第三章 信号发生器PPT(教学完整版)

1、第三章第三章 信号发生器信号发生器 扫频信号发生器扫频信号发生器 陈元威（093411118） 扫频信号发生器的定义和用途扫频信号发生器的定义和用途 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正弦信号发生器，它是频率特性测试仪（扫频仪）的核心，主要用于直接测量各种网络的频率响应特性。3.5.13.5.1线性电路幅频特性的测量线性电路幅频特性的测量 正弦稳态下的系统函数或传输函数N( j)反映了该系统激励与响应间的频率关系， 即 )(jioioe )()j ()j ()j (NUUUUN 点频法 扫频法测量方法：1. 1. 点频法测量幅频特性点频法测量幅频特性 所谓点频法就是“

2、逐点”测量幅频特性或相频特性的方法 图3.5-1点频法测量系统的幅频特性 ui为正弦信号源， 接于被测电路输入端， 由低到高不断改变信号源频率， 信号电压不应超过被测电路的线性工作范围， 用测量仪器在各个频率点上测出输出信号与输入信号的振幅比(幅频特性)和相位差(相频特性)。 以f为横坐标， 以振幅比(或相位差)为纵坐标， 就可以逐点描绘出电路的频率特性曲线。 点频法存在的问题：点频法存在的问题： 1）逐点测量，操作繁琐费时； 2）频率离散而不连续，非常容易遗漏掉某些特性突变点； 这种快速、 直观的测量方法就是扫频法测量的基本思想。 提供频率可自动连续变化的正弦波信号源称为扫频信号源或扫频振荡

3、器。扫频法测量的基本思想扫频法测量的基本思想 在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，以得到被测电路的幅频特性曲线。2. 扫频法测量幅频特性 在原理框图中， 除被测网络外， 其余部分通常都安装于称为频率特性测试仪(也称扫频仪)的同一仪器中。 扫频信号发生器实际上是频率可控的正弦振荡器， 如压控振荡器(VCO)， 它的振荡频率受扫描电压us控制。 若扫描电压为三角波(图b)， 则扫频信号发生器的瞬时频率在扫描正程期间将随扫描电压的线性增加由fmin线性地变到fmax， 在回扫期间， 又由fmax线性地变到fmin， 如此周期

4、性反复， 而扫描信号的幅度则始终保持不变。 常用的扫描信号还有锯齿波和对数型波等。二极管峰值检波电路+- -ui+- -uiVDRCui+- -CrduD= ui- - uoi充充i放放id当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数为rdC。因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压uo(t) 很快增长 。ui(t)达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，当ui(t)= uo(t)，即uD= ui-uo=0时，二极管VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。 振幅不变而频率在

5、一定范围内连续变化的正弦信号加到被测网络(例如调谐放大器)的输入端。 由于调谐放大器的增益随频率而变， 因此其输出信号uo的振幅也将随频率而改变， uo的包络就反映了该放大器的幅频特性(图d)。 uo经峰值检波器检出输出信号的包络 (图e) 将经峰值检波器检出输出信号的包络 uo 送至示波管的垂直偏转系统， 同时扫描信号us加到示波管的水平系统作为扫描时基信号。 由于扫频信号ui的瞬时频率和水平扫描电压us的瞬时值一一对应， 因此示波管的水平轴成为线性的频率坐标轴。 这样在us和 uo 的共同作用下， 示波管荧光屏上就直接显示出该调谐放大器的幅频特性。 与点频法相比，与点频法相比， 扫频法具有

6、以下优点：扫频法具有以下优点：(1) 可实现网络的频率特性的自动或半自动测量。(2) 由于扫频信号的频率是连续变化的， 因此所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的， 不会出现由于点频法中的频率点离散而遗漏掉人们感兴趣的某些“细节”问题。 (3) 点频法是人工逐点改变输入信号的频率， 速度慢， 得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。 扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性。 扫频法更符合被测电路的应用实际。3.5.2扫频仪的基本构成扫频仪的基本构成1. 扫频仪的基本方框图扫频仪的基本方框图 时基系统产生一个扫描信号， 由该信号控制一个可调谐的连续振荡源以产生频率随时间变化的

