1、第七章第七章 測量用信號發生器測量用信號發生器7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 低頻信號發生器低頻信號發生器 7.3 7.3 高頻信號發生器高頻信號發生器7.4 7.4 函數信號發生器函數信號發生器7.5 7.5 脈沖信號發生器脈沖信號發生器7.6 7.6 合成信號發生器合成信號發生器7.1.1 7.1.1 信號發生器的功能信號發生器的功能 測量用信號發生器，通常稱為信號源。測量用信號發生器，通常稱為信號源。 信號發生器可提供符合一定電技術要求的電信號，信號發生器可提供符合一定電技術要求的電信號，其波形、頻率和幅度都是可以調節的，并可準確讀出數其波形、頻率和幅度都是可以調節的，并可準確

2、讀出數值。值。 在電子測量中，信號發生器是最基本、應用最廣泛在電子測量中，信號發生器是最基本、應用最廣泛的測量儀器之一。的測量儀器之一。 信號源的功用信號源的功用輸輸 入入激激 勵勵信信號號發發生生器器被被測測設設備備測測試試儀儀器器輸輸 出出響響 應應信號發生器的功用主要包括以下三方面：信號發生器的功用主要包括以下三方面： 1.1.激勵源激勵源 作為某些電氣設備的激勵信號。作為某些電氣設備的激勵信號。 2.2.信號仿真信號仿真 在設備測量中，常需要產生模擬實際環境在設備測量中，常需要產生模擬實際環境相同特性的信號，如對干擾信號進行仿真。相同特性的信號，如對干擾信號進行仿真。 3.3.校準源校

3、準源 產生一些標準信號，用于對一般信號源進行產生一些標準信號，用于對一般信號源進行校準或比對）。校準或比對）。信號發生器按輸出信號頻率劃分表信號發生器按輸出信號頻率劃分表 3. 3. 按信號發生器的性能分類按信號發生器的性能分類 一般信號發生器：指對其輸出信號的頻率、幅度的準確度和一般信號發生器：指對其輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩定度以及波形失真等要求不高的一類發生器。穩定度以及波形失真等要求不高的一類發生器。 標準信號發生器：指其輸出信號的頻率、幅度、調制系數等標準信號發生器：指其輸出信號的頻率、幅度、調制系數等在一定范圍內連續可調，并且讀數準確、穩定、屏蔽良好在一定范圍內連續可調，并且

4、讀數準確、穩定、屏蔽良好的中、高檔信號發生器。的中、高檔信號發生器。 振蕩器：是信號發生器的核心部分，它產生不同頻率的信號。振蕩器：是信號發生器的核心部分，它產生不同頻率的信號。變換器：用來完成對主振信號進行放大、整形及調制等工作。變換器：用來完成對主振信號進行放大、整形及調制等工作。輸出電路：為被測設備提供所需要的輸出電平或信號功率。輸出電路：為被測設備提供所需要的輸出電平或信號功率。指示器：用以監視輸出信號。指示器：用以監視輸出信號。電源：為儀器各部分提供所需的工作電壓。電源：為儀器各部分提供所需的工作電壓。信號發生器結構框圖信號發生器結構框圖信號輸出信號輸出調制器調制器振蕩器振蕩器變換器

5、變換器輸出電路輸出電路電電 源源指示器指示器波段式低頻信號發生器組成框圖波段式低頻信號發生器組成框圖功率功率輸出輸出（低阻抗）（低阻抗）主主振振器器緩沖緩沖放大器放大器輸輸出出衰衰減減器器輸出輸出指示器指示器電平電平調節器調節器功率功率放大器放大器阻抗阻抗變換器變換器電壓輸出高阻抗）電壓輸出高阻抗）（1 1波段式波段式1. 1. 主振器主振器012fRC0113()1=1F,03FFjRCRCRC 0令，則當時10 ,360 .AF 相移（2 2差頻式差頻式差頻式低頻信號發生器組成框圖差頻式低頻信號發生器組成框圖輸出輸出固定頻率固定頻率振蕩器振蕩器可變頻率可變頻率振蕩器振蕩器混頻器混頻器濾波放

6、大濾波放大衰減器衰減器 差頻信號發生器由可變頻率振蕩器f1和固定頻率振蕩器f2通過混頻器產生兩者差頻信號f0=f1-f2 ，再經過低通濾波器濾除混頻器輸出中含有的高頻分量，再經放大衰減輸出，得到所需要的低頻信號。 其最大的優點是頻率覆蓋范圍大，容易做到整個低頻段內頻率可連續調節而不用更換波段，且輸出電平也比較平穩。 缺點是電路復雜，頻率穩定性和波形較差，特別是f1與f2接近時，極易產生干擾，這樣也就很難獲得較低的差頻輸出。 隔離后級電路對主振隔離后級電路對主振電路的影響，保證主電路的影響，保證主振頻率穩定，一般采振頻率穩定，一般采用射源極跟隨器用射源極跟隨器或運放組成的電壓跟或運放組成的電壓跟

