电子测量信号发生器ppt课件

1、第三章 信号发生器第一节 信号发生器概述l 在研制、消费、适用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需求有信号源。由它消费不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被测器件、设备上，用其他丈量仪器察看、丈量被测者的输出呼应，以分析确定他们的性能参数测试信号发生器输入鼓励被测设备输出呼应测试仪器l 这种提供色是用的电信号的安装，统成为信号发生器，用在电子丈量领域也成为测试信号发生器。和示波器、电压表、频率计等仪器一样信号发生器是电子丈量领域中最根本、运用最广泛的一类电子仪器。除了电子技术尤其是电子丈量，信号发生器在其他领域也有广泛运用。二、信号发生器的分类一、信号发生器的用途l 信号发

2、生器运用广泛，种类型号繁多，性能各异，分类的方法也不尽一致。l 1.按频率范围分类l 安装输出信号的频率范围，有： 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视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30KHz以下30kHz300kHz300kHz6MHz6MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3000MHz电声学、声纳电报通讯无线电广播广播、电报电视、调频、导航雷达、导航、气象l2.按输出波形分类l 根据运用要求，信号发生器可以输出不同波形的信号。以下是集中典型波形：tottoob矩形波a正弦波c锯齿波t(d) 阶梯波te钟形脉冲oot(f) 数

3、字编码脉冲串ol信号发生器可分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器。非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。l3.按信号发生器的性能分类l 按信号发生器的新能目的，可分为普通讯号发生器和规范信号发生器。前者指对其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内延续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器l3. 其他分类方式l 按照运用范围，可分为通用和公用信号发生器例如电声行业中运用的立体声和调频立体声信号发生器为公用信号发生器；l 按照调理方式可分为普听信号发生器、扫频信号发生器和程控信号发生器；l

4、 按照频率产生方法又可分为写真信号发生器、锁置信号发生器及合成信号发生器。三 信号发生器的根本构成 振荡器：是信号发生器的中心部分，由它产生不同频率、不同波形的信号。产生不同频率、不同波形的振荡器原理、构造差别很大。 输出级：其根本功能是调理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。振荡器变换器输出级调制器电源指示器图3.1-3信号发生器原理框图变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形器。普通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，也需求在这部分有调制信号对载频加以调制。而像函数发生器。振荡器输出的是三角波，需求在这里由整形

5、电路整构成方波或正弦波。指示器：用来监视输出信号，可以是电子电压表、功率计、频率计好人调制度表等，有些脉冲信号发生器还附带有简易示波器。电源：提供信号发生器各个部分的任务电源电压。第二节 正弦信号发生器的性能目的l一、频率范围l 指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内即可延续又可由假设干频率段或一些列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误差要求。例如国产XD1型信号发生器，输出信号频率范围为1Hz1MHz，分六档即六个频段 为了保证有效频率范围延续两相邻频段间有相互衔接的公共部分即频段重叠。又如HP公司HP-8600C型频率合成器产生的正弦信号的频率范围为10KHz2600MHz，可提供间隔

6、为1Hz总共近26亿个分立频率。l l二、频率准确度l频率准确度是指信号发生器度盘或数字显示数值与实践输出信号频率间的偏向，通常用相对误差表示：l 式中 为度盘或数字显示数值，也称欲调值l 是输出正弦信号频率的实践值。频率准确度实践上是输出信号频率的任务误差。用读盘读数的信号发生器频率准确度约为 。例如协调式XFC-6型规范他信号发生器。其频率准确度优于 ，而一些采用频率合成技术带有数字显示的信号发生器其输出频率具有基准频率晶振的准确度，假设机内采用高稳定度晶体振荡器，输出频率的准确度可到达 。f000010100ffff1%5 .0%1 . 01010108l三、频率稳定度l 频率稳定度目的

7、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干涉调值变化的大小。按照国家规范，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在恣意15min内锁发生的最大变化，表示为： l l l 式中 为预调频率， 、 分别为15min信号频率的最大值和最小值。频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在恣意3h内多发生的最大变化，表示为：%100 0minmaxffff0fmaxfmin 式中x、y是由厂家确定的性能目的值。也可以用上式表示频率长期稳定度。需求指出，许

8、多厂商的产品技术阐明书中，并未按上述方式给出频率稳定度目的四、由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量 在第一章第四节中曾提到丈量仪器的稳定目的，其一为稳定度，其二为影响量。前述规定时间间隔内的频率漂移即稳定度，而由温度、电源、负载变化等外界要素呵斥的频率漂移或变动即为影响量。yHz106x预调频率的l1温度引起的变动量l 环境温度每变化 所产生的相对频率变化，表示为：预调频率的 ，即：l式中t为温度变化值， 为预调值， 为温度改动后的频率值。l 2电源引起的频率变动量l供电电源变化 所产生的相对频率变化，示为l即C10Cx/1060f0f1%10106xCfff/10t10)(6060101

9、010)(60601fff3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引起的相对频率变化，表示为 ，即： 式中 为空载时的输出频率， 为额定负载是的输出频率。 上述温度、电源、负载变动引起的频率变动量，有些厂商的产品技术阐明书中也叫做稳定度，而且大多只对精细信号发生器才给出。106x1010)(61612ffff1f2五、非线性失真系数失真度 正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频率的正弦波，但对于信号发生器内部放大器的元器件的非线性，会使输出信号产生非线性失真，除了所需求的正弦波频率外，还有其他谐波分量。人们通常用信号频谱纯度来阐明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性是真

