电子测量技术基础3—信号发生器知识课件

3.校准源
校准源用于对一般信号源进行校准（或比对），有时称为标准源
信号发生器的分类
按输出波形分类 按输出频率范围分类 按调制类型 按信号产生方式
标准信号源
按输出波形分类
按输出信号波形的不同，主要有正弦信号发生器 和非正弦波信号发生器。
非正弦波信号发生器又包括：函数（波形）信号 发生器、脉冲信号发生器和噪声信号发生器等。
实际应用中，正弦信号发生器应用最广泛。函数 信号发生器也比较常用，因为它不仅可以输出多种波 形，而且信号频率范围也较宽且可调。脉冲信号发生 器主要用来测量脉冲数字电路的工作性能
按输出频率范围分类
按调制类型
按调制方式不同，主要有调幅(AM)、调频(FM)、 调相及脉冲调制(PM)信号发生器。
按信号产生方式
3.2 信号发生器的性能指标
信号发生器的技术指标较多，针对信号发生器的用途不同，其技 术指标也不相同。主要有：
1.频率特性
常用以下4项技术指标来描述信号发生器的频率特性。 （1）有效频率范围：各项指标均能得到保证的输出频率范围。 （2）频率准确度：是指输出信号频率的实际值f与其标称值f0的 相对偏差。其表达式为
RC文氏电桥振荡器工作原理：
图中的传输函数为：
H
j vo
vi
3
1
j(RC 1 ) RC
3
1
j
0
0
1
3
j
f f0
f0 f
当 ff0 2 1 R C 时 ， H (j ) 1 3 。 所 以
当后接的放大器的电压放大倍数为Av ≥ 3， 就满足了振荡器起振的幅值条件AF≥1。 可以维持频率 f=f0时的等幅正弦振荡
（3）调制系数的有效范围：调幅系数的范围为0~80%;调频 的频偏通常不小于75kHz。
（4）调制系数的准确度：一般优于10%。 （5）调制线性度：一般在1%～5%的范围内。 （6）寄生调制：寄生调制是指不加调制时，信号载波的残 余调幅、残余调频；或调幅时有感生的调频、调频时有感生的 调幅。通常寄生调制应低于－40dB。 以上各项技术指标主要是对正弦信号发生器而言的，至于函 数发生器、合成信号发生器、任意波形发生器等还有其他相应 的技术指标，以后再予叙述。
1.三角波产生电路 利用恒流源对电容器充电
可以获得正斜率的斜波。
同理，利用恒流源将电容 器上储存的电荷放掉（放电） 可以获得负斜率的斜波，三 角波的产生就基于这个原理。
如果满足|I2|=|I1|=I， 则有频率关系式
由上式可以得到如下几点结论：
（2）输出电平准确度：一般在±3%～±10%的范围内。 （3）输出电平稳定度和平坦度：输出电平稳定度是指输出电平 随时间变化的情况，而平坦度是指调节频率时输出电平幅度的变化 情况。例如HP8640B的平坦度为±0.5dB。 （4）输出阻抗：低频信号发生器的输出阻抗有50Ω、600Ω、 5000Ω三种，而高频信号发生器则为50Ω或75Ω两种。使用高频信 号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。
图中运放接为同相放大器的形式， 其增益为：
Av 1Rt /Rf
㎡ 当某种原因，使得： 1，输出幅度增加 -> 2, 流过Rt电流增大 -> 3, Rt电阻减小 -> 4, 电路增益减小 -> 5, 幅度减小，完成稳幅
选频网络实际电路：
选频网络的实际电路
1.2电压放大器
电压放大器兼有隔离和电压放大的作用。隔离是为了不使后 级电路影响主振器的工作；放大是把振动器产生的微弱振荡信号 进行放大，使信号发生器的输出电压达到预定的技术指标，要求 其具有输入阻抗高、输出阻抗低（有一定的带负载能力）、频率 范围宽、非线性失真小等性能。一般采用射极跟随器或运放组成 的电压跟随器。
第三章 信号发生器
掌握要点： 1.了解信号发生器的分类与性能指标等 2.掌握文氏桥及低频信号发生器的工作原理 3.掌握函数信号发生器的工作原理及使用方法 4.了解锁相信号发生器及合成信号发生器的工作原理
3.1 概 述
信号发生器又称信号源，它能够产生不同频率、不同幅度 的正弦信号、AM/FM等调制信号以及方波、三角波、锯齿波、 正负脉冲信号等，其输出信号的频率、幅度、调制度等参数均 可按需要进行调节。信号发生器使用灵活，广泛应用在试验、 测量、校准以及维修领域。
低频信号发生器
由于被测对象的性质不同就需要不同频段的信号发生器。 几乎所有的电子实验、测量和维修都需要低频信号发生器。 低频信号发生器用来产生频率范围为1Hz～1MHz的低频 正弦信号、方波信号、三角波信号和其他波形信号。 低频信号发生器以其多功能、宽量程的特点广泛应用于 模拟电路的设计、测试和维修中。
该电路的振荡频率f0为
f0 2
1 R1C1R2C2
文氏电桥振荡器
