電子測量技術（西電版）第6章 測量用信號源ppt課件

1、第6章測量用信號源第第6章丈量用信號源章丈量用信號源6.1 信號源概述信號源概述6.2 信號產(chǎn)生方法及信號發(fā)生器開展趨勢信號產(chǎn)生方法及信號發(fā)生器開展趨勢6.3 頻率合成技術及鎖相頻率合成頻率合成技術及鎖相頻率合成6.4 直接數(shù)字頻率合成技術直接數(shù)字頻率合成技術6.5 頻率合成技術的開展頻率合成技術的開展思索與練習思索與練習第6章測量用信號源6.1信信 號號 源源 概概 述述6.1.1信號源的作用信號源的作用能產(chǎn)生不同頻率、能產(chǎn)生不同頻率、 不同幅度的規(guī)那么或不同幅度的規(guī)那么或不規(guī)那么波形的信號發(fā)生器稱為信號源，不規(guī)那么波形的信號發(fā)生器稱為信號源， 信信號源在電子系統(tǒng)的研制、號源在電子系統(tǒng)的研制

2、、 消費、消費、 測試、測試、 校校準及維護中有著廣泛的運用。準及維護中有著廣泛的運用。 例如在電子丈例如在電子丈量中，量中， 一個系統(tǒng)電參數(shù)的數(shù)值或特性一個系統(tǒng)電參數(shù)的數(shù)值或特性(如電如電阻的阻值、阻的阻值、 放大器的放大倍數(shù)、放大器的放大倍數(shù)、 四端網(wǎng)絡四端網(wǎng)絡的頻率特性等的頻率特性等)必需在一定的電信號作用下必需在一定的電信號作用下才干表現(xiàn)出來。才干表現(xiàn)出來。第6章測量用信號源這時可以借助于信號源， 將其產(chǎn)生的信號作為輸入鼓勵信號， 察看系統(tǒng)呼應的方法進展丈量。 另一方面， 許多電子系統(tǒng)的性能只需在一定信號的作用下才干顯現(xiàn)出來， 如揚聲器， 電視機等。 揚聲器只需在外加音頻信號時才干發(fā)聲

3、， 假設不給電視機外加電視信號， 其屏幕上就不會有圖像。 和示波器、 電壓表、 頻率計等儀器一樣， 信號源是電子丈量領域中最根本、 運用最廣泛的一類電子儀器。 第6章測量用信號源 在其他領域， 信號源也有著廣泛的運用， 例如機械部門的超聲波探傷、 醫(yī)療部門的超聲波診斷、 頻譜治療儀等。 歸納起來， 信號源的用途主要有以下三個方面： (1) 鼓勵源。 在研制、 消費、 運用、 測試和維修各種電子元器件、 部件及整機設備時， 都需求有信號源作為鼓勵信號， 由它產(chǎn)生不同頻率、 不同波形的電壓、 電流信號并加到被測器件設備上， 用其他丈量儀器察看、 丈量被測者的輸出呼應， 以分析確定它們的性能參數(shù)。第

4、6章測量用信號源(2) 規(guī)范信號源。 如規(guī)范的正弦波發(fā)生器、 方波發(fā)生器、 脈沖波發(fā)生器、 電視信號發(fā)生器等。 這些信號一類是用于產(chǎn)生一些規(guī)范信號， 提供應某類設備丈量公用； 另一類是用作對普通訊號源校準， 亦稱為校準源。 第6章測量用信號源(3) 信號仿真。 假設要研討設備在實踐環(huán)境下所遭到的影響， 而又暫時無法到實踐環(huán)境中丈量時， 可以利用信號源給其施加與實踐環(huán)境一樣特性的信號來丈量， 這時信號源就要仿真實踐的特征信號， 如噪聲信號、 高頻干擾信號等。 第6章測量用信號源6.1.2 信號源的分類信號源的分類信號源的運用領域廣泛，信號源的運用領域廣泛， 種類繁多，種類繁多， 性能目性能目的各

5、異，的各異， 分類方法亦不同。分類方法亦不同。 按用途有公用和通用按用途有公用和通用之分；之分； 按性能有普通和規(guī)范信號源之分；按性能有普通和規(guī)范信號源之分； 按調(diào)試按調(diào)試類型可以分為調(diào)幅、類型可以分為調(diào)幅、 調(diào)頻、調(diào)頻、 調(diào)相、調(diào)相、 脈沖調(diào)制及組脈沖調(diào)制及組合調(diào)制信號發(fā)生器等；合調(diào)制信號發(fā)生器等； 按頻率調(diào)理方式可分為掃頻、按頻率調(diào)理方式可分為掃頻、 程控信號發(fā)生器等。程控信號發(fā)生器等。 下面引見幾種主要的分類方法。下面引見幾種主要的分類方法。 第6章測量用信號源按照輸出信號的頻率來分， 大致可以分為6類： 超低頻率信號發(fā)生器， 頻率范圍為0.0011000 Hz； 低頻信號發(fā)生器， 頻率

6、范圍1 Hz1 MHz; 視頻信號發(fā)生器， 頻率范圍為20 Hz10 MHz； 高頻信號發(fā)生器， 頻率范圍為200 kHz30 MHz； 甚高頻信號發(fā)生器， 頻率范圍在30 kHz300 MHz； 超高頻信號發(fā)生器， 頻率在300 MHz以上。 應該指出， 按頻段劃分的方法并不是一種嚴厲的界限， 目前許多信號發(fā)生器可以跨越幾個頻段。 第6章測量用信號源 按輸出的波形可以分為： 正弦波形發(fā)生器， 產(chǎn)生正弦波形或受調(diào)制的正弦信號； 脈沖信號發(fā)生器， 產(chǎn)生脈沖寬度不同的反復脈沖； 函數(shù)信號發(fā)生器， 產(chǎn)生幅度與時間成一定函數(shù)關系的信號； 噪聲信號發(fā)生器， 產(chǎn)生模擬各種干擾的電壓信號。 按照信號發(fā)生器的

7、性能規(guī)范， 可以分為普通的信號發(fā)生器和規(guī)范信號發(fā)生器。第6章測量用信號源規(guī)范信號發(fā)生器的技術目的要求較高， 有的規(guī)范信號發(fā)生器用于為收音機、 電視機和通訊設備的丈量校準提供規(guī)范信號； 還有一類高精度的直流或交流規(guī)范信號源是用于對數(shù)字多用表等高精度儀器或普通訊號源進展校準， 其輸出信號的頻率、 幅度、 調(diào)制系數(shù)等可以在一定范圍內(nèi)調(diào)理， 而且準確度、 穩(wěn)定度、 波形失真等目的要求很高。 而普通訊號源對輸出信號的頻率、 幅度的技術目的要求相對低一些。 第6章測量用信號源6.1.3 信號發(fā)生器的根本組成信號發(fā)生器的根本組成 信號源的種類很多，信號源的種類很多， 信號產(chǎn)生方法各不一信號產(chǎn)生方法各不一樣，

