信號發(fā)生器67

1、1以矩形脈沖信號為例，表征脈沖信號的主要參數(shù)如下：以矩形脈沖信號為例，表征脈沖信號的主要參數(shù)如下： （1 1）脈沖幅度）脈沖幅度 ：脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。：脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。（2 2）脈沖上升時間）脈沖上升時間 ：脈沖波從：脈沖波從0.1 0.1 上升到上升到0.9 0.9 所所經(jīng)歷的時間，也叫脈沖前沿。經(jīng)歷的時間，也叫脈沖前沿。3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 mUrtmUmU圖圖3.6-1 3.6-1 矩形脈沖信號矩形脈沖信號第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器2（3 3）脈沖下降時間）脈沖下降時間 ：脈沖波從：脈沖波從0.9 0.9 下降到下降到0.1 0.

2、1 所所經(jīng)歷的時間，也叫脈沖后沿。經(jīng)歷的時間，也叫脈沖后沿。（4 4）脈沖寬度）脈沖寬度( (脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間):):一般指脈沖前、后沿分別一般指脈沖前、后沿分別等于等于0.5 0.5 時相應的時間間隔。時相應的時間間隔。3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 ftmUmUmU圖圖3.6-1 3.6-1 矩形脈沖信號矩形脈沖信號第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3（5 5）平頂降落）平頂降落 ：表征脈沖頂部不能保持平直而呈現(xiàn)傾：表征脈沖頂部不能保持平直而呈現(xiàn)傾斜降落的數(shù)值，也常用其對脈沖幅度的百分比值來表示。斜降落的數(shù)值，也常用其對脈沖幅度的百分比值來表示。（6 6）脈沖過沖）脈

3、沖過沖：包括脈沖上沖：包括脈沖上沖 b 和下沖和下沖 f ，上沖指上升，上沖指上升邊超過頂值邊超過頂值 以上所呈現(xiàn)的突出部分。下沖指下降邊超以上所呈現(xiàn)的突出部分。下沖指下降邊超過底值以下所呈現(xiàn)的突出部分過底值以下所呈現(xiàn)的突出部分3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 UmU圖圖3.6-1 3.6-1 矩形脈沖信號矩形脈沖信號第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器4（7 7）脈沖周期和重復頻率）脈沖周期和重復頻率：周期性脈沖相鄰兩脈沖之間：周期性脈沖相鄰兩脈沖之間的時間間隔稱為脈沖周期，用的時間間隔稱為脈沖周期，用 T 表示。脈沖周期的倒數(shù)表示。脈沖周期的倒數(shù)稱為重復頻率，用稱為重復頻率，用

4、f 表示。表示。（8 8）脈沖的占空系數(shù)）脈沖的占空系數(shù) ：脈沖寬度：脈沖寬度 與脈沖周期與脈沖周期 T 的的比值稱為占空系數(shù)或空度比比值稱為占空系數(shù)或空度比3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 /T(3.6-1)(3.6-1)圖圖3.6-1 3.6-1 矩形脈沖信號矩形脈沖信號第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器53-6.23-6.2、脈沖信號發(fā)生器分類、脈沖信號發(fā)生器分類 按照用途和產(chǎn)生脈沖的方法不同，脈沖信號發(fā)按照用途和產(chǎn)生脈沖的方法不同，脈沖信號發(fā)生器可分為生器可分為 通用脈沖發(fā)生器通用脈沖發(fā)生器 快沿脈沖發(fā)生器快沿脈沖發(fā)生器 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 數(shù)字可編程脈沖信號發(fā)生器數(shù)字可