10、系数y表示：式中 为输出信号基波有效值， 、 、 为各次谐波有效值。由于 、 、 等较 小的多，为了丈量上的方便，也用下面公式定义y：U2%100122332UUUUnyU1U2U3UnU3UnU2U1普通低频正弦信号发生器的失真度为0.1%1%，高档正弦信号发生器失真度可低于0.005%。六、输出阻抗作为信号源，输出阻抗的概念在“电路或“电子电路课程中都有阐明。信号发生器的输出阻抗使其类型不同而异。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗普通为600或1k，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。高频信号发生器普通仅有50或75档。当运用高频信号发生器时，

11、要特别留意阻抗的匹配。%1002223122332UUUUUUnnyl七、输出电平l 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品规范规定的信号发生器的最大输出电压和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。例如XD-1低频信号发生器的最大电压输出为1Hz1MHz，5V，最大功率输出为10Hz700KHz50、75、150、600，4W。l 在图3.1-3信号发生器框图的输入级中普通都包括其目的是获得从微伏级V到毫伏级mV的小信号电压。例如XD-1低频信号发生器的最大信号电压为5V，经过080dB的步进衰减输出，可获得500V的小信号电压。在

12、信号发生器的新能目的中，l就包括“衰减特性这一目的，主要指衰减范围和衰减误差。l 和频率稳定度目的类似，还有输出信号幅度稳定度及平坦度目的。幅度稳定度是指信号发生器经规定时间预热后，在规定时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的先对变化量l 例如HG1010信号发生器稳定度为0.01%/h。平坦度分别指温度、电源、频率等引起的输出幅度变动量。运用者通常主要关怀幅度随频率变化的情况，想静态“点频法丈量兴隆器的幅频特性时就如此。现代信号发生器普通都有自动电平控制电路ALC，可以是平坦度坚持在1dB以内，即幅度动摇控制在10%以内，例如XD8B超低频信号发生器的幅频特性为3%。 八、调制特性 高频信号发

13、生器在输出正弦波的同时，普通还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下都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。当调制信号有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展调制时，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所不可短少的仪器。 本节开场时曾经指出，评价信号发生器的性能目的不止上述各项，这里仅就最常见的重要工程作了概括引见。由于运用目的、制造工艺、任务机理等诸方面要素。各类信号发生器的性能目的相差是很悬殊的，因此价钱相差也就越大。所以在选用信号发生器时，必需思索合理性和经济性。 第三节、低频信号发生器l 低频信

14、号发生器是信号发生器大家族中一个非常重要的组成部分，在模拟电子线路与系统的设计、测试和维修中获得广泛运用，其中最明显的一个例子是收音机、电视机、有线广播和心想设备中的音频放大器。现实上，“低频就是从“音频20Hz20KHz的含义演化而来，由于其他电路测试的需求，频率向下向上分别延伸至超低频和高频段。如今普通“低频信号发生器是指1Hz1MHz频段，输出波形以正弦波为主，或兼有方涉及其他方式的发生器。l一低频信号发生器l 1.低频信号发生器主要性能目的l 通用信号发生器的主要性能目的：l 频率范围为1Hz1MHz延续可调；l 频率稳定度0.10.4%h；l 频率准确度12%；l 输出电压010Vl

15、 输出功率0.55W延续可调；l 非线性失真0.11%l 输出阻抗可为50、 75、 150、 600、 5k。l l2. 低频信号发生器组成框图l 通用低频信号发生器的组成框图如以下图所示。图a仅包括电压输出，负载才干弱。图b除包括电压输出外，另有功率输出才干。主振器电压放大器 输 出 衰减器稳压电源电压表a电压放大器输出衰减器功率放大器阻抗变换器电压输出功率输出主振器稳压电源指示电压123s b电压输入 图 3.3-1 低频信号发生器框图l3.通用通用RC振荡器振荡器l 低频信号发生器中产生的震荡信号图低频信号发生器中产生的震荡信号图3.3-1中中主振器的方法有多种。在通用信号发生器中，主

16、振主振器的方法有多种。在通用信号发生器中，主振器通常运用器通常运用RC震荡其，而其中运用最多的当属文氏桥震荡其，而其中运用最多的当属文氏桥振荡器。振荡器。l 图3.3-2给出了文氏桥式网络及其传输函数的幅频相频特性。我们简要分析其任务原理。在图a中 是网络的输入电压， 是输出电压， 为R、C串联阻抗， 为R、C并联阻抗，那么网络输出函数式中UiU0Z1Z2)1(31)(2111CRCRjjNZZZUUo)(31)(310000ffffjjRCRCf21,100 l由3.3-1得到传输函数的幅频特性 和相频特性 l 分别为：l 和 分别示于图3.3-2中b、c可以看出:l 当 或 时，输出信号与

17、输入信号一样，且此时传输函数模最大 )(N)(222001)()(3jNN3/)(00arctg)(N)(RC/10RCff2/10) 3/1)()(max0NNl假设输出信号 后续接放大倍数 的同相放大器普通由两级反向放大器级联实现，那么就可以维持 或者 的正弦振荡，而由于RC网络的选频特性，其他频率的信号将被抑制。l 但是，放大倍数 的放大器是不稳定的，同时由于文氏桥电路的选频特性很差，放大器增益不稳，不但会引起振荡振幅变化，还会呵斥输出波形失真。因此，总是运用高增益的二级放大器加上负反响，使得在维持振荡期间总电压增益为3，这样就构成了图3.3-3所示的文氏桥振荡电路。图中负温度系数热敏电

