信号发生器.

第 3章
信号发生器
本章要点
测量用信号发生器，通常称为信号源。

信号源的功用、种类和主要性能指标 通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用 合成信号源的组成原理、特性和应用 频率合成技术的发展状况



射频率合成信号发生器（数字调制信号源、矢 量信号源）---新增内容

3.1
信号发生器概述
3.1.1 信号发生器的功用
而可变频率振荡器（相当波段式中一个波段）的频率覆盖系数为
5.1000 k1 1 .5 3.3997
可见，差频式信号发生器的频率覆盖范围大得多。
2. 主振荡器的特点
低频信号发生器中的主振荡器大多都采用文氏桥式振荡器， 其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。
选频网络 0º 放大器 180º 放大器
AM、FM
AM、FM、PM
表3.1 频段的划分
实用频段划
f (Hz) 1T 300G 100G 30G 10G
λ
（λ=C/f，C=3×108m）
极高频 毫米波 微 超高频 厘米波 波 特高频 分米波 米波 短波 中短波 中波 长波 超长波 感 应 加 热 (应用) 超 波 短 波 中 波 通 信 信 电 视
数字矢量信号
通过正交调制（I-Q调制），可以同时传递幅度和相位信息，故称为数字矢量信号源。该内 容将在本章3.4节射频信号发生器中介绍。
3.1.3 正弦信号发生器的性能指标
在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛 的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。 1. 频率范围 指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可 由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误 差要求。
3.1.2 信号发生器的分类
专用----电视信号发生器、电平振荡器、误码仪 1. 按用途分 通用----产生正弦:波等通用波形
正弦---脉冲---函数----产生函数通用波形 噪声---t t t
2. 按波形分
t
t
普通----功率大，频率、电压刻度不大准确， 用于天线测试等 3. 按性能分 标准----频率、电压刻度准确，屏蔽好，供计测用
（3.9）
原因① 频率较低时，L、C 数值大，相应的体积、重量也相当 大，分布电容、漏电导等也都相应很大，而品质因数Q值降低 很多，谐振特性变坏，频率调节也困难。而在RC振荡器中， 频率降低，增大电阻容易做到，且功耗也可减小。 原因② 在LC振荡器中 f 0与 LC 成反比，因而同一波段内频率 覆盖系数很小。例如L固定，调节电容C改变振荡频率，设电容 器调节范围为40 pF～450pF，则频率覆盖系数为
C1
180º
U0
A R2 C2 R3
R1
•
振荡条件？ 输出(f0)
R1
文氏桥式振荡器是典型的RC正弦振荡器。其振荡频率决定于 RC式反馈网络的谐振频率，表达式为：
f0
1 2RC
（3.8）
在低频信号发生器中为何不采用较熟悉的LC振荡器呢？这是 因为LC振荡器的频率决定于：
f0
1 2 LC
3.2
通用信号发生器
本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号发生器， 以区别后面介绍的合成信号发生器。 课程特点
基础课讲部件、单元电路如振荡器、放大器等单元 模拟电路
专业课讲系统、整机的组成的框图原理、特点及实例
例：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展， 但框图原理未变。
天线 高放 混频器 中 放 检 波 低 放 功放
高频信号发生器主振级的LC振荡器，通常是固定电感L，通过改变电容C 来调整振荡频率。但这时频率覆盖范围是有限的，可通过下式进行估算：
f max k f min
1 2 LCmin Cmax 2~3 1 Cmin 2 LCmax
....
C L1
Ln
பைடு நூலகம்
L2
图3.4 LC回路
例3.1 XFC-6型高频信号发生器f =4 MHz～300MHz， 试问应划分几个波段？
1.作激励源 作为某些电气设备的激励信号。 2.信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特 性的信号，如对干扰信号进行仿真。 3.校准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准 （或比对）。
信 号 发 生 器 被 测 设 备 测 试 仪 器
输 入 激 励
输 出 响 应
图3.1 信号源的功用
谐振----由频率选择回路控制正反馈 产生振荡。 4. 按频率产生办法分 合成----由基准频率通过加、减、乘、 除组合一系列频率。 5. 按频率范围分 频段 低频 高频 微波 频率范围 1Hz~1MHz 1MHz~1GHz 1GHz~100GHz 主振电路 RC 电 路 LC电路 磁控管、体效 应管、…… 调制方式 无
300 n lg k n lg k k 75 k k 4 lg k lg 75 1.87 （3.10） n 7.35 8 lg 0.9k lg1.8 0.254
上式中0.9k的含义是让单回路覆盖系数取小—些，这里取k=2， 以保证各波段能衔接覆盖。该例算出n=8，即要划分8个波段。 这时相邻波段的电感值可按下式计算。
脉冲信号
U
输出的脉冲信号可按需要设置其重复频率、脉冲宽度、占空比、上升及下降时间等参数。 脉冲信号有的还有双脉冲输出。
0 t
数字信号
可按编码要求产生0/1逻辑电平（多为TTL或ECL电平），也称数据发生器、图形或模式发 生器。通常是具备多路数字输出的。
噪声信号
提供随机噪声信号，具有很宽的均匀频谱。常用于测量接收机的噪声系数或调制到高频、 射频载波上作干扰源。
Ln1 k2 Ln
（3.11）
2)缓冲级 它主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级。 3)调制级 标准调制：F=1000Hz m=30% 为了测试各种接收机的灵敏度和选择性等性能指标，必须用已 调制正弦信号作为测试信号，这个任务在调制级中完成。调制 的方式主要有调幅、调频和脉冲调制。调幅多用于 100kHz～ 35MHz的高频信号发生器中，高频信号发生器中的调幅，一般 采用正弦调制。调频主要用于30MHz～1000MHz信号发生器 中，还有线性扫频。脉冲调制多用于300MHz以上的微波信号源中 4)输出级 输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压达到μV 数量级。输出电平的调节范围宽，衰减量应能准确读数，有良 好的频率特性，在输出端有准确且固定的输出阻抗。
50Ω
示波器显示： 200mv
为什么？
50Ω，匹配时 100mv
不匹配时，不确知。示波器输入 不匹配时，不确知。示波器输入 阻抗高约1MΩ，故显示 阻抗高约1MΩ，故显示
200mv
200mv 信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波 200mv 有效值标定的。 7.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AM信号和调频 FM信号，有些还带有调相和脉冲调制PM等功能
3.2.2 高频信号发生器
1. 高频信号发生器的组成原理
可 变 电抗器 缓冲级 AM 监测器 输出级 输出
主振级
FM
调制级
电源
内调制 振荡器
内 外
外调制输入
若语音调制则成小电台
图3.4 高频信号发生器原理框图
标准调制：F=1000Hz
m=30%
l)主振级 主振级通常是LC三点式振荡电路，产生具有一定工作频率 范围的正弦信号。 三点式振荡器
2.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