8、樣， 但其根本構造是一致的，但其根本構造是一致的， 如圖如圖6-1所示。所示。 它它主要包括主振器、主要包括主振器、 緩沖級、緩沖級、 輸出級及相關的外部輸出級及相關的外部環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 第6章測量用信號源圖6- 1 信號發(fā)生器的構造框圖第6章測量用信號源主振器： 它是信號源的中心， 由它產(chǎn)生不同頻率、 不同波形的信號。 由于要產(chǎn)生的信號頻率、 波形不同， 其原理、 構造差別很大。 緩沖級： 對主振器產(chǎn)生的信號進展放大、 整形等。 調(diào)制級： 在需求輸出調(diào)制波形時， 對原始信號按照調(diào)幅、 調(diào)頻等要求進展調(diào)制。 輸出級： 輸出級的功能是調(diào)理輸出信號的電平和輸出阻抗， 可以由衰減器、 匹配變壓器以及射

9、極跟隨器等構成。 第6章測量用信號源 指示器： 指示器用來監(jiān)視輸出信號， 可以是電子電壓表、 功率計、 頻率計和調(diào)制度表等， 有些脈沖信號發(fā)生器還附帶有簡易示波器。 運用時可經(jīng)過指示器來調(diào)整輸出信號的頻率、 幅度及其他特征。 通常情況下指示器接于衰減器之前， 并且由于指示儀表本身準確度不高， 其示值僅供參考， 從輸出端輸出信號的實踐特性需求其他更準確的丈量儀表來丈量。 電源： 提供信號發(fā)生器各部分的任務電源電壓。 通常是將50 Hz交流市電整流成直流， 并有良好的穩(wěn)壓措施。 第6章測量用信號源6.1.4 正弦信號發(fā)生器的性能目的正弦信號發(fā)生器的性能目的在各類信號發(fā)生器中，在各類信號發(fā)生器中，

10、正弦信號發(fā)生器是正弦信號發(fā)生器是最普通、最普通、 運用最廣泛的一類，運用最廣泛的一類， 幾乎浸透到一切幾乎浸透到一切的電子學實驗及丈量中。的電子學實驗及丈量中。 其緣由除了正弦信號其緣由除了正弦信號容易產(chǎn)生，容易產(chǎn)生， 容易描畫，容易描畫， 又是運用最廣的載波信又是運用最廣的載波信號外，號外， 還由于任何線性雙口網(wǎng)絡的特性，還由于任何線性雙口網(wǎng)絡的特性， 都可都可以用它對正弦信號的呼應來表征。以用它對正弦信號的呼應來表征。第6章測量用信號源顯然， 由于信號發(fā)生器作為丈量系統(tǒng)的鼓勵源， 那么被測器件、 設備的各項性能參數(shù)丈量的質(zhì)量， 將直接依賴于信號發(fā)生器的性能。 通常用頻率特性、 輸出特性和調(diào)

11、制特性(俗稱三大目的)來評價正弦信號發(fā)生器的性能， 其中包括30余項詳細目的。 不過由于各種儀器的用途不同， 精度等級不同， 并非每類每臺產(chǎn)品都用全部目的進展考核。 另外， 各消費廠家出廠檢驗規(guī)范及技術闡明書中的術語也不盡一致。 這里僅引見信號發(fā)生器中幾項最根本最常用的性能目的。 第6章測量用信號源1. 頻率特性正弦信號的頻率特性包括頻率范圍、 頻率準確度、 頻率穩(wěn)定度三項目的。 (1) 頻率范圍。 頻率范圍指信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號頻率范圍， 該范圍內(nèi)既可延續(xù)又可由假設干頻段或一系列離散頻率覆蓋， 在此范圍內(nèi)應滿足全部誤差要求。 例如國產(chǎn)XD1型信號發(fā)生器， 輸出信號頻率范圍為1 Hz1 MH

12、z, 分六檔, 即六個頻段， 為了保證有效頻率范圍延續(xù)， 兩相鄰頻段間有相互銜接的公共部分, 即頻段重疊。 又如HP公司HP- 8660C 型頻率合成器產(chǎn)生的正弦信號的頻率范圍為10 kHz2600 MHz, 可提供間隔為1 Hz總共近26億個分立頻率。 第6章測量用信號源011100fff(2) 頻率準確度。 頻率準確度是指信號發(fā)生器盤(或數(shù)字顯示)數(shù)值與實踐輸出信號頻率間的偏向， 通常用相對誤差表示 (6- 1)%第6章測量用信號源式中， f0為刻度盤或數(shù)字顯示數(shù)值， 也稱預調(diào)值，f1是輸出正弦信號頻率的實踐值。 頻率準確度實踐上是輸出信號頻率的任務誤差。 用刻度盤讀數(shù)的信號發(fā)生器頻率準確

13、度約為(1%10%)， 精細低頻信號發(fā)生器頻率準確度可達0.5%。 例如調(diào)諧式XFC- 6型規(guī)范信號發(fā)生器， 其頻率規(guī)范優(yōu)于1%， 而一些采用頻率合成技術帶有數(shù)字顯示的信號發(fā)生器， 其輸出信號具有基準頻率(晶振)的準確度， 假設機內(nèi)采用高穩(wěn)定度晶體振蕩器， 輸出頻率的準確度可到達10-810-10。 第6章測量用信號源(3) 頻率穩(wěn)定度。 頻率穩(wěn)定度目的要求與頻率準確度相關。 頻率穩(wěn)定度是指其他外界條件恒定不變的情況下， 在規(guī)定時間內(nèi)， 信號發(fā)生器輸出頻率相對于預調(diào)值變化的大小。 按照國家規(guī)范， 頻率穩(wěn)定又分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(wěn)定度。 頻率短期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預熱時間后

14、， 信號頻率在恣意15分鐘內(nèi)所發(fā)生的最大變化， 表示為 (6- 2)maxmin0100fff%第6章測量用信號源式中， f0為預調(diào)頻率， fmax、fmin分別為恣意15分鐘的信號頻率的最大值和最小值。 頻率長期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預熱時間后， 信號頻率在恣意3小時所發(fā)生的最大變化， 表示為 x10-6+y (6- 3)第6章測量用信號源式中, x、y是由廠家確定的性能目的值， 也可以用式(6-2)表示頻率長期穩(wěn)定度。 需求指出， 許多廠商的產(chǎn)品技術闡明書中， 并未按上述方式給出頻率穩(wěn)定度目的。 例如國產(chǎn)HG1010信號發(fā)生器和(美)KH4024信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度都是0.01

