第二章信号源

1、第二章信号源第二章 信号源正弦信号发生器的主要技术特性低频信号发生器高频信号发生器第二章信号源 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，都需要能产生提供测试用电信号的装置，统称为信号发生器，或者称为信号源。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。除了在电子测量中，信号发生器在其他领域也有广泛应用，例如：机械部门的超声波探伤，医疗部门的超声波诊断频谱治疗仪等。一、信号发生器的用途第二章信号源1.用作激励源用信号发生器产生的信号作为某些电子设备的激励信号。2.用作信号仿真 在电子设备的测量中，常需要产生模拟实际环境相同特性的信号，如干扰信号等，这时可利

2、用信号发生器产生模拟干扰信号，对电子设备进行仿真测量。 3.用作校准源 高级信号发生器产生的一些标准信号，可用于对一般的信号源进行校准或比对。 第二章信号源 1. 按用途分类 按用途分可分为专用信号发生器和通用信号发生器。二、信号发生器的分类专用：专门为一个或几个专门的目的而设计的仪器。通用：是指为测量一个或者多个电参数的仪器。第二章信号源 2、按频率范围分类 按输出信号的频率范围划分，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频和超高频信号发生器，见下表。第二章信号源 表2.1 信号发生器按频率范围分类名称 频率范围主要应用领域超低频信号发生器0.0001Hz1kHz电声学低频信号发生器1 Hz

3、1MHz电报通信视频信号发生器20Hz10MHz无线电广播高频信号发生器.200kHz30MHz广播、电报甚高频信号发生器30MHz300MHz电视、调频广播、导航超高频信号发生器300MHz以上雷达、导航、气象第二章信号源3、按输出波形分类 信号发生器按输出波形的不同可分为： 正弦波信号发生器 非正弦波信号发生器 非正弦波信号发生器又包括： 脉冲信号发生器 函数信号发生器 扫频信号发生器等第二章信号源4、其它分类 调节方式：普通、扫频、程控 频率产生：谐振信号、锁相信号、合成。 工作原理：简易、标准、调幅、调频、合成、专用。第二章信号源2.1 正弦信号发生器的主要技术特性 2.1.1 频率特

4、性 频率特性包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度。 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 频率的实际值对其标称值(刻度或标度)的相对偏差。 第二章信号源 3 频率稳定度 在一定时间间隔内，频率源的频率准确度的变化，它表征频率源维持工作于恒定频率的能力。 有长期，短期、瞬间频率稳定度之分。第二章信号源2.1.2 输出特性输出特性包括输出阻抗、输出电平、平坦度和谐波失真。 1 输出阻抗 低频信号发生器中一般有50、600、5k等各种不同输出阻抗。 高频信号发生器一般只有50(或75)一种输出阻抗。 2 输出电平 信号发生器所能提供的

5、最大和最小输出电平调节范围。正弦信号发生器输出信号幅度采用正弦有效值（如V、mVV）度量或用绝对电平(dB)度量。第二章信号源 3 输出失真度标准信号发生器输出失真度在0.1% 0.5%； 普通信号发生器输出失真度在1% 5%。 第二章信号源2.1.3 调制特性 1、对于调幅的要求 包括调幅特性、调幅系数可调范围及稳定度、寄生频偏及外调制时调制频率范围、输入阻抗及要求的调制电压等。 2、对于调频的要求 包括调频特性、频偏范围及稳定度、寄生调幅及外调制时调制频率范围、输入阻抗及要求的调制电压等。 第二章信号源2.2 低频信号发生器 2.2.1 基本组成和原理框图 1 低频信号发生器的基本组成 低