7、隨器。隨器。電壓放大的目的：使主振電壓放大的目的：使主振級的輸出電壓達到預定技級的輸出電壓達到預定技術指標，要求頻帶寬、諧術指標，要求頻帶寬、諧波失真小、工作穩定等。波失真小、工作穩定等。調節電位器在調節電位器在不同位置，實不同位置，實現連續調節現連續調節調節波段開關調節波段開關S處處不同檔位，均可不同檔位，均可使衰減器輸出不使衰減器輸出不同的電壓，實現同的電壓，實現步進調節步進調節輸出輸出主振級主振級波波段段選選擇擇頻頻率率細細調調緩沖級緩沖級調制級調制級輸出級輸出級內調制振蕩器內調制振蕩器監測器監測器外調制外調制輸入輸入高頻信號發生器原理框圖高頻信號發生器原理框圖可變電可變電抗器抗器FMA

8、M內內外外電源電源來調整振蕩頻率。來調整振蕩頻率。u ut to o（a a矩形波矩形波u ut to o（b b鋸齒波鋸齒波u ut to o（c c階梯波階梯波u ut to o（d d鐘形脈沖鐘形脈沖u ut to o（e e數字編碼序列數字編碼序列 常見的脈沖信號常見的脈沖信號輸出輸出脈寬，上升脈寬，上升/ /下降沿控制下降沿控制主振級主振級外同步外同步 放大放大延遲級延遲級脈沖形成脈沖形成輸出級輸出級同步脈沖輸出同步脈沖輸出外同步外同步 輸入輸入同步脈沖輸出同步脈沖輸出脈沖信號發生器組成原理脈沖信號發生器組成原理調節脈沖重復頻率調節脈沖重復頻率頻率合成的方法直接模擬頻率合成法DAFS

9、）直接數字頻率合成法DDS）間接鎖相式合成法倍頻環分頻環混頻環%100ooofffff%100minmaxofffmaxmin0100%ffSf222231100%nUUUU 正弦信號發生器的輸出在理想情況下應為單一頻率的正弦正弦信號發生器的輸出在理想情況下應為單一頻率的正弦波，但由于信號發生器內部放大器等元器件的非線性，會使輸波，但由于信號發生器內部放大器等元器件的非線性，會使輸出信號產生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率外，還有其出信號產生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率外，還有其它諧波分量。它諧波分量。 通常用信號失真度來評價低頻信號發生器輸出信號波形接通常用信號失真度來評價低頻信號發

10、生器輸出信號波形接近正弦波的程度，并用非線性失真系數表示：近正弦波的程度，并用非線性失真系數表示： 式中，式中，U1U1為輸出信號基波有效值，為輸出信號基波有效值，U2U2，U3U3，UnUn為各次為各次諧波有效值。諧波有效值。2222322212100%nnUUUUUU由于由于U2U2，U3U3，,Un,Un比比U1U1小的多，也可用下式表示小的多，也可用下式表示： 一般低頻正弦信號發生器的失真度為一般低頻正弦信號發生器的失真度為0.1%0.1%1%1%，高檔正弦，高檔正弦信號發生器失真度可低于信號發生器失真度可低于0.005%0.005%。 對于高頻信號發生器，這項指標要求較低，作為工程測

11、量對于高頻信號發生器，這項指標要求較低，作為工程測量用儀器，其非線性失真小于等于用儀器，其非線性失真小于等于5%5%，即以眼睛觀察不到明顯的，即以眼睛觀察不到明顯的波形失真即可。波形失真即可。20lg(80100)snUdBU越越小越好注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻小越好注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗抗匹配問題。另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮阻抗匹匹配問題。另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮阻抗匹配配問題）問題）的條件下標定的條件下標定的，若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸的，若負載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的出電壓的讀數是不準

12、確的。讀數是不準確的。 輸出電平包括輸出電平范圍和輸出電平準確度。輸出電平包括輸出電平范圍和輸出電平準確度。 輸出電平范圍是指輸出信號幅度的有效范圍，也就是信號輸出電平范圍是指輸出信號幅度的有效范圍，也就是信號發生器的最大和最小輸出電平的可調范圍，通常采用有效值來發生器的最大和最小輸出電平的可調范圍，通常采用有效值來度量。度量。 輸出幅度可用電壓輸出幅度可用電壓V V、mVmV、uVuV和分貝和分貝dBdB、dBmdBm兩種兩種方式表示。方式表示。 輸出電平準確度一般由電壓表刻度誤差、輸出衰減誤差、輸出電平準確度一般由電壓表刻度誤差、輸出衰減誤差、0dB0dB準確度等確定，溫度及供電電源的變化也會導致輸出電平準確度等確定，溫度及供