5、編程脈沖信號發(fā)生器 特種脈沖發(fā)生器特種脈沖發(fā)生器 3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器63-6.2 3-6.2 脈沖信號發(fā)生器分類脈沖信號發(fā)生器分類 3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 通用脈沖發(fā)生器通用脈沖發(fā)生器（最常用）其輸出脈沖頻率、延遲時（最常用）其輸出脈沖頻率、延遲時間、脈沖持續(xù)時間、脈沖幅度均可在一定范圍內(nèi)連續(xù)間、脈沖持續(xù)時間、脈沖幅度均可在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，一般輸出脈沖都有調(diào)節(jié)，一般輸出脈沖都有“”、“”兩種極性，兩種極性，有些產(chǎn)品還具有前、后沿可調(diào)、雙脈沖、群脈沖、閘有些產(chǎn)品還具有前、后沿可調(diào)、雙脈沖、群脈沖、閘門、外觸發(fā)

6、及單次觸發(fā)等功能。門、外觸發(fā)及單次觸發(fā)等功能。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器73-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 快沿脈沖發(fā)生器快沿脈沖發(fā)生器以快速前沿為其特征，主要用于各類電路瞬態(tài)特性以快速前沿為其特征，主要用于各類電路瞬態(tài)特性測試，特別是測試示波器的瞬態(tài)響應。測試，特別是測試示波器的瞬態(tài)響應。第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器83-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器可輸出多種波形信號（有些具有正負尖脈沖信號），可輸出多種波形信號（有些具有正負尖脈沖信號），已成為通用性極強的一類信號發(fā)生器。已成為通用性極強的一類信號發(fā)生器。 但作為脈沖信號

7、源，當前主要的問題是上限頻率不但作為脈沖信號源，當前主要的問題是上限頻率不夠高（夠高（5050MHz左右），前后沿也難提高，不能完全取代左右），前后沿也難提高，不能完全取代通用脈沖信號發(fā)生器。通用脈沖信號發(fā)生器。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器9數(shù)字可編程脈沖信號發(fā)生器數(shù)字可編程脈沖信號發(fā)生器是隨著集成電路技術、微處理器技術發(fā)展而是隨著集成電路技術、微處理器技術發(fā)展而產(chǎn)生的一代新型脈沖發(fā)生器，一般帶有產(chǎn)生的一代新型脈沖發(fā)生器，一般帶有GPIBGPIB接口，接口，可編程控制，使之進入自動測試系統(tǒng)。可編程控制，使之進入自動測試系統(tǒng)。特種脈沖信號發(fā)生器特種脈沖信號發(fā)生器是指那些具有特殊用途，對某

8、些性能指標有是指那些具有特殊用途，對某些性能指標有特定要求的脈沖信號源，如穩(wěn)幅、高壓、精密延特定要求的脈沖信號源，如穩(wěn)幅、高壓、精密延遲等脈沖發(fā)生以及功率脈沖發(fā)生器和數(shù)字序列發(fā)遲等脈沖發(fā)生以及功率脈沖發(fā)生器和數(shù)字序列發(fā)生器等。生器等。 3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器10 3-6.3 3-6.3、脈沖信號發(fā)生器結構、脈沖信號發(fā)生器結構1.1.基本脈沖信號發(fā)生器基本脈沖信號發(fā)生器 基本脈沖信號發(fā)生器結構如下圖所示?；久}沖信號發(fā)生器結構如下圖所示。 各單元主要功能如下：各單元主要功能如下： 3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 圖圖3.6-

9、2 3.6-2 基本脈沖信號發(fā)生器框圖基本脈沖信號發(fā)生器框圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器11 (1(1）主振級：主振級：該單元是脈沖信號源的核心該單元是脈沖信號源的核心振蕩源，振蕩源，一般采用一般采用恒流源射極耦合自激多諧振蕩器恒流源射極耦合自激多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，產(chǎn)生矩形波，調(diào)節(jié)振蕩器中電容和鉗位電壓可進行振蕩頻率粗調(diào)（頻調(diào)節(jié)振蕩器中電容和鉗位電壓可進行振蕩頻率粗調(diào)（頻段）和細調(diào)。也可采用段）和細調(diào)。也可采用正弦振蕩、限幅放大和積分電路正弦振蕩、限幅放大和積分電路等構成主振級。等構成主振級。3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 圖圖3.6-2 3.6-2 基本脈沖信號發(fā)生器框