18、阻 和电阻 就构成了电压负反响电路。热敏电阻 的阻值随环境温度升高或流过的电流添加而减小，当由于各种缘由引起输出电压增大时，由于该电压也直接接在 、 串联电流，流过 的电流也随之添加而导致 阻值l U03)(/10NKV0RCff2/103KVRtRfRtRfRtRtRt 降低，负反响加大，放大器总增益降低，使输出电压减小，到达稳定输出信号振幅的目的，而在振荡器起振阶段由于 温度低，阻值大，负反响小，放大器实践总增益大于3，振荡器容易起阵Rtl 由式3.3-2可知，改动电阻R和电容C数值可调理振荡频率。可以运用同轴电阻器改动电阻R进展粗调，使得换挡时频率变化10倍，而用改动双联通州电容C的方法

19、在一个波段内进展频率细调。图3.3-4是XD-2型低频信号发生器中的RC振荡器部分电路。l 在上边的分析中，没有思索放大器的输入电阻 和输出电阻 的影响， 和 对RC网络的影响如图3.3-5所示，由图不难看出，应使 尽能够大而 尽能够小。为此实践振荡电路中放大器输入级经常采用场效应管，以提高输入阻抗 ，输出时加接射极跟随器，以降低输出阻抗 。l 假设仅提供电压输出，那么RC振荡器后加接电压放大器即可，如图3.3-3中 。假设要求功率，l如图3.3-1b所示RiR0RiR0RiR0RiR0A2l4、XD-1型低频信号发生器型低频信号发生器 l 由于低频信号发生器运用非常广泛和频繁，我们以由于低频

20、信号发生器运用非常广泛和频繁，我们以XD-1型低频信号发生器为例，引见其主要技术目的和型低频信号发生器为例，引见其主要技术目的和简要运用方法。简要运用方法。l 1主要技术目的主要技术目的l频率范围：频率范围：1Hz1MHz，分成，分成1Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz六个频段六个频段六档六档l频率漂移：预热频率漂移：预热30min后，第一小时内，后，第一小时内，档，档，0.4%；档，档，0.2%；档，档，0.1%，其后，其后7小时内，小时内， 档，档，0.8%；档，档，0.4%；档，档，0.2%。l频率特性输出信号幅频特性：电压输出频率特性输出信号幅频特性：电压输出5V；最

21、大功率输出，10Hz700KHz50、75、150、600，10Hz200KHz5k，4w。非线性失真：电压输出，20Hz20KHz，0.1%;功率输出，20Hz20KHz，0.5%。衰减器：电压输出， 1Hz1MHz衰减80dB0.15dB;功率输出， 10Hz100KHz衰减80dB3dB， 100KHz700KHz衰减80dB3.5dB交流电压表：5V、15V、50V、150V四档5%电压表输入阻抗、电容：100k，50pF。电源：220V10%，50Hz，50VA。l2运用l参考图3.3-7所示XD-1低频信号发生器框图l频率选择：根据所需频段按下“频率范围按钮，然后再用按键开关上面的

22、“频率调理1、2、3旋钮按照十进制原那么进展细调。内侧外侧交流电压表文氏桥RC振荡器衰减器功率放大器衰减器输出匹配变压器直流稳压电源维护功能电路电压输出功率输出电压输出：用电缆直接从“电压输出插口引出。经过调理输出衰减旋钮和输出细调旋钮，可以得到较好的非线性实战0.1%、较小的电压输出200V和小点呀下较高的信噪比。最大电压输出5V，输出阻抗随输出衰减的分贝数而变化。为了保证衰减的准确性及输出波形不变坏，电压输出端钮上的负载应大于5K。 功率输出：降功率开关按下，用电缆直接从功率输出插口引出。为了获得大功率输出，应思索阻抗匹配，适中选择输出阻抗。当负载为高阻抗，且输出频率接近低高两端，即接近1

23、0Hz或几百KHz时，为保证有足够的功率输出，应将面板右侧“内负载键按下，接通内负载。过载维护；刚开机时，过载维护指示灯亮，约56s后熄灭，表示进入任务形状。假设负载阻抗过小，过载指示灯会再次闪亮，表示曾经过载，机内过载维护电路动作，此时应加大负载阻抗值即减轻负载，使灯熄灭。l交流电压表：该电压表可做“内侧与外侧。丈量开关拨向“外侧时，它作为普通交流电压表丈量外部电压大小，当开关拨向“内侧时，它作为信号发生器输出指示，由于它位于输出衰减器之前，因此实践输出电压应根据电压表指示值与输出衰减分贝数按表3.3-1计算 衰减dB值电压衰减倍数 衰减dB值电压衰减倍数103.16601000201070

24、31603031.6801000040100903160050316表 3.3-1l二、超低频信号发生器二、超低频信号发生器l 超低频信号发生器实践上仍属于低频信号超低频信号发生器实践上仍属于低频信号发生器，只是输出此他好频率低端较普通低频信发生器，只是输出此他好频率低端较普通低频信号发生器更低一些，通常将能产生号发生器更低一些，通常将能产生1Hz以下频率以下频率的信号源称为超低频信号发生器，目前超低频信的信号源称为超低频信号发生器，目前超低频信号发生器的频率低端可低于号发生器的频率低端可低于 l 。l 这类信号发生器主要用于自动控制系统的这类信号发生器主要用于自动控制系统的测试，在电子丈量仪