6、频信号发生器主要由主振级、缓冲放大器、衰减器、功率放大器、阻抗变换器、指示电压表及稳压电源等电路组成。 第二章信号源2.低频信号发生器的原理框图 图2-1 低频信号发生器的原理框图 第二章信号源（1）主振级 主振级是低频信号发生器的最重要的电路，通常有差频式的频率形成电路和RC文氏电桥正弦振荡电路。 差频式低频信号形成电路的工作原理 如图2-2，其中一个振荡器产生固定频率的高频振荡信号f1，另一个振荡器产生可变频率的高频振荡信号f2，将频率为f1和f2的高频振荡信号同时送入混频器，混频后的信号有f1、f2、f1+f2、f1f2 等等，可用低通滤波器滤掉其他频率的信号，最后得到差频信号F = f

7、1f2。 第二章信号源 图2-2差频式的频率形成电路 第二章信号源（2）缓冲放大级作用:为了隔离后级对主振级的影响，使主振级工作正常，起到稳定频率，并兼有电压放大的作用，减轻后级功放的负担。（3）衰减器作用:为了适应测试设备的要求，改变输出电压或输出功率大小。衰减器有连续调节和步进衰减。第二章信号源（4）功率放大器作用：为负载提供所需要的功率。 为了充分利用晶体管，其工作电流、电压都接近极限值，所以对功率放大器而言，既要满足输出功率的要求，又要避免晶体管过热，而且非线性失真也要小。功率放大器通常有功放保护电路。第二章信号源（5）阻抗变换器 一般输出阻抗可进行8、10、60、600和5k的切换。

8、（6）指示电压表组成：分压器、限幅器、射极跟随器、检波器、表头校正电路。 指示器用磁电式电流表指示，电压数值与指针的偏转角度成正比，在刻度盘上可直接读数。 第二章信号源图2-5 指示电压表 第二章信号源如图2-5所示，内测：开关可置于“内测”1或2位置，此时测量的为信号发生器输出电压有效值。外测：开关置于“外测”，电压表就可对一般外部电压有效值进行测量。（7）稳压电源 为各部分电路提供正常工作所需的稳定直流电压。第二章信号源2.3 高频信号发生器2.3.1 基本组成和原理框图1.高频信号发生器的基本组成 高频信号发生器是由主振级、调制级、输出级、衰减级、内调制振荡级、检测级和电源等组成。第二章

9、信号源（1）主振级通常采用连续可调的LC振荡器，振荡器由以下三部分组成： 具有选频特性的储能元件。 控制能量补充的反馈控制电路。 用于补充能量的直流电源和有源器件。振荡器的结构按有源器件分为两种：1.四端网络式振荡器有源器件常用晶体三极管、场效应管，为了建立正反馈，必须有反馈电路。振荡频率低于1GHz。第二章信号源2.二端网络振荡器v 有源器件常用单结晶体管、隧道二极管，为了补充能量，有源器件必须工作在负阻区。v 振荡频率高于1GHz。v 为了展宽信号发生器的频率范围，获得较高的频率稳定度和准确度，在主振级后可加入倍频器、分频器、混频器等电路。第二章信号源（2）电调电抗级 电调电抗级是在产生调

10、频信号时需要加入与主振级振荡回路相耦合的电路，用来控制谐振回路电抗的变化来获得调频信号。（3）缓冲放大级 如果在调制级与主振级之间未加入缓冲放大级，就会由于调制级的输入阻抗低，且在调制过程中是变化的，使得振荡级受牵引，影响其频率稳定度和产生寄生调频。 缓冲放大级一般是射极跟随器，它隔离主振级和调制级，稳定主振频率，消除寄生调频，还起放大电压的作用。 第二章信号源（4）调制级v 作用：调制级主要用来完成调幅。v 高频信号发生器通常用平衡调幅器或二极管环型调制器来实现调幅。v 调频有直接调频法和间接调频法。 直接调频法是直接用调制信号控制高频振荡回路的某个电抗元件（如变容二极管），使振荡频率随调制信号的振幅线性变化。a) 间接调频法是利用调频和调相的相互关系，通过调相来实现调频。直接调频法得到的频偏较大，间接调频法频率稳定度较高，但是直接调频法多用于信号发生器。第二章信号源（5）内调制振荡级 用于产生调制信号，一般有400Hz和1kH