15、%/h，含義是經(jīng)過規(guī)定的預熱時間后， 兩種信號發(fā)生器每小時(h)的頻率漂移(fmax-fmin)與預調(diào)值f0之比為0.01%。第6章測量用信號源有些那么以天為時間單位表示穩(wěn)定度， 例如國產(chǎn)QF1480合成信號發(fā)生器頻率穩(wěn)定度為510-10/天， 而QF1076信號發(fā)生器(頻率范圍10 MHz520 MHz)頻率穩(wěn)定度為5010-6/5 min+1 kHz， 是用相對值和絕對值的組合方式表示穩(wěn)定度。 又如， 國產(chǎn)XD1型低頻信號發(fā)生器通電預熱30分鐘后， 第一小時內(nèi)頻率漂移不超越0.1%f0(Hz)， 其后7小時內(nèi)不超越0.2%f0(Hz)。 第6章測量用信號源 通常， 通用信號發(fā)聲器的頻率穩(wěn)定

16、度為10-210-4， 用于精細丈量的高精度高穩(wěn)定度信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應高于10-610-7, 而且要求頻率穩(wěn)定度普通應比頻率準確度高12個數(shù)量級。 例如XD2型低頻信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度優(yōu)于0.1%，頻率準確度優(yōu)于(13)%。 第6章測量用信號源2. 輸出特性輸出特性目的主要有輸出阻抗、 輸出電平、 非線性失真系數(shù)三項目的。 (1) 輸出阻抗。 作為信號源， 輸出阻抗的概念在“電路或“電子電路課程中都有闡明。 信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。 低頻信號發(fā)生器， 電壓輸出端的輸出阻抗普通為600 (或1 k)， 功率輸出端依輸出匹配變壓器的設計而定，通常有50 ，75 ，150 ，6

17、00 和5 k等擋。 高頻信號發(fā)生器普通僅有50 或75 擋。當運用高頻信號發(fā)生器時， 要特別留意阻抗的匹配。 第6章測量用信號源(2) 輸出電平。 輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍， 即由產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的信號發(fā)生器的最大輸出電壓和最大輸出功率及其衰減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。 輸出幅度可以用電壓(V，mV, V)或分貝表示。 例如XD1低頻率信號發(fā)生器的最大電壓輸出為1 Hz1 MHz5 V， 最大功率輸出為10 Hz700 kHz(50 、 75 、 150 、 600 )4 W。 第6章測量用信號源在圖6- 1信號發(fā)生器框圖的輸出級中， 普通都包括衰減器， 其目的是獲得從微伏級(

18、V)到毫伏(mV)級的小信號電壓。例如XD1型信號發(fā)生器最大信號電壓為5 V， 經(jīng)過080 dB的步進衰減輸出， 可獲得500 V的小信號電壓。 在信號發(fā)生器的性能目的中， 就包括“衰減器特征這一目的， 主要指衰減范圍和衰減誤差， 例如上述XD1型信號發(fā)生器的衰減器特性為：電壓輸出，1 Hz1 MHz； 衰減801.5 dB。 第6章測量用信號源和頻率穩(wěn)定度目的類似， 還有輸出信號幅度穩(wěn)定度及平坦度目的。 幅度穩(wěn)定度是指信號發(fā)生器經(jīng)規(guī)定時間預熱后， 在規(guī)定時間間隔內(nèi)輸出信號幅度對預調(diào)幅度值的相對變化量。 例如HG1010信號發(fā)生器幅度穩(wěn)定度為0.01%/h。平坦度分別指溫度、 電源、 頻率等引

19、起的輸出幅度變動量。 運用者通常主要關懷輸出幅度隨頻率變化的情況。 像用靜態(tài)“點頻法丈量放大器的幅頻特性時就是如此。 現(xiàn)代信號發(fā)生器普通都有自動電平控制電路(ALC)，可以使平坦度堅持在1 dB以內(nèi)， 即幅度動搖控制在10%以內(nèi)，例如XD8B超低頻信號發(fā)生器的幅頻特性小于3%。 第6章測量用信號源(3) 非線性失真系數(shù)(失真度)。 正弦信號發(fā)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(fā)生器內(nèi)部放大器等元器件的非線性， 會使輸出信號產(chǎn)生非線性失真， 除了所需求的正弦波頻率外， 還有其他諧波分量。 人們通常用信號頻譜純度來闡明輸出信號波形接近正弦波的程度， 并用非線性失真系數(shù)表示：

20、(6- 4)222231nUUUU%100第6章測量用信號源2222322212nnUUUUUU式中，U1為輸出信號基波有效值，U2、U3、為各次諧波有效值。由于U2、U3、Un等較U1小得多，為了丈量上的方便，也常用下面的公式定義；(6-5)%100第6章測量用信號源普通低頻正弦信號發(fā)生器的失真度為0.1%1%， 高檔正弦信號發(fā)生器失真度可低于0.005%。 例如XD2低頻信號發(fā)生器電壓輸出的失真度0.1%。 而ZN1030的非線性失真系數(shù)0.003%。 對于高頻信號發(fā)生器， 這項目的要求很低，作為工程丈量用儀器， 其非線性失真系數(shù)5%，以眼睛察看不到波形失真即可。 另外， 人們通常只用非線

21、性失真來評價低頻信號發(fā)生器， 而用頻譜純度來評價高頻信號發(fā)生器， 頻譜純度不僅要思索高次諧波呵斥的失真， 還要思索由非諧波噪聲而呵斥的正弦波失真。 第6章測量用信號源3. 調(diào)制特性高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時， 普通還能輸出一種或兩種以上的已被調(diào)制的信號。 多數(shù)情況下是調(diào)幅信號和調(diào)頻信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制功能。當調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時成為內(nèi)調(diào)制，當調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器時，稱為外調(diào)制。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號發(fā)生器，是測試無線電收發(fā)設備等場所不可短少的儀器。例如， XFC- 6規(guī)范信號發(fā)生器， 就具備內(nèi)、外調(diào)幅，內(nèi)、外調(diào)頻，或進展內(nèi)調(diào)幅時進展外調(diào)頻， 或同時進展外

22、調(diào)幅與外調(diào)頻等功能。而像HP8663這類高檔合成信號發(fā)生器，同時具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等功能。 第6章測量用信號源評價信號發(fā)生器的性能目的不止上述各項， 這里僅就最常用的最重要的工程作了概括引見。 由于運用目的、 制造工藝、 任務機理等諸方面的要素， 各類信號發(fā)生器的性能目的相差是很懸殊的， 因此價錢相差也就很大， 所以在選用信號發(fā)生器的時候(選用其他丈量儀器也是如此)，必需思索合理性和經(jīng)濟性。 以對頻率的準確度要求為例，當測試諧振回路的頻率特性、 電阻值和電容損耗角隨頻率變化時，僅需求110-2110-3的準確度，而當測廣播通訊設備時， 那么要求10-510-7的準確度，顯然，兩種場