25、器的门类划分中，并不把超测试，在电子丈量仪器的门类划分中，并不把超低频信号发生器单列一类，我们仅出于从产生低低频信号发生器单列一类，我们仅出于从产生低频振荡的方法不同思索，将其单独列出加以表达，频振荡的方法不同思索，将其单独列出加以表达，其实这些产生低频振荡的方法，有时也用在普通其实这些产生低频振荡的方法，有时也用在普通低频信号发生器中。除了输出信号频率范围往低低频信号发生器中。除了输出信号频率范围往低端延伸外，超低频信号发生器和普通低频信号发端延伸外，超低频信号发生器和普通低频信号发生器技术目的根本一样。下面我们主要引见产生生器技术目的根本一样。下面我们主要引见产生低频振荡的几种常用方法低频

26、振荡的几种常用方法Hz108l1、用积分器构成的超低频信号发生器、用积分器构成的超低频信号发生器l1运算放大器及其理想化模型运算放大器及其理想化模型l 图图3.3-8a中虚框内表示运算放大器，中虚框内表示运算放大器，b中虚框内部分为其等效电路，其中中虚框内部分为其等效电路，其中 为运算放大器为运算放大器以后简称运放输入电阻，以后简称运放输入电阻，A为运放开环放大系数，为运放开环放大系数，图中图中 、 为构成为构成l 实践放大器的反响电阻。由于电子技术的开展，如今实践放大器的反响电阻。由于电子技术的开展，如今运放的性能可以到达很高，比如输入电阻运放的性能可以到达很高，比如输入电阻 和开环放和开环

27、放大倍数大倍数A可分别到达可分别到达 及及 甚至更高。输出电甚至更高。输出电压收到偏置直流电压限制，普通在压收到偏置直流电压限制，普通在-15V+15V范围内，范围内，当运放任务在线性区时，当运放任务在线性区时， ，由此可推算出，由此可推算出 在在几个微伏带几十微伏之间，相比输入电压几个微伏带几十微伏之间，相比输入电压 几十毫几十毫伏伏几伏小到可以忽略，在由于几伏小到可以忽略，在由于Ri 很大，因此流入运很大，因此流入运放放RiR1R2101086101085uuiA2uiu1Ri 的电流i更是小于 以下。为了便于分析，无妨就近似以为： ， 输入电阻、开开环放大系数分别近似以为 这样就得到图3

28、.3-8中c的理想化运放模型。A1080ui0iARi,l如今运用理想化运放模型分析图3.3-9中三个电路的功能。图a中 (虚开路)， ， 虚短路，所以l因此图a所示电路具有比例乘法、除法功能。在图b中 虚开路，而 ， l 虚短路所以l 假设取 ，由上式成为 l 由式3.3-8、3.3-9可见图b电路具有加法或比例与加法功能。在图c中，同样思索虚开路、虚短路的理想化条件，可以得到ii21iRu111iRu222RRiRiRuu12112212iii12112iRu111111iRu121212iRu222RURURu1212111122RRR12112UUU12112 l由式3.3-10，可以

29、看到c图电路具有积分功能，积分是常数由R、C决议，假设在积分区间 为常数U，那么输出电压 为l 由上面的分析可以得出结论，由于运放反响通路的构成不同，它可以具有乘、除、加、减、积分、微分等运算功能，运算放大器就因此而得名。l2用运放构成的超低频信号发生器l 仍思索图3.3-9c积分电路和式3.3-10，当输入 为角频率 的正弦函数时， 也为同频率正弦函数，用向量表示有l 或者ii21iRu11dttRCdttCdttCuiiu1122111u2 tu1 tu2UUjRC121RCjUUK112 tu1URCtu23.3-123.3-113.3-10l即积分器产生 相移，增益为 。假设用两级积分

30、器并联在反响环路中加接一个反相器 ，如图3.3-10a那么环闭增益l或者当l时，环闭增益 ，这正好是维持振荡的相位和振幅条件，也就是说图3.3-10a电路可产生频率为式3.3-14所表示的正弦振荡。在实践振荡器中，为了调理方便，构造简单，普通取 ， ，并在两级积分器前各加一个由同轴电位器构成的分压电路，分压比均为如图3.3-10b所示不难得出其振荡频率为2/RC/11KCCRRK212121CCRR212101CCRRff21210211KRRR21CCC21RCRCf2,00 3.3-153.3-143.3-13l实践振荡器中，用改动R、C的方法改动频段，改动进展频率细调。图3.3-9 运算

31、放大器的运算功能l2、函数信号发生器、函数信号发生器l在低频或超低频信号发生器的家族中，还有一种被在低频或超低频信号发生器的家族中，还有一种被称为函数信号发生器，简称函数发生器，它在输出正弦称为函数信号发生器，简称函数发生器，它在输出正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不同的测试需求。函数发生器的根本任务波形，以满足不同的测试需求。函数发生器的根本任务原理是现有积分电路和触发电路产生三角波和方波，然原理是现有积分电路和触发电路产生三角波和方波，然后经过函数转换器例如二极管整形网络将三角波整后经过函数转换器例如二极管整形