10、圖基本脈沖信號發(fā)生器框圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器12 （2 2）脈沖形成級：脈沖形成級：主要由主要由延時單元延時單元和和脈沖形成單元脈沖形成單元構成。延構成。延時單元將主振級送出的信號轉(zhuǎn)換成形成單元所需的延時脈沖。時單元將主振級送出的信號轉(zhuǎn)換成形成單元所需的延時脈沖。形成單元形成單元在延時脈沖作用下，形成寬度準確、波形良好的矩在延時脈沖作用下，形成寬度準確、波形良好的矩形脈沖，脈沖寬度可在該級進行獨立調(diào)節(jié)。通常采用單穩(wěn)態(tài)形脈沖，脈沖寬度可在該級進行獨立調(diào)節(jié)。通常采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為脈沖形成電路。觸發(fā)器作為脈沖形成電路。 （3 3）輸出級：輸出級：通常包括脈沖放大器、倒相器等，輸出信號

11、幅通常包括脈沖放大器、倒相器等，輸出信號幅度、極性在輸出級進行調(diào)節(jié)。度、極性在輸出級進行調(diào)節(jié)。3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 圖圖3.6-2 3.6-2 基本脈沖信號發(fā)生器框圖基本脈沖信號發(fā)生器框圖第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器13 2. 2.前后沿可調(diào)節(jié)的脈沖信號發(fā)生器前后沿可調(diào)節(jié)的脈沖信號發(fā)生器除矩形脈沖外，有時還需要其它波形的脈沖號如除矩形脈沖外，有時還需要其它波形的脈沖號如梯形、三角形等，這些信號可用改變矩形脈沖的前后梯形、三角形等，這些信號可用改變矩形脈沖的前后沿寬度來實現(xiàn)，如下圖所示。在基本脈沖發(fā)生器中，沿寬度來實現(xiàn)，如下圖所示。在基本脈沖發(fā)生器中，增加相應的脈沖

12、前后沿調(diào)節(jié)電路，即可獲得不同波形增加相應的脈沖前后沿調(diào)節(jié)電路，即可獲得不同波形的脈沖信號輸出。的脈沖信號輸出。3-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 圖圖3.6-3 3.6-3 前后沿寬度不同的波形前后沿寬度不同的波形第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器143-6 3-6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器 2.2.前后沿可調(diào)節(jié)的脈沖信號發(fā)生器前后沿可調(diào)節(jié)的脈沖信號發(fā)生器圖圖3.6-4 XC-143.6-4 XC-14型脈沖信號發(fā)生器框圖型脈沖信號發(fā)生器框圖左下圖是左下圖是XC-14XC-14型脈沖信號發(fā)生器的原理框圖，型脈沖信號發(fā)生器的原理框圖，其各單元電路的輸出波形畫在右下圖中。其各單元電路

13、的輸出波形畫在右下圖中。圖圖3.6-5 XC-143.6-5 XC-14框圖中各單元輸出波形框圖中各單元輸出波形第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器153-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器A 引言引言噪聲噪聲通常是指干擾有用信號的不期望的、不可預測的通常是指干擾有用信號的不期望的、不可預測的擾動，它使有用信號受到干擾而造成失真，降低了信號觀擾動，它使有用信號受到干擾而造成失真，降低了信號觀察和測量的可靠性。察和測量的可靠性。 許多情況下，人們希望克服或降低噪聲許多情況下，人們希望克服或降低噪聲。 而有些情況下，噪聲又可被人們利用而有些情況下，噪聲又可被人們利用。 因而噪聲測量技術就成為電子測量領

14、域的一個重要組因而噪聲測量技術就成為電子測量領域的一個重要組成部分，并且已在國防、能源、水文、海洋、地理、氣象成部分，并且已在國防、能源、水文、海洋、地理、氣象及醫(yī)療等部門得到廣泛應用。及醫(yī)療等部門得到廣泛應用。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器16B 噪聲信號發(fā)生器是噪聲測量中不可缺少的儀器，它能提供在特定的頻率范圍內(nèi)有足夠的輸出電平并具有所要求的統(tǒng)計參數(shù)（如功率密度譜、均方根值、概率密度函數(shù)等）的噪聲信號。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器圖圖3.7-1 3.7-1 噪聲發(fā)生器結構噪聲發(fā)生器結構 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器17B 噪聲信號發(fā)生器在電子測量領域，噪聲發(fā)生器可用來