23、所應中選用不同檔次的信號發(fā)生器。 第6章測量用信號源6.2 信號產(chǎn)生方法及信號發(fā)生器開展趨勢信號產(chǎn)生方法及信號發(fā)生器開展趨勢6.2.1 正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號或受正弦信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號或受調(diào)制的正弦信號。調(diào)制的正弦信號。 它包括低頻信號發(fā)生器，它包括低頻信號發(fā)生器， 高頻信號發(fā)生器，高頻信號發(fā)生器， 微波信號發(fā)生器，微波信號發(fā)生器， 合成合成信號發(fā)生器，信號發(fā)生器， 掃頻信號發(fā)生器。掃頻信號發(fā)生器。 這里對低這里對低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器作簡單引見。頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器作簡單引見。 第6章測量用信號源1. 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器是

24、信號發(fā)生器大家族中一個非常重要的組成部分， 在模擬電子線路與系統(tǒng)設計、 測試和維修中獲得廣泛的運用， 其中最明顯的一個例子是收音機、電視機、 有線廣播和音響設備中的音頻放大器。 現(xiàn)實上， “低頻就是從“音頻(20 Hz20 kHz)的含義演化而來的。由于其他電路測試的需求， 頻率向上向下分別延伸至超低頻和高頻段。 如今普通“低頻信號發(fā)生器是指1 Hz1 MHz頻段， 最新的低頻信號發(fā)生器的頻率范圍已達1 Hz10 MHz，輸出波形以正弦波為主， 或兼有方涉及其他波形的發(fā)生器。 第6章測量用信號源(1) 低頻信號發(fā)生器主要性能目的： 頻率范圍為1 Hz1 MHz延續(xù)可調(diào)； 頻率穩(wěn)定度(0.10.

25、4)%/h； 頻率準確度(12)%； 輸出電壓010 V延續(xù)可調(diào)； 輸出功率約(0.55)W延續(xù)可調(diào)； 非線性失真(0.11)%； 輸出阻抗可為50 、 75 、150、 600 及5 k。 (2) 低頻信號發(fā)生器組成框圖。 通用低頻信號發(fā)生器的組成框圖如圖6- 2所示。 主要包括： 主振級、 緩沖放大、 功率放大、 衰減器、 阻抗變換以及有關調(diào)理安裝。 第6章測量用信號源圖6- 2 低頻信號發(fā)生器組成框圖第6章測量用信號源iUoU(3) 通用RC振蕩器。 低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號(圖6- 2中主振級)的方法有多種，在通用信號發(fā)生器(如XD1、 XD2、 XD7)中， 主振器通常是運用RC

26、振蕩器， 而其中運用最多的當屬文氏橋振蕩器。 圖6-3給出了文氏橋網(wǎng)絡及其傳輸函數(shù)的幅頻、 相頻特性， 我們簡要分析其任務原理。 在圖(a)中，是網(wǎng)絡的輸入電壓， 是輸出電壓， Z1為R、 C串聯(lián)阻抗，Z2為R、C并聯(lián)阻抗， 那么網(wǎng)絡的傳輸函數(shù) (6- 6) 0212113()iUZUZZj R CR C0000113()3()ffjjffjN第6章測量用信號源01RC,012fRC式中 (6-7)由式(6- 6)得到傳輸函數(shù)的幅頻特性N()和相頻特性()分別為(6-9)(6-8)2200133/00| )j (|)(NNarctan)(第6章測量用信號源或 N()和()分別示于圖6- 3(b

27、)和(c)中。 由圖(b)、 (c)可以看出： 時， 輸出信號與輸入信號同相， 且此時傳輸函數(shù)模最大(N(0)=N()max=1/3), 假設輸出信號后接放大倍數(shù)的同相放大器(普通由兩極反相放大器級聯(lián)實現(xiàn))， 那么就可以維持=0或者的正弦振蕩。 而由于RC 網(wǎng)絡的選頻特性， 其他頻率的信號被抑制。 RC10RCf210oU3)(10VNKRCff210第6章測量用信號源圖6- 3 RC文氏橋網(wǎng)絡(a) 文氏橋式網(wǎng)絡； (b) 幅頻特性； (c) 相頻特性 第6章測量用信號源 但是， 放大倍數(shù) KV=3的放大器是不穩(wěn)定的， 又由于文氏橋電路的選頻特性很差， 放大器增益不穩(wěn)， 不但會引起振蕩振幅變

28、化， 還會呵斥輸出波形失真。 因此， 總是運用高增益的二級放大器加上負反響， 使得在維持振蕩期間， 總電壓增益為3， 這樣就構成了圖6- 4 所示的文氏橋振蕩電路。 圖中負溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻Rf就構成了電壓負反響電路。第6章測量用信號源熱敏電阻Rt的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流添加而減少， 當由于各種緣由引起輸出電壓增大時， 由于該電壓也直接接在Rt、Rf串聯(lián)電路， 流過Rt的電流也隨之添加而導致Rt阻值降低，負反響加大，放大器總增益降低， 使輸出電壓減小， 到達穩(wěn)定輸出信號振幅的目的。 而在振蕩器起振階段， 由于Rt溫度低， 阻值大， 負反響小， 放大器實踐總增益大于3， 振蕩器容

29、易起振。 第6章測量用信號源圖6- 4 運用熱敏電阻Rt作為增益控制器件的文氏橋振蕩電路框圖第6章測量用信號源由式(6- 7)可知， 改動電阻R和電容C數(shù)值可調(diào)理振蕩頻率， 可以運用同軸電阻器改動電阻R進展粗調(diào)， 使得換擋時頻率變化10倍， 而用改動雙聯(lián)同軸電容C的方法在一個波段內(nèi)進展頻率細調(diào)。 第6章測量用信號源圖6- 5 放大器輸入輸出阻抗對RC網(wǎng)絡的影響 第6章測量用信號源在上邊的分析中， 沒有思索放大器的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的影響， Ri和Ro對RC網(wǎng)絡的影響如圖6- 5所示， 由圖不難看出， 應使Ri盡能夠大而Ro盡能夠小。 為此實踐振蕩器電路中放大器輸入級常采用場效應管， 以

30、提高輸入阻抗Ri，輸出時加接射極跟隨器， 以降低輸出阻抗Ro。 假設僅提供電壓輸出，那么RC振蕩器后加接電壓放大器即可， 如圖6- 4中A2。假設要求功率輸出， 那么還應加接功率放大器和阻抗變換器。 第6章測量用信號源40450minmaxminmaxCCffK(4) LC振蕩器。 當談到正弦振蕩器時， 很容易想到用L、 C構成諧振電路和晶體管放大器來實現(xiàn)。 實踐上根本不用這種電路作為低頻信號發(fā)生器的主振蕩器， 這是由于對LC振蕩電路， 振蕩頻率。 當頻率較低時，L、C都比較大，分布電容、 漏電導等也都相應很大， 而質(zhì)量因數(shù)Q值降低很多， 諧振特性變壞， 且調(diào)整困難。 其次由于f0與成反比，

