f=(n1/n2)*f0时，相 位锁定，输出信号频率为f=(n1/n2)*f0，具有与f0相同的稳定 度。 为了有效地锁相，需要鉴相器两输入信号频率足够接近为了有效地锁相，需要鉴相器两输入信号频率足够接近。如果两 信号频率相差较大，可先进行鉴频，用鉴频器输出控制VCO实现频率粗 调，而后利用鉴相器输出控制VCO实现频率细调。间接式频率合成器的间接式频率合成器的 优点是省去了滤波器和混频器优点是省去了滤波器和混频器，因而电路简单，价格便宜。 晶振 PD鉴相LPF VCO 分频(n1) 分频(n2) f0 ff f/n1 f0/n2 锁相环分类：锁相环分类：锁相环的电路形式

42、有多种，根据不同的电路结 构，锁相环可以完成频率的加、减、乘、除运算。 分频式锁相环，n1=1 倍频式锁相环，n2=1 混频式锁相环 合成式锁相环 晶振 PD鉴相LPF VCO分频(n1) 分频(n2) f0 ff f/n1 f0/n2 分/倍频锁相环： f=(n1/n2)*f0 混频锁相环：实现高频的扫频 VCO PD 石英振荡器 内插振荡器 fi2调谐 fi1 fo (-) M fo=fi1+fi2 输出输出 fo-fi1 vd fi2 LPF 三、锁相信号发生器三、锁相信号发生器 RC、LC振荡器的频率稳定度、准确度需要进一步的提高， 同时也为了得到更宽的频率覆盖范围。引入锁相技术做成的 信号发生器，可以满足更高的测试要求。 锁相信号发生器锁相信号发生器是在高性能的调谐式信号发生器中增加 频率计数器，并将信号源的振荡频率利用锁相原理锁定在频 率计数器的时基上，而频率计数器又是以高稳定度的石英晶 体振荡器为基准的，从而使锁相信号发生器的输出频率的稳 定度和准确度大大提高，信号频谱纯度等性能特性也有很大 改善。 数字合成技术可用在高频和低频信号源中数字合成技术可用在高频和低频信号源中. 国产QFl050型标准信号发生器中和部分框图 射频部分，锁相部分工作过程. (-) 滤波鉴相分频放大 分频晶振 预置计 数器 频率极限 检测器 VCO缓冲调制I放大衰减 混频放大检波