32、网络将三角波整构成方波。图构成方波。图3.3-11是函数发生器的原理图，图中由双是函数发生器的原理图，图中由双稳态触发器，比较器稳态触发器，比较器、和积分器构成方涉及三角波和积分器构成方涉及三角波振荡电路，然后由二极管整形网络将三角波整构成正弦振荡电路，然后由二极管整形网络将三角波整构成正弦波。其简要任务原理如下：波。其简要任务原理如下：l设开场任务时，双稳 输出端电压为-E，经过电位器P分压，设分压系数 ，根据式3.3-11，积分器输出端D点电位随时间t正比上升l当经过时间 ， 上升到 时，比较器输出触发脉冲使双稳态电路翻转， 端输出电压为E并输入给积分器，那么积分器输出端D点电位为l再经过

33、时间 ， 下降到 时，比较器输出触发脉冲使双稳态电路再次翻转， 端重新输出-E，如此周而复始，在 端产生周期性方波，在积分器输出端产生三角波。假设比较器QT1uDUmQRRR212tRCEuD tRCEuD3.3-163.3-17T2uDUmQQ Ql、正负比较电平完全一样，那么得到的将是完全对称的方波和三角波。假设改动积分器正向、反向积分时间常数，比如用二极管替代电阻R，由式3.3-16、3.3-17可以看到， 到达+ 和- 各自所需时间 将不等于 ；从而可以产生锯齿波和不对称方波，上 述情况下函数发生器的波形如图3.3-12所示。UmUmT1T2 uDl将对称三角波转换为正弦波的原理如图3

34、.3-13a所示。正弦波可看成是由许多斜率不同的直线段组成,只需直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好地接近正弦波形，斜率不同的直线段可由三角波经电阻分压得到各段相应的分压系数不同。因此，只需将三角波 经过一个分压网络，根据 的大小改动分压网络的分压系数，便可以得到近似的正弦波输出。二极管整形网络就可实现这种功能，我们用图3.3-13b所示的二极管整形网络来阐明其任务原理。图中 、 、 l及- 、- 、- 等为由正负电源+E和-E经过分压电阻 、 、 分压得到的不同电位和各二极管串联的电阻 、 、 、 及 都比 、 、 、 大得多，因此他们的接入不会影响 、 、 等值。uiE1E2E3E1

35、E2E3R7R8R14R1R2R6R0R7R8R14E1E2 uil开场阶段 ，二极管 全部截止，输出电压 等于输入电压 ； 阶段， l二极管 导通，此阶段 等于 经过 和 l分压输出， 上升斜率减小；在 阶段，l此时 、 都导通， 等于 经 和l分压输出，上升斜率进一步减小；当 即 后，l 、 、 全部导通， 等于 经 和l分压输出，上升斜率最小；当到达 后 逐渐减小，二极管 、 、 依次截止， 下降斜率又逐渐增大完成正弦波的正半周近似；负半周情况类似，通常将正弦波一个周期分成22段或26段，用10个或12个二极管组成整形网络，只需点亮参数选择的合理、对称，可以得到非线性失真小于0.5%的波

36、形良好的正弦波Eutti11,DD61u0uittt21EuEi21D3u0uiR0R3u0ttt32 EuEi32D3D2u0uiR0RR32/Eui3tt3D3D2D1u0ui R0RRR123/tt/3uiD1D2D3u0 l图3.3-14为XD8B超低频信号发生器框图它由积分电路、比较电路、正弦波成形电路、功率放大器、衰减器、及稳压电源等部分组成。l 比较器把恒定的正负极性电位6V交替地送到积分器去积分而得到三角波，三角波又反响到比较器是她交替翻转，构成振荡环路，从及den器得到三角波，从比较器得到方波。三角波经过由10只二极管组成的电阻网络和缓冲放大器组成的正弦折线成形电路变换成正弦

37、波。假设将二极管并接在积分电阻R上由于二极管正、反向电阻的宏大差别而使正负积分时间常数不同，可以获得锯齿波和脉冲信号。l 方波、三角波、正弦波、等七种波形经过功率放大器输出，输出幅度可经过衰减器调理。由式3.3-16、3.3-17可以看到，正反向积分时间 、 与RC成正比，与成反比，而周期 ，因此，振荡频率那么与RC成反比，与成正比，通常可用改动R或C的方法改换频段，调理分压系数来进展频段内频率细调。T1T2TTT21 lXD8B可以产生方波、三角波、正弦波、锯齿波、正负极性的矩形脉冲等七种波形的信号，同时具有 和l 双相输出；频率范围为0.01Hz100KHz；最大输出电压为15V，分15V

38、、1.5V、150mV、15mV四档，延续可调；正弦波失真1%；方波上升时间0.3s；正弦波幅度稳定度0.3%/h0o180o l3、数字合成低频信号发生器、数字合成低频信号发生器l 用用RC文氏桥振荡器以及以积分器为根底的函数发生器，文氏桥振荡器以及以积分器为根底的函数发生器，突出的优点是电路简单。但频率准确度及稳定度较差，突出的优点是电路简单。但频率准确度及稳定度较差，非线性失真较大，而且输出信号的幅频特性不太平坦。非线性失真较大，而且输出信号的幅频特性不太平坦。数字合成低频信号发生器可以有效地提高上述性能目的。数字合成低频信号发生器可以有效地提高上述性能目的。这种仪器中，正弦波由阶梯波合