31、因此同一頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)很小。 例如L固定， 調(diào)理電容C改動振蕩頻率， 設電容調(diào)理范圍為40450 pF，那么頻率覆蓋系數(shù) (6- 10) 012fLCLC3第6章測量用信號源 假設用RC橋式振蕩器， 仍以上面的情況為例， 根據(jù)式(6- 7), 得到頻率覆蓋系數(shù)為 (6- 11)現(xiàn)實上， 假設以RC文氏橋電路構成振蕩器的XD1型低頻信號源， 其信號頻率范圍為1 kHz1 MHz，分為6個頻段， 每個頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)均為10。 40450minmaxminmaxCCffK11第6章測量用信號源(5) 差頻式振蕩器。 RC振蕩器的每一分波段的頻率覆蓋系數(shù)(最高頻率與最低頻率的比值)通常為1

32、0。 因此， 要覆蓋1 Hz1 MHz的頻率范圍， 至少要6個波段， 對于某些丈量(特別是掃頻丈量)， 極不方便。 而差頻式低頻信號發(fā)生器可以在不分波段的情況下得到較寬的頻率覆蓋范圍。 圖6- 6為差頻式低頻信號發(fā)生器的原理框圖。 第6章測量用信號源圖6- 6 差頻式低頻信號發(fā)生器原理框圖第6章測量用信號源圖6- 6中， 可變頻率的高頻振蕩器和固定頻率振蕩器分別產(chǎn)生可變頻率的高頻振蕩f1和固定頻率的高頻振蕩f2， 經(jīng)過混頻器產(chǎn)生兩者差頻f=f1-f2， 后面的低通濾波器濾除混頻器輸出中含有的高頻分量。 當可變頻率振蕩器頻率從f1max變到f1min時， 低通濾波器后就得到了fminfmax的低

33、頻信號， 再經(jīng)放大器和輸出衰減器后得到所需幅度的低頻信號。 這種方法的主要缺陷是電路復雜， 頻率準確度、 穩(wěn)定度較差， 波形失真較大； 最大的優(yōu)點是容易做到在整個頻段內(nèi)頻率可延續(xù)調(diào)理而不用改換波段， 輸出電平也較均勻， 所以常用在掃頻振蕩器中。 第6章測量用信號源 高頻振蕩器是一個可調(diào)的LC振蕩器， 其輸出頻率為f1， 固定頻率振蕩器輸出頻率為f2, 設f1的變化范圍為f11f12, 那么差頻信號的頻率范圍為f1(f11-f2)f2(f12-f2)。 假設f1與f2的值都很高， 那么差頻的頻率覆蓋系數(shù)f1/f2可以到達很大的值， 因此對f1進展調(diào)頻指數(shù)不大的調(diào)頻也可以使f具有很寬的范圍。例如，

34、f23.4 MHz， 而f1可以從3.4003 MHz 到5.1 MHz， 那么輸出頻率可為300 Hz1.7 MHz。但是當f1與f2接近時， 容易產(chǎn)生頻率牽引(強迫同步)， 使得f可以從某一較小值突變?yōu)榱悖?而且差頻振蕩器的頻率準確度較差， 每次丈量都要校準， 而且校準后頻率準確度依然不高， 因此該方法已較少運用。 第6章測量用信號源2. 高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器輸出范圍普通在300 kHz1 GHz， 穩(wěn)定度普通優(yōu)于10-4/15 min, 輸出電壓在0.1 V1 V左右， 輸出阻抗為規(guī)范的50 (或75 ), 大多數(shù)具有調(diào)幅、 調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能。 圖6- 7為高頻信號發(fā)生器的原

35、理圖， 它包括主振蕩器、 調(diào)制級、 輸出級及監(jiān)測設備(載波電平表， 調(diào)制度表)等。第6章測量用信號源主振級通常采用LC振蕩器， 在波段選擇及頻率細調(diào)控制下產(chǎn)生的高頻信號， 經(jīng)緩沖后耦合至調(diào)制級。 根據(jù)反響方式， LC高頻振蕩器可分為變壓器反響式、 電感反響式(也稱電感三點式)及電容反響式(也稱電容三點式)三種振蕩器方式。 通常用改動電感L來改動頻段， 改動電容C進展頻段內(nèi)頻率細調(diào)。緩沖級是為了保證主振級振蕩器頻率穩(wěn)定， 防止寄生調(diào)制和提高信噪比， 緩沖普通采用選頻放大器。 信號根據(jù)調(diào)制要求進展相應調(diào)制， 調(diào)制信號可以由內(nèi)部調(diào)制振蕩器產(chǎn)生， 也可由外部輸入。 輸出級對信號進展放大、 濾波、 電平

36、調(diào)理以及獲得準確固定的源阻抗(普通為50 或75 )。 監(jiān)測器用于監(jiān)測載波電平和調(diào)制系數(shù)等。 第6章測量用信號源圖6- 7 高頻信號發(fā)生器原理圖第6章測量用信號源6.2.2 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器脈沖信號通常指繼續(xù)時間短，脈沖信號通常指繼續(xù)時間短， 按特定規(guī)律變按特定規(guī)律變化的電壓或電流信號?；碾妷夯螂娏餍盘?。 常見的脈沖信號有矩形、常見的脈沖信號有矩形、 鋸齒形、鋸齒形、 階梯形、階梯形、 鐘形和數(shù)字編碼序列等，鐘形和數(shù)字編碼序列等， 如如圖圖6- 8所示，所示， 其中最根本的是矩形脈沖信號。其中最根本的是矩形脈沖信號。 第6章測量用信號源圖6-8 常見的脈沖信號(a) 矩形波； (

37、b) 鋸齒波； (c) 階梯波； (d) 鐘形脈沖； (e) 數(shù)字編碼序列第6章測量用信號源脈沖信號發(fā)生器是專門用于產(chǎn)生脈沖波形的信號源， 它常用于丈量寬帶放大器的振幅特性、 過渡特性， 數(shù)字系統(tǒng)的開關特性， 示波器、 雷達及通訊機等。 根據(jù)脈沖發(fā)生器的用途和產(chǎn)生方法， 可以分為通用脈沖發(fā)生器、 快速(廣譜)脈沖發(fā)生器、 函數(shù)發(fā)生器、 數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。 其中運用最廣泛的是通用矩形脈沖發(fā)生器， 它可以產(chǎn)生寬度可變， 且上升、 下降沿極短的矩形脈沖。 這里簡單引見一下通用脈沖發(fā)生器和快速(廣譜)脈沖發(fā)生器的根本原理。 第6章測量用信號源1. 通用脈沖發(fā)生器為了滿足普通丈量的

38、要求， 通用脈沖發(fā)生器可以調(diào)理脈沖的反復頻率、 寬度、 輸出幅度和極性等。 有的脈沖發(fā)生器除了能輸出主脈沖外， 還可以輸出一個超前于主脈沖的前置脈沖(亦稱同步脈沖)， 而且兩個脈沖間的延時可調(diào)。 雙脈沖輸出功能主要用于丈量電路分辨間隔極近的相鄰脈沖的才干。 脈沖發(fā)生器的根本原理如圖6- 9所示。 第6章測量用信號源圖6- 9 脈沖信號發(fā)生器組成原理框圖第6章測量用信號源主振級是脈沖信號發(fā)生器的振蕩源， 普通采用恒流源射級耦合自激多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波， 也可采用正弦振蕩及限幅放大等構成， 它應具有波段調(diào)理(粗調(diào))和頻率細調(diào)。 同時也可選擇外部觸發(fā)信號或手動觸發(fā)輸入作為延時級的脈沖輸入信號。 延時

