第三章 信号发生器

第三章 信号发生器
思考题与习题
3.1 信号发生器的常用分类方法有哪些？按照输出波形信号发生器可以分为哪些类？ 答：（1）按频率范围分类； （2）按输出波形分类；
（3）按信号发生器的性能分类。

其中按照输出波形信号发生器可以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可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。

3.2 正弦信号发生器的主要技术指标有哪些？简述每个技术指标的含义？ 答：正弦信号发生器的主要技术指标有：
（1）频率范围
指信号发生器所产生信号的频率范围； （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； （3）频率稳定度
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
（4）失真度与频谱纯度
通常用信号失真度来评价低频信号发生器输出信号波形接近正弦波的程度，对于高频信号发生器的失真度，常用频谱纯度来评价；
（5）输出阻抗 （6）输出电平
输出电平指的是输出信号幅度的有效范围； （7）调制特性
是否能产生其他调制信号。

3.3 已知可变频率振荡器频率f 1＝2.4996~
4.5000MHz ，固定频率振荡器频率f 2=2.5MHz ，若以f 1和f 2构成一差频式信号发生器，试求其频率覆盖系数，若直接以f 1构成一信号发生器，其频率覆盖系数又为多少？ 解：因为差频式信号发生器f 0= f 1－f 2
所以输出频率范围为：400Hz ～2.0000MHz 频率覆盖系数3
01055000Hz
400MHz 0000.2⨯=
＝＝k
如果直接以f 1构成一信号发生器，则其频率覆盖系数
8.1.4996MHz
2MHz 5000.40
≈='k
3.4 简述高频信号发生器主要组成结构，并说明各组成部分的作用？ 答：高频信号发生器主要组成结构图如下图所示：
（1）主振级 产生具有一定工作频率范围的正弦信号，是信号发生器的核心。

（2）缓冲级
主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级可能产生的不良影响，以保证主振级（3 （4
3.5 C 的变化范围为
解：=
k 而k =
n 由MHz 8pF
2002121
max
min ==
L LC f π
π
＝
，所以H 979.10μ=L
相邻波段的电感值满足： 2
1k L L n
n =-，所以可以计算得出
H 495.01μ=L
H 124.02μ=L
H 031.01μ=L
高频信号发生器原理框图
输出
3.6 简述脉冲信号发生器的主要组成部分及主要技术指标？ 答：脉冲信号发生器的组成框图如下图所示：
脉冲信号发生器具有如下主要技术指标：能输出同步脉冲及与同步脉冲有一定延迟时间的主脉冲；延迟时间可调；主脉冲的频率可调、脉宽可调、极性可切换，且具有良好的上升时间、下降时间，以及较小的上冲量。

3.7 简述各种不同类型的函数发生器特点及作用？ 答：
（1 （2
3.8 答：
（1（2（3） 3.9 解：而∑k 84.7334
.0477.24
.29.0lg 300lg 9.0lg lg ≈==
⨯=
=
∑k
k n
3.10 简述合成信号源的的各种频率合成方法及其优缺点。

答：合成信号源的的各种频率合成方法主要有模拟直接合成法，数字直接合成法和锁相环频率合成法。

模拟直接合成法特点：虽然转换速度快（μs 量级），但是由于电路复杂，难以集成化，因此其发展受到一定限制。

数字直接合成法：基于大规模集成电路和计算机技术，尤其适用于函数波形和任意波形的
脉冲信号发生器的基本组成
主脉冲
信号源，将进一步得到发展。

但目前有关芯片的速度还跟不上高频信号的需要，利用DDS 专用芯片仅能产生100MHz 量级正弦波，其相位累加器可达32位，在基准时钟为100MHz 时输出频率分辨力可达0.023Hz ，可贵的是这一优良性能在其它合成方法中是难以达到的。

锁相环频率合成法：虽然转换速度慢（ms 量级），但其输出信号频率可达超高频频段甚至微波、输出信号频谱纯度高、输出信号的频率分辨力取决于分频系数N ，尤其在采用小数分频技术以后，频率分辨力大力提高。

3.11 简述直接数字频率合成原理，试设计一个利用微处理器产生任意波形发生器的方案，并讨论如何提高任意波形的频率？
答：
D/A 器。

（1（2（33.12（1）f 0（2）f 0（3
解：由图可知：
（1）3011f f f N -=
2
32100
N f f =
图3.37 题3.12图
所以100
22110f N f N f +
= （2）1000~5601=N
6000~50002=N
MHz KHz KHz
KHz f f f 650.55650100
1500010560100
500056021min 0==⨯+
⨯=+
=
MHz
KHz KHz
KHz f f f 060.1010060100
16000101000100
6000100021max 0==⨯+
⨯=+
= （3）因为N1和N2均可改变，但f0表达式中，N2的系数小，所以N2变化1得到的f0
解：（a ）
m
f n f r 0=
，所以n
m f f r =
0，步进
max
n f r
（b ）1
0N f f P
f rH
r -=
，所以rH r f P
N f f +=
1，步进max
P f r
（c ）设VCO1输出频率为f 1，则1
11N f f r =，111N f f r =，
2
022
110N f f N f r =
+，2211222
11222
1010
)10(
)10(
N f N f N f N N f N f N f f r r r r r +=
+=+=
)1000~720(10010
)
1100~1000(10kHz kHz f +=
MHz kHz kHz f L 1.7272010010
1000
10=⨯+⨯=
MHz kHz kHz f H 11.100100010010
1100
10=⨯+⨯=
步进
Hz kHz 10010
1
1=⨯
3.14
为主要部件，试设计一个正弦波发生器，如果要求波形点数（1
（2（3）（4解：（1
（2b 192.8=
所以D/A 位数为8位。

（3）由题意两个数据之间的时间间隔为10μs ，一个周期1000个点，所以T ＝10μs ×1000＝0.01s ，即f ＝100Hz
（4）提高输出频率的措施有：采用存取速度快的存储器，采用转换速度快的D/A ，减少一个周期波形的点数。

3.15 AD9850 DDS 中如果时钟频率f c =125MHz ，相位累加器宽度N =32位，频率控制字k=0100000H ，这时输出频率为多少？ 解：k=0100000H ，所以A 20＝1，因为DDS ：
Hz
MHz A f A f A f A f A f f c c c c c out 578125.305172
1252
2
2
2
2
12
2012
032
131
302
311
==
=
+
+
⋅⋅⋅++
=
30.518KHz
=
3.16 高频信号源输出等效电路如图3.39所示。

问信号源输出幅度指示刻度是什么值？当R H =R i ；R H =∞；R H ≠R i 三种情况下，输出电压各为多大？将此信号源直接加到示波器上校验
幅度，结果将会如何？
当R H =R i 当R H = 当R H ≠R i R H <R i 抗。