7、正弦信号， 频率变化的规律就取决于扫描信号。 若扫描信号是锯齿波或三角波(这是最常用的情况)， 则扫频规律呈线性， 或者说扫频振荡器输出正弦信号的瞬时频率随时间线性增加或降低。 有些场合也使用对数型扫描信号， 则扫频规律呈现对数性。 扫频信号施加于被测网络输入端， 输出响应经检波， 包络上加上频标信号， 就可在示波管荧光屏上的频率特性曲线上找到对应的频率。 扫频振荡器是扫频仪的主要部分， 实际上它是一个调频振荡器， 在时基系统产生的扫描信号(即调频的调制信号)的作用下， 产生频率随时间按一定规律变化的扫频振荡， 并利用电平限制电路及自动幅度控制电路以确保输出振幅平稳的扫频信号， 通过输出控制电

8、路来控制系统的输出。 时标系统用来产生频率标记(简称频标)信号， 以便在示波管荧光屏上确定扫频信号发生器的瞬时频率和扫频宽度。2. 2. 扫频振荡器的工作原理扫频振荡器的工作原理实现扫频振荡的方法很多， 常用的有磁调电感法、 变容二极管法以及微波波段使用的返波管法、 YIG谐振法等。 1) 1) 磁调电感法磁调电感法图3.5-4磁调电感法原理图 L2、 C谐振回路的谐振频率f0为CLf2021 L2为绕在高频磁芯MH上线圈的电感量。 若能用时基系统产生的扫描信号改变L2， 那么也就改变了谐振频率。 由电磁学理论可知， 带磁芯线圈的电感量与磁芯的导磁系数0成正比： L2=m0L (3.5-3)L

9、L02 中，L为空心线圈的电感量。 由于高频磁芯MH接在低频磁芯ML的磁路中， 而绕在ML上的线圈中的电流是交流和直流两部分扫描电流， 如图(b)所示， 因此当扫描电流随时间变化时， 磁芯的有效导磁系数0也随着改变 由此可得：扫描电流的变化就导致了L2及谐振频率f0的变化， 从而实现了“扫频”。CLf2021LL022) 2) 变容二极管法变容二极管法 基本原理： 由 可知， 如果能用扫描信号改变谐振电路中电容量C的大小， 那么也能使谐振频率随之改变。CLf2021图3.5-5变容二极管的特性曲线变容二极管的特性可表示为rDUUCC10j Cj0为变容二极管反向电压为零时的结电容； r为电容变

10、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。 若使用突变结的变容二极管， 则r=1/2， 此时电容为DUUCC10jrDUUCC10j Cj0为变容二极管反向电压为零时的结电容； UD为PN结势垒电压； U为加到变容二极管两端的反向电压。 因此， 用扫描信号电压U反向加于变容二极管， 当U随时间变化时， 电容C也随之改变， 从而也就改变了谐振频率， 获得了扫频信号。DUUCC10j3.5.33.5.3BT-3BT-3型扫频仪型扫频仪1. 扫频仪的主要性能要求扫频振荡器除应具有一般正弦振荡器所具有的工作特性外， 还有下面几个主要的性能要求。(1) 中心频率范围大且可连续调节。 (2) 扫频宽度(频宽)要宽且可任意调节。 (4) 扫描线性度要好。 (3) 寄生调幅要小。2. BT-32. BT-3型频率特性测试仪型频率特性测试仪( (扫频仪扫频仪) ) BT-3型扫频仪主要用来测试宽带放大器、 雷达接收机的高频放大器、 电视接收机等的各通道频率特性， 也可用于鉴频器测试， 是一种较为典型的频率特性测试仪。 BT-3型扫频仪主要由扫频信号发生器、 频率标尺、 显示装置及电源等四部分组成图3.5-7BT-3型扫频仪的面板图 BT-3BT-3型扫频仪的主要技术性能如下：型扫频仪的主要技术性能如下：(1) 中心频率： 在