39、級將輸入信號轉(zhuǎn)換為脈沖構成單元所需的延時脈沖， 脈沖構成單元在延時脈沖作用下， 構成寬度準確、 波形良好的矩形脈沖。 輸出級對脈沖進展整形、 放大等處置后輸出。 同時主振級的輸出信號驅(qū)動同步脈沖電路構成并輸出前置同步脈沖。 第6章測量用信號源通用脈沖發(fā)生器輸出脈沖的頻率、 幅度、 延遲時間、 脈沖寬度、 過渡時間等可在一定范圍內(nèi)調(diào)理， 但他們產(chǎn)生的脈沖繼續(xù)時間和過渡時間普通在1 ns以上， 有的過渡時間雖然可到300 ps， 但參數(shù)固定不能調(diào)理。 而在某些丈量場所， 需求脈寬更窄、 過渡時間更短的脈沖， 這時通用的脈沖發(fā)生器就無法滿足要求， 而要采用快速脈沖發(fā)生器。 第6章測量用信號源2. 快

40、速(廣譜)脈沖發(fā)生器快速脈沖發(fā)生器廣泛運用于雷達、 數(shù)字通訊、 時域特性丈量等場所。 在時域丈量中， 快速脈沖信號發(fā)生器用來提供廣譜的鼓勵信號， 尤其在微波網(wǎng)絡、 寬帶元器件的時域丈量中， 脈沖信號發(fā)生器相當于頻域丈量中的掃頻信號源。 實際上脈沖信號可以產(chǎn)生無限的頻譜， 但是實踐丈量中由于器件、 電路、 工藝以及噪聲等要素的限制， 其頻譜是有限的。 在時域丈量中提供邊沿時間極短、 幅度很大的快速脈沖信號具有非常重要的意義。 例如一個前沿上升時間為1 ns的脈沖，其可用頻譜分量為1 GHz， 而隧道二極管脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖前沿上升時間快達15 ps， 那么其可用頻譜高達30 GHz。 第6章測

41、量用信號源快速脈沖信號的產(chǎn)生技術主要有： 水銀開關脈沖發(fā)生器、 雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、 階躍恢復二極管脈沖發(fā)生器以及隧道二極管脈沖發(fā)生器等。 水銀開關脈沖發(fā)生器原理如圖6- 10所示， 它由直流電壓源UD， 充電電阻RC， 特征阻抗為R0的同軸電纜及水銀開關組成。 第6章測量用信號源圖6- 10 水銀開關脈沖發(fā)生器原理第6章測量用信號源同軸電纜傳輸線呈電容特性， 開關翻開時， 直流電源經(jīng)充電電阻RC將同軸傳輸線充電至電壓UD。當開封鎖合時， 同軸傳輸線向負載RL放電，此時傳輸線被看作內(nèi)阻為R0(R0RC)、電壓為UD的電壓源， 假設負載與傳輸線匹配， 那么負載上得到的輸出電壓為UD/2，繼續(xù)時

42、間為傳輸線過渡過程時間2倍的脈沖。 該方法產(chǎn)生的脈沖幅度可達50100 V， 過渡繼續(xù)時間為500 ps，假設采用超小型水銀開關, 其過渡時間還可以更短。 但是由于水銀開關的機械特性， 脈沖反復頻率很低， 而且開封鎖合產(chǎn)生的觸發(fā)不確定性導致了較大的相位抖動。 第6章測量用信號源采用雪崩晶體管來替代機械式的水銀開關還可以處理水銀開關呵斥的反復頻率低及觸發(fā)不確定的問題。 雪崩晶體管脈沖發(fā)生器的觸發(fā)抖動可以小于10 ps， 反復頻率可以到達數(shù)兆赫茲， 但是它的脈沖幅度較低， 過渡時間為數(shù)百皮秒。 為了使過渡時間進一步縮短， 采用階躍恢復二極管對雪崩二極管的輸出脈沖進展整形， 可以獲得100 ps以下

43、量級的過渡繼續(xù)時間， 脈沖幅度能到達1030 V，其可用頻譜可提高到微波波段。 第6章測量用信號源6.2.3 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器在低頻在低頻(或超低頻或超低頻)信號發(fā)生器的家族中，信號發(fā)生器的家族中， 還有還有一種被稱為函數(shù)信號發(fā)生器，一種被稱為函數(shù)信號發(fā)生器， 簡稱函數(shù)發(fā)生器，簡稱函數(shù)發(fā)生器， 它在輸出正弦波的同時還能輸出同頻率的三角波、它在輸出正弦波的同時還能輸出同頻率的三角波、 方波、方波、 鋸齒波等波形，鋸齒波等波形， 以滿足不同的測試要求，以滿足不同的測試要求， 因其時間波形可用某些時間函數(shù)來描畫而得名。因其時間波形可用某些時間函數(shù)來描畫而得名。 第6章測量用信號源1. 函數(shù)發(fā)生器

44、的性能和組成函數(shù)發(fā)生器普通能輸出方波、 三角波、 鋸齒波、 正弦波等波形， 具有較寬的頻率范圍(0.1 Hz到幾十兆赫茲)及較穩(wěn)定的頻率。 具有可變的上升時間(對方波)以及可變的直流補償， 具有較高的頻率準確度和較強的驅(qū)動才干， 波形失真應比較小。 函數(shù)發(fā)生器的典型原理框圖如圖6- 11所示。 第6章測量用信號源圖6- 11 函數(shù)發(fā)生器的根本組成原理框圖第6章測量用信號源比較完好的函數(shù)發(fā)生器主要由頻率控制網(wǎng)絡、 恒流源電路、 積分電路、 比較器、 波形綜合及緩沖電路、 輸出級等組成。 其中頻率控制網(wǎng)絡控制恒流源電流大小， 即改動積分器充放電斜率， 進而改動輸出三角波的周期， 從而控制輸出信號頻

45、率。 恒流源提供一個穩(wěn)定的充放電電流， 以使積分電路輸出電壓呈線性上升和下降。 比較器將三角波與兩個門限電壓比較， 從而控制恒流源的任務， 到達雙穩(wěn)態(tài)電路的功能。 正弦波波形綜合電路由三角波得到一個正弦波輸出， 而方波電路是由三角波產(chǎn)生一個方波輸出。 函數(shù)選擇及其他波形產(chǎn)生部分那么根據(jù)需求選擇一個波形輸出， 或由三種根本波形產(chǎn)生鋸齒波等波形并輸出。 輸出級完成對輸出信號的放大或衰減， 阻抗匹配及直流補償?shù)裙δ堋?第6章測量用信號源2. 函數(shù)發(fā)生器的根本任務原理函數(shù)發(fā)生器普通以某種波形為第一波形， 然后在該波形根底上轉(zhuǎn)換導出其他波形。 因第一波形的不同， 而采取不同的波形導出方式， 主要的導出方