39、成，如图这种仪器中，正弦波由阶梯波合成，如图3.3-15所示，所示，而阶梯波的构成石油存贮在制度存贮器而阶梯波的构成石油存贮在制度存贮器ROM中的中的数字信息经数模转换器数字信息经数模转换器D/A构成的图构成的图3.3-16是基于是基于这种方法的数字合成低频振荡器方框图，我们简要分析这种方法的数字合成低频振荡器方框图，我们简要分析其任务原理。设要产生的正弦波其任务原理。设要产生的正弦波为为 ，l 周期周期T=1/f，我们把它的每个周期平均分成，我们把它的每个周期平均分成 p个区间，个区间，每个区间间隔为每个区间间隔为 ，在每个，在每个 区间内，区间内， 的的值看做不变的常数，即以为当值看做不变

40、的常数，即以为当 时时ut=u0；l 时时fttUum2sin)(pTT/T)(tuTTt2TUufttm2sin)( Tt ,0l等等，即在 区间l 由于l 所以l 通常正弦信号峰值电压恒定，比如 ，这样我们可以用32个字节8比特的存贮器ROM来存贮i等于不同数值的电压 或 ，最小分辨率为1mV。TTiti) 1(TUuifttm2sin)(TpTf11)(2sin)(iupitUum mVUm225)(tu)(iu 时TTt32TUufttm22sin)(l由于正弦信号四个象限内数值的对称性，一个周期分成p=128等份，只需32个独立的数值，因此用32个字节的ROM存贮数据就够了。由式3.

41、3-19看出，输出信号的频率取决于 ，改动 即可等到不同的输出频率，这经过图3.3-16中的晶体振荡器和分频器实现。由分频器输出的计数脉冲周期为 设晶体振荡器振荡频率为 ，分频系数为q那么输出信号频率l图3.3-16中加/减5位二进制计数器、RS触发器、检测器等构成ROM的地址译码器，根据译出地址从ROM中取出相对用的幅度值是数字量，经过模-数转换器转换成模拟电压，配合以相应的倒像电路，构成3.3-15所示的阶梯波，再经低通滤波器加以“平滑，即滤除阶梯波中的高次谐波，得到正弦波输出。TTTffqpTp011l这种方法的主要优点包括：输出频率准确度高，根本上等于机内晶体振荡器的频率准确度和稳定度

42、。由于各区间的振幅值以数字方式存于ROM中不会改动，加上如今数-模转换器性能稳定，因此输出信号的幅频特性很好输出信号的非线性失真很小，可低于0.1%。l三、低频信号产生器的开展现状三、低频信号产生器的开展现状l由于需求的广泛和电子技术的开展，低频信号发生器的由于需求的广泛和电子技术的开展，低频信号发生器的性能目的不断得到提高，表性能目的不断得到提高，表3.3-2列出了当前国外、国列出了当前国外、国内有代表性产品的主要性能目的。表中所列的频率合成内有代表性产品的主要性能目的。表中所列的频率合成器也是低频信号发生器中的重要一类，其任务原理将在器也是低频信号发生器中的重要一类，其任务原理将在后面予以

43、引见。后面予以引见。l表表3.3-2性能国 外国 内频率覆盖（美）KH4300A 10Hz10MHzKH4024 0.001Hz110KHzHG 1030 0.1Hz1MHz HG1010 0.001Hz110KHz失真KH4024 0.001%ZN1030 0.003%幅度稳定度KH4024 0.01%/hHG1010 0.01%/h其他功能KH4024 快速稳幅 ， 双相输出HG1010 快速稳幅 ， 双相输出0o90o0o90o(1)通用RC振荡器主要性能目的性能国外（美）Wavetek178国内ee1631频率覆盖波形种类正弦、三角、锯齿、方波、半三角、半锯齿、调幅、直流正弦、三角、锯

44、齿、方波、脉冲、调幅、调频、TTL其他功能连续线性、对数扫描、频标输出、相位调制、门控、触发等连续线性、对数扫描、频标输出、相位调制、门控、触发等l函数发生器的主要性能目的MHzHz50106 MHzHz401053l3频率合成器性 能国 外国 内频率覆盖美 HP3325A DC21MHzHP3335 200Hz80MHzPO-17 0.1Hz50MHz失 真HP8904A -66dBDF1412 -45dB频率精度HP3335A /天 Po-17 /天105910510第六节、脉冲信号发生器 一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲具有脉动和冲击的含义，脉冲信号通常指脉冲具有脉动和冲击的含义，脉冲信号

45、通常指继续时间较短的特定变化规律的电压或电流信号。继续时间较短的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、常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形、数字编码序列等参见图数字编码序列等参见图3.1-2，其中最根本的，其中最根本的脉冲信号是矩形脉冲信号，如图脉冲信号是矩形脉冲信号，如图3.6-1所示。下面所示。下面就以矩形脉冲为例，引见表征脉冲信号的主要参就以矩形脉冲为例，引见表征脉冲信号的主要参数：数：脉冲幅度 ：定义为脉冲波从底部到顶部之间的值。脉冲上升时间 ：定义为脉冲波从0.1 上升到0.9 所阅历的时间，也叫脉冲前沿。脉冲下降时间 ：定义为脉冲波从0.9

46、 下降到0.1 所阅历的时间，也叫脉冲后沿。脉冲宽度：即脉冲的继续时间，普通指脉冲前、后沿分别等于0.5 时相应的时间间隔。平顶降落 ：表征脉冲顶部不能坚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。脉冲过冲：脉冲过冲包括上冲和下冲。上冲指上升超越顶值 以上所呈现的突出部分，如图3.6-1a中b；下冲是指下降边超越底值以下所呈现的向下突出部分，如图3.6-1a中ftrtfUUmUmUmUmUmUmUm脉冲周期和反复频率：周期性脉冲相邻两脉冲之间的时间间隔称为脉冲周期，用 表示，脉冲周期的倒数称为反复频率，用f 表示，如图3.6-1b中所示。脉冲的占空系数 ：脉冲宽度 与脉冲周