15、測量接收機的極限靈敏度、放大器及各有源器件的噪聲系數(shù)、電聲轉(zhuǎn)換器的頻響及失真度等。噪聲發(fā)生器的結構如下圖所示，主要由噪聲源、變換器及輸出衰減器等部分組成。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器圖圖3.7-1 3.7-1 噪聲發(fā)生器結構噪聲發(fā)生器結構 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器183-7.13-7.1、噪聲源、噪聲源 噪聲源是噪聲發(fā)生器的核心，提供在一定頻噪聲源是噪聲發(fā)生器的核心，提供在一定頻率范圍內(nèi)有足夠高電平和噪聲統(tǒng)計特性（如功率率范圍內(nèi)有足夠高電平和噪聲統(tǒng)計特性（如功率譜、均方根值、概率密度函數(shù)等）的噪聲信號。譜、均方根值、概率密度函數(shù)等）的噪聲信號。 應用最多的是頻譜分布均勻的白

16、噪聲，產(chǎn)生應用最多的是頻譜分布均勻的白噪聲，產(chǎn)生白噪聲的噪聲源通常有下面幾種。白噪聲的噪聲源通常有下面幾種。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器19 1. 1.電阻噪聲源電阻噪聲源：任何電阻在一定溫度下由于導體中電子：任何電阻在一定溫度下由于導體中電子無規(guī)則的熱運動都會產(chǎn)生熱噪聲，噪聲的大小取決于導無規(guī)則的熱運動都會產(chǎn)生熱噪聲，噪聲的大小取決于導體（電阻）的熱力學狀態(tài)，噪聲電壓均方值為：體（電阻）的熱力學狀態(tài)，噪聲電壓均方值為：3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器fKTRu4式中式中R R為電阻值，為電阻值，K 為波爾茲曼常數(shù)（為波爾茲曼常數(shù)（ ），），T

17、為絕對溫度，為絕對溫度，f 為系統(tǒng)工作帶寬。改變溫度，可改變噪聲電壓的大小。如為系統(tǒng)工作帶寬。改變溫度，可改變噪聲電壓的大小。如果將電阻置于低溫下（如放在液氮中），它輸出的噪聲電壓極低，可用來果將電阻置于低溫下（如放在液氮中），它輸出的噪聲電壓極低，可用來測量低噪聲放大器的噪聲系數(shù)。測量低噪聲放大器的噪聲系數(shù)。 KJ /1038. 123第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器(3.7-1)202.2.二極管噪聲源：二極管噪聲源：在真空二極管飽和區(qū)，如陰極溫度一定，則電流也維在真空二極管飽和區(qū)，如陰極溫度一定，則電流也維持恒定，在單位時間內(nèi)，陰極發(fā)射的電子束圍繞著平持恒定，在單位時間內(nèi)，陰極發(fā)射的電

18、子束圍繞著平均值起伏變化，這種現(xiàn)象稱為均值起伏變化，這種現(xiàn)象稱為“散彈效應散彈效應”。在數(shù)。在數(shù)kHzkHz到數(shù)百到數(shù)百MHzMHz范圍內(nèi)散彈噪聲具有白噪聲特性。一般范圍內(nèi)散彈噪聲具有白噪聲特性。一般用改變陽極電流的方法調(diào)整噪聲輸出電平。用改變陽極電流的方法調(diào)整噪聲輸出電平。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器213.3.氣體放電管噪聲源：氣體放電管噪聲源：氣體放電管是一種離子器件，由燈絲和陽極構成，管內(nèi)充有一定氣壓氣體放電管是一種離子器件，由燈絲和陽極構成，管內(nèi)充有一定氣壓的惰性氣體（氬或氖），當放電管點燃后，管內(nèi)氣體放電，在電場作的惰性氣體（氬或氖），當