46、式有： 方波三角波正弦波， 正弦波方波三角波， 三角波正弦波方波等， 這里主要討論第一種方法。 圖6- 12是方波三角波正弦波方式的函數(shù)發(fā)生器原理框圖， 圖中由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 比較器、 和積分器構成方涉及三角波振蕩電路， 然后由二極管整形網(wǎng)絡將三角波整構成正弦波。 第6章測量用信號源圖6- 12 函數(shù)發(fā)生器原理圖第6章測量用信號源其簡要任務原理如下：設開場任務時， 雙穩(wěn)輸出端電壓為-E，經(jīng)過電位器P分壓， 設分壓系數(shù)， 那么積分器輸出端D點電位隨時間t正比上升(6-12)當經(jīng)過時間T1，uD上升到Um時， 比較器輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，端輸出電壓為E并輸入給積分器， 那么積分器輸出端D點

47、電位為 (6- 13)221RaRRDa EutRCtRCEuDQQ第6章測量用信號源再經(jīng)過時間T2，uD下降到-Um時， 比較器輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路再次翻轉(zhuǎn)， 端重新輸出-E， 如此周而復始， 在Q()端產(chǎn)生周期性方波， 在積分器輸出端產(chǎn)生三角波。 假設比較器、 正負比較電平完全一樣， 那么得到的將是完全對稱的方波和三角波。 假設改動積分器正向， 反向積分時間常數(shù)， 比如用二極管替代電阻R， 由式(6-12)、 (6- 13)可以看到， uD到達+Um和-Um各自需求的時間T1將不等于T2， 從而可以產(chǎn)生鋸齒波和不對稱的方波， 上述情況下函數(shù)發(fā)生器的波形如圖6-13所示。 Q第6章測量用

48、信號源圖6- 13 函數(shù)發(fā)生器波形圖第6章測量用信號源將對稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理圖如圖6-14(a)所示。 正弦波可以看做是由許多斜率不同的直線段組成， 只需直線段足夠多， 由折線構成的波形就可以相當好的近似正弦波形， 斜率不同的直線段可由三角波經(jīng)電阻分壓得到(各段相應的分壓系數(shù)不同)。 因此， 只需將三角波ui經(jīng)過一個分壓網(wǎng)絡，根據(jù)ui大小改動分壓網(wǎng)絡的分壓系數(shù)， 便可以得到近似的正弦波輸出。 二級管整形網(wǎng)絡就可實現(xiàn)這種功能， 我們用圖6- 14(b)所示的二級管整形網(wǎng)絡來闡明其任務原理。 第6章測量用信號源圖中E1、E2、E3及-E1、-E2、-E3等為由正負電源+E和-E經(jīng)過分壓電阻

49、R7、R8、R14分壓得到的不同電位， 由于各二極管串聯(lián)的電阻R1、R2、 、 R6及R0都比R7、R8、R14大得多， 因此它們的接入幾乎不會影響E1、E2等的數(shù)值。 第6章測量用信號源開場階段(tt1), uiE1, 二級管VD1VD6全部截止， 輸出電壓uo等于輸入電壓ui；t1tt2階段，E1uiE2， 二極管VD3導通， 此階段uo等于ui經(jīng)R0和R3分壓輸出， uo上升斜率減??； 在t2tt3階段，E2uiE3， 即tt3后，VD3、VD2、VD1全部導通， uo等于ui經(jīng)R0和(R3R2R1)(R3、R2、R1三個電阻并聯(lián))分壓輸出， 上升斜率最小； 當?shù)竭_t=后， ui逐漸減小

50、， 二極管VD1、VD2、VD3依次截止， uo下降斜率又逐漸增大， 完成正弦波的正半周期近似； 負半周期情況類似， 不再贅述。 3t第6章測量用信號源通常將正弦波一個周期分為22段或26段， 用10個或12個二極管組成整形網(wǎng)絡， 只需電路參數(shù)選擇得合理、 對稱， 就可以得到非線形失真小于0.5的波形良好的正弦波。 第6章測量用信號源圖6- 14 由三角波整構成正弦波(a) 正弦波的折線近似； (b)二極管整形網(wǎng)絡第6章測量用信號源3. 集成函數(shù)信號發(fā)生器由大規(guī)模集成電路構成的集成函數(shù)信號發(fā)生器， 能產(chǎn)生方波、 三角波、 鋸齒涉及正弦波； 由于這種集成電路的功能很強， 除了輸出固定頻率的信號外

51、， 還可以輸出調(diào)頻或掃頻信號。 其典型芯片為5G8038，電路組成如圖 6- 15所示。 三角波由電流源I1、I2對外接電容器CT充放電實現(xiàn)。 當RS觸發(fā)器輸出Q=0時， 內(nèi)部開關S斷開， 電流源I1對CT正向充電， 充電電流使CT的端電壓上升。TCu第6章測量用信號源TCu當上升到比較器1門限電平EC/3時， 觸發(fā)器置位(Q1)。 由于Q1， 開關S接通，CT被電流I1I2充電。 調(diào)理RB可使|I2|=|2I1|， 那么CT的反相充電電流也等于|I1|(由于I2I1-2I1I1-I1)。 在反向充電的過程中，CT上的電壓()線性下降。 當降至比較器2的門限電平-EC/3時， 觸發(fā)器復位(Q=

52、0)， 開關S再次斷開， 再由I1向CT正向充電。 如此反復進展， CT上構成的三角波經(jīng)過緩沖器1在引腳3輸出。 TCu第6章測量用信號源， 三角波的頻率(f0)取決于外接元件CT、RA和RB，其關系可以參考下面的關系式表達： (6- 14)式中， 設， |+EC|=|-EC|=|E|。假設RA=RB=RT， 那么 (6- 15)21 (351BABTA0RRRCRf12|5AEIR24|5BEIR00.3TTfRC第6章測量用信號源5G8038的輸出頻率范圍為1 MHz300 kHz。 假設改動兩個電阻RA和RB的比值， 那么將輸出非對稱三角波或鋸齒波。 在RS觸發(fā)器的輸出Q端后接緩沖器2就