47、期 的比值称为占空系数或空度比 3.6-1国际电工委员会于1974年公布了IEC469-1号规范脉冲技术与仪器的第一部分：脉冲术语及定义和IEC469-2号规范脉冲技术与仪器规范的第二部分：脉冲丈量与分析的普通思索两个规范文件，规范中给出了一致的、数学上严密的而且通用的脉冲及其丈量技术的术语和定义见13第二章本书仍采用目前国内较通用的一些规范和术语。二、脉冲信号发生器分类二、脉冲信号发生器分类 脉冲信号发生器是专门用来产生脉冲波形的信号源，脉冲信号发生器是专门用来产生脉冲波形的信号源，是电子丈量仪器中的一个重要门类。脉冲信号发生器广泛是电子丈量仪器中的一个重要门类。脉冲信号发生器广泛运用于电子

48、丈量系统以及数字通讯、雷达、激光、航天、运用于电子丈量系统以及数字通讯、雷达、激光、航天、计算机技术、自动控制等领域。它可用于测试视频放大器、计算机技术、自动控制等领域。它可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、宽带电路的振幅特性、过渡特性，逻辑元件的开关速度、数字电路研讨以及示波器的检定与测试等。数字电路研讨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，脉冲信号发生器可按照用途和产生脉冲的方法不同，脉冲信号发生器可分为通用脉冲发生器、快沿脉冲发生器、函数发生器、数分为通用脉冲发生器、快沿脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲信号发生器及特种脉冲发生

49、器等。字可编程脉冲信号发生器及特种脉冲发生器等。 通用脉冲发生器是最常用的脉冲发生器，其输出脉冲通用脉冲发生器是最常用的脉冲发生器，其输出脉冲频率、延迟时间、脉冲继续时间、脉冲幅度均可在一定范频率、延迟时间、脉冲继续时间、脉冲幅度均可在一定范围内调理，普通输出，脉冲都有围内调理，普通输出，脉冲都有“+“-两种极性，有些两种极性，有些产品还具有前、后沿可调、双脉冲、群脉冲、闸门、外触产品还具有前、后沿可调、双脉冲、群脉冲、闸门、外触发发等功能。像国外的HP8080A，频率达1000MHZ，前、后沿小于300ps，国内也已消费出频率达500MHZ，前后沿小于100ps的通用脉冲发生器。 快沿脉冲发

50、生器以快速前沿为其特征，主要用于各类电路瞬态特性测试，特别是测试示波器的瞬态呼应。国内小幅度5V快沿脉冲发生器前沿可小于60ps，大幅度50V快沿脉冲发生器的前沿可小于1ns。 函数信号发生器在前面已有过引见，由于它普通可输出多种波形信号，因此已成为通用性极强的一类信号发生器。但作为脉冲信号源，当前主要问题是上限频率不够高50MHZ左右，前、后沿也难提高，不能完全取代通用脉冲信号发生器。 数字可编程脉冲信号发生器是随着集成电路技术、微处置器技术开展而产生的一代新型脉冲发生器，普通带有GPIB接口，可编程控制，使之进入自动测试系统。 特种脉冲信号发生器是指那些具有特殊用途，对某些性能目的有特定要

51、求的脉冲信号源，如稳幅、高压、精细延迟等脉冲发生器以及功率脉冲发生器和数字序列发生器等。三、脉冲信号发生器的构造 1、根本脉冲信号发生器 一台根本的脉冲信号发生器，由图3.6-2中主要单元构成，XC-15型及XC-20型脉冲信号发生器采用了这种构造，可输出频率、脉冲宽度可调的正、负极性矩形脉冲。图中各单元功能如下： 1主振级：该单元是脉冲信号源的中心震荡源，普通采用恒流源射级耦合自激多谐振荡器产生矩形波，调理振荡器中电容和钳位电压可进展振荡频率粗调频段和细调。也可采用正弦振荡、限幅放大和积分电路等构成主振级。 2脉冲构成级：脉冲构成级主要由延时单元和脉冲构成单元构成。延时单元将主振级送出的信号

52、转换成构成单元所需的延时脉冲，如XC15型脉冲发生器中采用电子延迟电路，用一积分器对主振级送来的脉冲信号进展积分，待积分电压值增大到一定值时，使其中一稳压管导通，输出一个延时脉冲。构成级单元在延时脉冲作用下，构成宽度准确、波形良好的矩形脉冲，脉冲宽度可在该级进展独立调理。通常采用单稳态触发器作为脉冲构成电路。 3输出级：通常包括有脉冲放大器、倒相器等，输出信号的幅度、极性在输出级进展调理。 XC-20型脉冲信号发生器采用上述根本构造，性能目的为：频率范围3KHz200MHz；延迟时间2.5ns100us；脉冲宽度2.5ns100us；输出幅度150mV5V；前、后沿1.5ns；输出波形有正、负