图中R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，它跨接于放大器的输入端 和输出端之间，形成正反馈，产生正弦振荡，振荡频率由选频网络 中的元件参数决定。Ａ为两级放大器，完成同相放大。
一般取R1= R2 、C1=C2则有：
f0
1
2 RC
由上式可见，调节R的大小可以改变输出信号的频率，调节C 也可以改变频率。通常R用于细调频率，C用于粗调频率范围。
U12 U22 U32 ...Un2
2.输出特性
（1）输出电平调节范围：低频和高频信号发生器的输出电平通 常用电压电平表示，微波信号发生器则用功率电平表示。电平表示 的方法可用电压，也可用分贝表示。一般输出电平并不高，但调节 范围较宽，可达107。例如，HP8640B输出电平范围为+19dB～145dB。
C2
0
-+0-
0
A2
0
0
u2 R1
W1 K1u2
C1
+- 0
-
0
A1 0
0
R3
R3
0
-+0 0
-u1 A3
0
0
Δ微分方程：
d2 dt
u1
2
0
2u1
0
u1
02
K1 • R1C1
K2 R2C 2
Δ微分方程的解：
u1Usm i n0t()
Δ用同轴电位器改变K1、K2进 行频率细调，用波段开关换接电 阻R或电容C进行频率细调。 由于RC取值较大，只能产生超 低频的正弦信号。
1.3输出衰减器 输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，通常分
为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，也称细调；步 进调节由电阻分压器实现，并以分贝值为刻度，也称粗调。
1.4电压表 输出电压表用来指示输出电压或输出功率的幅度，或对外部
信号电压进行测量，可以是指针式电压表、数码LED或LCD电压 表。
有谐振法和合成法信号发生器等等。
AWG5000高性能任意波形发生器
AWG5000任意波形发生器为复杂多变的混合信号生成 提供理想的解决方案。AWG5000提供模拟和数字信号混合 输出性能,允许在一台仪器上同时生成数字和模拟I/Q和IF。
AFG3000任意波形 / 函数发生器系列
AFG3000任意波形 / 函数发生器系列具有12种标准波形、 任意波形功能以及信号衰减选项，可满足广泛的应用需求。
高频信号发生器的组成
高频信号发生器的组成如图所示。一般包括主振级、缓冲级、 调制级、内调制振荡器、输出级、监测器等部分。
外调制输入 振荡器
调制信号源 外 K内
放大器调制器
调制度计 输出级
电源
电子电压表
振荡器采用LC振荡器,一般改变L粗调,改变C进行细调
1
f0 2 LC
UCC
Rb1 C
L1
L2
Cb R
（4）非线性失真和频谱纯度：
实际中，信号发生器不易产生理想的正弦波。
通常，用非线性失真来表征低频信号发生器输出波形的好坏， 约为0.1%～1%；
用频谱纯度表征高频信号发生器输出波形的质量。频谱不纯 的主要来源为高次谐波和非谐波。 非线性失真系数定义为
U22 U32 ...Un2
U1
或 U22U32...Un2
目前函数发生器输出信号的重复频率可达50MHz以上，还 具有检测数字电路用TTL、CMOS逻辑电平输出，占空比调节 等功能。它是科研生产、测试、维修和实验室必备的设备。
函数信号发生器的工作原理 函数信号发生器的原理框图如图所示，
函数信号发生器为了产生各种输出波形，利用各种电路通过函数 变换实现波形之间的转换，即以某种波形为第一波形，然后利用 第一波形导出其他波形。近来较为流行的方案是先产生三角波， 然后产生方波和正弦波等。
输出衰减器电路：
＋
＋
R1
1
2
R2
3 R3
4
C
R 4
U
5
i
R5
6
RP
R6
7
R7 8
－பைடு நூலகம்
R 8
S ＋
Uo
－
2 低频信号发生器的主要性能指标（一般情况）
低频信号发生器的主要工作特性包括以下几项： （1）频率范围：一般为20Hz～1MHz，且连续可调。 （2）频率准确度：±1%～±3%。 （3）频率稳定度：一般0.4%/小时。 （4）输出电压：0～10V连续可调。 （5）输出功率：0.5W～5W连续可调。 （6）输出阻抗：50Ω、75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ等几种。 （7）非线性失真范围：0.1%～1%。 （8）输出形式：平衡输出与不平衡输出。
XDI型低频信号发生器（1Hz-1MHz）
XDI型低频信号发生器的原理框图
电压 放大器
主振器
输出 衰减器
稳压电源
功率 放大器
指示 电压表
电压输出
阻抗 变换器
功率 输出
1
2