53、可以從引腳9輸出方波或脈沖波， 這時調(diào)理RA和RB的比值可得到占空比為2%98%的脈沖波。 三角波在緩沖器1后經(jīng)過正弦波變換電路就在引腳1(或2、 12)輸出正弦波， 經(jīng)過外接元件可以對正弦波的非線形失真進展改善。 在引腳7輸入調(diào)頻電壓， 引腳8外接適當控制信號可以使輸出信號實現(xiàn)掃頻和調(diào)頻。 所以， 5G8038是一個功能很強的集成函數(shù)信號發(fā)生器。 第6章測量用信號源圖 6- 15 集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片原理圖第6章測量用信號源以5G8038為中心接入少量外部元件就可以構成一個適用的函數(shù)信號發(fā)生器， 原理電路如圖6-16所示。 圖中5G8038是該發(fā)生器的中心， 可以輸出三角波、 正弦波和方波

54、， 經(jīng)過4選1模擬開關可以選擇其中一種波形。 A4為該信號源的輸出級， 輸出具有一定幅度和功率的信號。 調(diào)理引腳8的電位可以改動輸出信號的頻率以實現(xiàn)掃頻或調(diào)頻。 在圖6- 16中引腳8的電位由數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供。 當它輸出定值電壓時， 信號源輸出點頻； 當它輸出掃描電壓時， 其輸出信號的頻率隨掃描電壓的規(guī)律變化， 從而實現(xiàn)掃頻。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括D/A轉(zhuǎn)換器(DAC0832)及運算放大器A1和A2。A3是跟隨器， 起緩沖作用。 圖中D/A及4選1模擬開關所需的數(shù)據(jù)線(DB)及控制線(CB)均由微機提供。 第6章測量用信號源圖6- 16 集成函數(shù)信號發(fā)生器運用電路第6章測量用信號源6.2.4

55、合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器是借助電子技術及計算機技合成信號發(fā)生器是借助電子技術及計算機技術將一個術將一個(或幾個或幾個)基準頻率經(jīng)過合成產(chǎn)生一系列基準頻率經(jīng)過合成產(chǎn)生一系列滿足實踐需求頻率的信號源。滿足實踐需求頻率的信號源。 其基準信號通常由其基準信號通常由石英晶體振蕩器產(chǎn)生。石英晶體振蕩器產(chǎn)生。 第6章測量用信號源1. 現(xiàn)代科學技術對信號源技術的要求 隨著電子科學技術的開展， 對信號頻率的穩(wěn)定度和準確度提出了愈來愈高的要求。 例如在無線電通訊系統(tǒng)中， 蜂窩通訊頻段在912 MHz并以30 kHz步進， 為此， 信號頻率穩(wěn)定度的要求必需優(yōu)于10-6。同樣， 在電子丈量技術中，

56、假設信號源頻率的穩(wěn)定度和準確度不夠高， 就很難做到對電子設備特性進展準確的丈量。 因此， 頻率的穩(wěn)定度和準確度是信號源的一個重要的技術目的。 第6章測量用信號源在以RC、 LC為主振蕩器的信號源中， 頻率準確度普通只能到達10-2量級， 頻率穩(wěn)定度只能到達10-310-4量級， 遠遠不能滿足現(xiàn)代電子丈量和無線電通訊等方面的要求。 另外， 以石英晶體組成的晶體振蕩器日穩(wěn)定度優(yōu)于10-8量級， 但是它只能產(chǎn)生某些特定的頻率， 為此需求采用頻率合成技術， 產(chǎn)生一定頻段的高穩(wěn)定度的信號。第6章測量用信號源頻率合成技術是對一個或幾個高穩(wěn)定度頻率進展加、 減、 乘、 除算術運算， 得到一系列所要求的頻率信

57、號。 采用頻率合成技術做成的信號源稱為頻率合成器， 用于各種公用設備或系統(tǒng)中， 例如通訊系統(tǒng)中的鼓勵源和本振。 用這種技術做成通用的電子儀器， 稱為合成信號發(fā)生器(或稱合成信號源)。 頻率的加、 減經(jīng)過混頻獲得， 乘、 除經(jīng)過倍頻、 分頻獲得， 采用鎖相環(huán)也可以實現(xiàn)加、 減、 乘、 除運算。 第6章測量用信號源合成信號源可任務于調(diào)制形狀， 可對輸出電平進展調(diào)理， 也可輸出各種波形， 它是當前運用最廣泛且性能較高的信號源。 其詳細原理將在本章第三節(jié)中作比較詳細的引見。 第6章測量用信號源2. 合成信號源的主要技術目的好像6.1.4節(jié)所述， 合成信號源的任務特性應該包括以下幾個方面： 頻率特性、

58、頻譜純度、 輸出特性、 調(diào)制特性等。 下面就對頻率特性和頻譜純度作進一步的表達。 (1) 頻率準確度和穩(wěn)定度。 其取決于內(nèi)部基準源， 普通能到達10-8/日或更好的程度。 HP8663A合成信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度曾經(jīng)到達510-10/日。 (2) 頻率分辨力。 由于合成信號源的頻率穩(wěn)定度較高， 所以分辨力也較好， 可達0.0110 Hz。第6章測量用信號源(3) 相位噪聲。 信號相位的隨機變化稱為相位噪聲， 相位噪聲會引起頻率穩(wěn)定度的下降。 在合成信號源中， 由于其頻率穩(wěn)定度較高， 所以對相位噪聲也應該嚴厲限制， 通常帶寬相位噪聲應低于-60dB， 遠端相位噪聲(功率譜密度)應低于-120 d

59、B/Hz。 第6章測量用信號源(4) 相位雜散。 在頻率合成的過程中經(jīng)常會產(chǎn)生各種寄生頻率分量， 稱為相位雜散， 相位雜散普通限制在-70dB以下。 需求闡明的是： 在頻域里， 相位雜散是在信號譜兩旁呈對稱的離散譜線分布， 而相位噪聲那么在兩旁呈延續(xù)分布。 (5) 頻率轉(zhuǎn)換速度。 指信號源的輸出從一個頻率變換到另一個頻率所需求的時間。 直接合成信號源的轉(zhuǎn)換時間為微秒量級， 而間接合成那么需求毫秒量級。 第6章測量用信號源6.2.5 信號發(fā)生器的開展趨勢信號發(fā)生器的開展趨勢由于電子丈量及其他部門對各類信號發(fā)生器的由于電子丈量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術的迅速開展，廣泛需求及電子

60、技術的迅速開展， 促使信號發(fā)生促使信號發(fā)生器種類日益增多，器種類日益增多， 性能日益提高，性能日益提高， 尤其隨著上個尤其隨著上個世紀世紀70年代微處置器的出現(xiàn)，年代微處置器的出現(xiàn)， 更促使信號發(fā)生器更促使信號發(fā)生器向著自動化、向著自動化、 智能化的方向開展。智能化的方向開展。 如今，如今， 許多信許多信號發(fā)生器除由于帶有微處置器而具備號發(fā)生器除由于帶有微處置器而具備了自校、了自校、 自檢、自檢、 自動缺點診斷和自動波形構成與自動缺點診斷和自動波形構成與修正等功能外，修正等功能外， 還帶有還帶有IEEE- 488或或RS232總線，總線， 可以控制計算機及其他丈量儀器一同方便地構成自可以控制計