53、矩形脉冲，正、负倒置矩形脉冲，直流偏置-1V+1V；有外触发输入端和手动单次脉冲触发。2、前后沿可调理的脉冲信号发生器 除矩形脉冲外，有时还需求其他波形的脉冲信号如梯形、三角形、锯齿形等，这些信号可用改动矩形脉冲的前后沿宽度来实现，如图3.6-3所示。因此在前面所述的根本脉冲发生器中，添加相应的脉冲前后沿调理电路，即可获得不同波形的脉冲信号输出。图3.6-4是XC-14型脉冲信号发生器的原理框架图，和XC-13、XC-19等型号一样，XC-14属于通用脉冲信号发生器门类。下面简要引见其任务原理，各单元电路的输出波形图在图3.6-5中。 图3.6-4中外触发电路、自激多谐振荡器、延迟电路构成触发

54、脉冲发生单元。延迟电路和前述延时级的电路方式及延时调理方法一样，输出波形c比自激多谐振荡器或外触发脉冲信号a延迟了 时间，b波形表示a信号进展积分并与一比较电平 相比较产生延迟脉冲的过程。 图3.6-4中积分调宽电路、比较整形电路和相减电路构成脉冲构成单元。积分调宽电路和比较整形电路的作用与前述延迟电路类似，构成比信号c延时 的脉冲e，而后信号c、e共同作用在相减电路上输出窄脉冲f，调理积分器电容C和积分器中恒流源可以使 在10ns1000us间延续可变。 极性变换电路、前后沿调理电路、输出电路构成脉冲输出单元。极性变换电路实践上是一个倒相器，用开关K选择输出脉冲的正、负极性。前后沿调理电路和

55、延迟电路d1中积分器原理类似，调理积分电容C和被积恒流源来调理脉冲前后沿，可使输出脉冲变换为矩形、梯形、三角形、锯齿形，以供不同的需求。输出电路是由两极电流放大器构成的脉冲放大器，能保证在50 负载上获得波形良好的脉冲输出。输出脉冲的幅度和直流偏置电平也在该级进展调理。 XC-13、XC-14和XC-19型脉冲信号发生器是目前国内运用较普遍的通用型脉冲信号源，表3.6-1列出了其主要性能目的，以供参考。性能指标XC-13AXC-14AXC-19A频率范围100Hz10MHz1KHz50MHz300Hz30MHz延迟范围30ns3000s10ns1000s15ns1000s脉冲宽度30ns300

56、0s10ns1000s15ns1000s前后沿时间10ns1000s4ns300s5ns300s输出波形正负脉冲、正负倒置脉冲直流偏置-1V+1V连续可调正负脉冲、正负倒置脉冲直流偏置-1V+1V连续可调正负脉冲、正负倒置脉冲直流偏置-1V+1V连续可调输出幅度200mV5V连续可调200mV5V连续可调200mV5V连续可调外触发有有有单词触发手动手动手动表 3.6-13、多用信号源 在前面表达的脉冲信号源分类中包括函数发生器，实践上它是一种多用信号源，在一些要求不高的场所，这种“一机多用而价钱不高的信号源还是很受欢迎的。图3.6-6给出了XD-11型多用信号源的框图。 和前面脉冲信号源不同

57、，这里首先由文氏桥振荡器产生正弦振荡，在正弦波单元缓冲、放大由按键开关K选择输出。后面各单元的功能在框图中已有阐明，不在赘述。四、脉冲信号源的运用四、脉冲信号源的运用 在第一章在第一章1.3节丈量方法分类中，我们曾按被丈量性节丈量方法分类中，我们曾按被丈量性质将丈量分为频域、时域、数据域和随机丈量。随机丈量质将丈量分为频域、时域、数据域和随机丈量。随机丈量又称统计丈量。已超出本书范围。数据域丈量将在第十章又称统计丈量。已超出本书范围。数据域丈量将在第十章予以引见。频域丈量本质上就是系统正弦稳态特性的丈量，予以引见。频域丈量本质上就是系统正弦稳态特性的丈量，包括系统的幅频特性、相频特性。在正弦丈

58、量中，最重要包括系统的幅频特性、相频特性。在正弦丈量中，最重要的信号源就是正弦信号发生器见图的信号源就是正弦信号发生器见图3.5-1，最常用的，最常用的丈量仪器是电子电压表点频法丈量时或扫频仪扫频丈量仪器是电子电压表点频法丈量时或扫频仪扫频法丈量时。正弦丈量可以全面准确地确定被测系统的特法丈量时。正弦丈量可以全面准确地确定被测系统的特性。不过如前面所述，点频丈量费时费事，扫频法丈量用性。不过如前面所述，点频丈量费时费事，扫频法丈量用的扫频仪又很昂贵，而且正弦丈量不能直观地表征系统的的扫频仪又很昂贵，而且正弦丈量不能直观地表征系统的瞬态呼应特性。时域丈量恰在这方面有其突出的优点。时瞬态呼应特性。时域丈量恰在这方面有其突出的优点。时域丈量的原理表示图域丈量的原理表示图3.6-7.图中脉冲信号源输出方波等脉图中脉冲信号源输出方波等脉冲信号施加于被测系统，用示波器观测系统的输出波形冲信号施加于被测系统，用示波器观测系统的输出波形为便于分析比较，通常运用双踪示波器以便同时显为便于分析比较，通常运用双踪示波器以便同时显示输入和输出波形，即可非常直观地获得被测系统的瞬态呼应特性，而且可边调试电路边进展观测，这是正弦点频法所不及的。虽然从实际上讲，系统的频率特性和瞬态呼应特性间有一一对应的关系，但经过丈量结果从频率特性推断出瞬态呼应