19、放電管點燃后，管內(nèi)氣體放電，在電場作用下，電子受到不斷地加速，在高速運動中又與其它離子和中性粒子用下，電子受到不斷地加速，在高速運動中又與其它離子和中性粒子碰撞，在碰撞中，一方面使氣體進一步電離，一方面電子本身運動速碰撞，在碰撞中，一方面使氣體進一步電離，一方面電子本身運動速度急劇減慢，損失掉的能量就轉(zhuǎn)化成一定形式的電磁輻射。度急劇減慢，損失掉的能量就轉(zhuǎn)化成一定形式的電磁輻射。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器由于電子運動速度和碰撞都是隨機的，這種電磁由于電子運動速度和碰撞都是隨機的，這種電磁輻射就具有噪聲的性質(zhì)。并在極寬的范圍內(nèi)具有輻射就具有噪聲的性質(zhì)。并在極寬的范圍內(nèi)具有均勻的譜密度，

20、如果是同軸結構，其應用頻率范均勻的譜密度，如果是同軸結構，其應用頻率范圍為圍為0.20.25GHz5GHz，如果是波導結構，應用頻率范圍，如果是波導結構，應用頻率范圍為為2.62.675GHz75GHz，是微波波段應用的噪聲源。，是微波波段應用的噪聲源。 第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器224.4.固體噪聲源：固體噪聲源：固態(tài)噪聲源主要器件是固態(tài)噪聲二極管，它是一種固態(tài)噪聲源主要器件是固態(tài)噪聲二極管，它是一種P PN N結結器件，當工作于反偏壓，處于雪崩擊穿狀態(tài)時，載流子雪器件，當工作于反偏壓，處于雪崩擊穿狀態(tài)時，載流子雪崩倍增的電流起伏產(chǎn)生雪崩散彈噪聲，這種噪聲在工作頻崩倍增的電流起伏產(chǎn)生

21、雪崩散彈噪聲，這種噪聲在工作頻率遠低于雪崩頻率時，近似為白噪聲。固態(tài)噪聲源除頻率率遠低于雪崩頻率時，近似為白噪聲。固態(tài)噪聲源除頻率覆蓋寬外，還具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點。覆蓋寬外，還具有體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器233-7.23-7.2、變換器、變換器 噪聲源輸出的噪聲功率有限，頻譜密度等也由噪聲源噪聲源輸出的噪聲功率有限，頻譜密度等也由噪聲源類型等決定。為了使輸出的噪聲滿足一定的要求，包括輸類型等決定。為了使輸出的噪聲滿足一定的要求，包括輸出功率、頻譜密度特性等、需要在噪聲源后級聯(lián)變換器，出功率、頻譜密度特性等

22、、需要在噪聲源后級聯(lián)變換器，包括帶寬放大器等、非線性電路（改變噪聲特性如概率密包括帶寬放大器等、非線性電路（改變噪聲特性如概率密度函數(shù)）、濾波器頻譜變換器等。度函數(shù)）、濾波器頻譜變換器等。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器243-7.33-7.3、輸出衰減器、輸出衰減器在噪聲發(fā)生器中，常用已校準好刻度的衰減器作為輸出級，在噪聲發(fā)生器中，常用已校準好刻度的衰減器作為輸出級，其衰減量在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)保持恒定。信號電平指示其衰減量在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)保持恒定。信號電平指示儀表接在衰減器之前，由電平指示儀表的示值和輸出倍乘儀表接在衰減器之前，由電平指示儀表的示值和輸出倍乘即可得知輸出噪聲的均方根值或均方值。當需要的噪聲電即可得知輸出噪聲的均方根值或均方值。當需要的噪聲電平較小時，也可直接由噪聲源輸出噪聲信號平較小時，也可直接由噪聲源輸出噪聲信號 。 3-7 3-7 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器第三章第三章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器