f f0 f0
f 100% f0
（3.1）
3. 频率稳定度
频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率 稳定度来保证的。频率稳定度是指其它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。按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和 长期频率稳定度。
信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若 负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不 准确的。
6. 输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定 的信号发生器的最输出电压和最大输出功率在其衰减范围内所 得到输出幅度的有效范围。
讨论： 信号源输出： 100mv
波形示意图
主
要
特
性
正弦波是电子系统中最基本的测试信号，频率从µHz至几十GHz。大多信号源都具备正弦 波输出。
函数信号
通常包含正弦波、方波、三角波三种，有的还包含锯齿波、脉冲波、梯形波、阶梯波等波 形，频率从几Hz至上百MHz。
扫频信号
频率可在某区间有规律地扫动，多为用锯齿波进行线性扫频。多数扫频源是以正弦波扫频， 也有以方波、三角波扫频。还有非线性的对数扫频。
t
高频信号发生器用频谱纯度
f
A
US Un
US 20lg 80 ~ 100dB Un
f
5. 输出阻抗 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω（或1kΩ） 功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、 150Ω、600Ω和5 kΩ等档 高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω档。
f max k f min
（3.7）
以通信中常用的某电平振荡器（实际上就是低频信号发生器） 为例，f1=3.3997MHz～5.1000MHz，f2=3.4000MHz，则 f0=300Hz～1.7000MHz。比较一下频率覆盖系数
1.7000 MHz k0 6 10 3 300 Hz
f max C max 450 k 3 f min C min 40