項目3信號發(fā)生器及應(yīng)用

1、項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 項目項目3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用任務(wù)任務(wù)1 知識引領(lǐng)知識引領(lǐng)信號發(fā)生器基本知識信號發(fā)生器基本知識任務(wù)任務(wù)2 儀器介紹儀器介紹低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器任務(wù)任務(wù)3 儀器介紹儀器介紹高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器任務(wù)任務(wù)4 儀器介紹儀器介紹函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器任務(wù)任務(wù)5 應(yīng)用實訓(xùn)應(yīng)用實訓(xùn)信號發(fā)生器應(yīng)用實訓(xùn)信號發(fā)生器應(yīng)用實訓(xùn)項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 任務(wù)任務(wù)1 知識引領(lǐng)知識引領(lǐng)信號發(fā)生器基本知識信號發(fā)生器基本知識 信號發(fā)生器又叫信號源，是在電子測量中提供符合一定技術(shù)要求的各種電信號的儀器。信號發(fā)生器可產(chǎn)生不

2、同波形、不同頻率和不同幅度的信號，為測試各種模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)提供所需的信號源。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 1.1 信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器的分類 信號發(fā)生器的類型很多，通常可從以下幾方面分類。 1按輸出波形分類按輸出波形分類 信號發(fā)生器按輸出波形可分為以下類型，適合于不同的應(yīng)用場合。 (1) 正弦信號發(fā)生器。產(chǎn)生正弦波或受調(diào)制的正弦波，用于模擬系統(tǒng)測試。 (2) 函數(shù)信號發(fā)生器。產(chǎn)生幅度與時間成一定函數(shù)關(guān)系的信號，如正弦波、三角波、方波等各種波形的信號，用于各種測試或?qū)嶒灐ｍ椖宽椖? 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (3) 脈沖信號發(fā)生器。產(chǎn)生脈寬可調(diào)

3、的重復(fù)脈沖波，用于脈沖電路測試。 (4) 噪聲信號發(fā)生器。產(chǎn)生各種模擬干擾噪聲信號，用于噪聲測試。 (5) 數(shù)字序列發(fā)生器。產(chǎn)生各種不同的數(shù)字序列信號，用于數(shù)字系統(tǒng)測試。 (6) 特殊信號發(fā)生器。產(chǎn)生特殊或?qū)Ｓ秒娦盘?，如電視信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、任意波形發(fā)生器等，用于一些特殊應(yīng)用場合。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2按輸出頻率范圍分類按輸出頻率范圍分類 信號發(fā)生器按輸出頻率范圍可分為以下類型，適合于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。 (1) 超低頻信號發(fā)生器。頻率范圍為0.001Hz 1 kHz，用于地震、電聲、醫(yī)療設(shè)備的測試。 (2) 低頻信號發(fā)生器。頻率范圍為1Hz1MHz，用于

4、音頻、家電、通信設(shè)備的測試與維修。 (3) 視頻信號發(fā)生器。頻率范圍為20Hz10MHz，用于電視設(shè)備的測試與維修。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (4) 高頻信號發(fā)生器。頻率范圍為100kHz30MHz.，用于調(diào)幅廣播、電報、通信設(shè)備的測試。 (5) 甚高頻信號發(fā)生器。頻率范圍為30300MHz，用于調(diào)頻廣播、電視、通信、導(dǎo)航設(shè)備的測試。 (6) 超高頻信號發(fā)生器，頻率范圍為300 MHz以上，用于雷達、微波、衛(wèi)星通信設(shè)備的測試。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 3按信號產(chǎn)生方式分類按信號產(chǎn)生方式分類 按信號產(chǎn)生的方式不同可分為以下幾類，適合于不同的應(yīng)用場合

5、。 (1) 調(diào)諧信號發(fā)生器。主振信號由調(diào)諧振蕩器產(chǎn)生，用于一般信號發(fā)生器。 (2) 鎖相信號發(fā)生器。主振信號由鎖相環(huán)電路產(chǎn)生，用于標準信號發(fā)生器。 (3) 合成信號發(fā)生器。主振信號由頻率合成器產(chǎn)生，用于高檔次的信號發(fā)生器。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 1.2 信號發(fā)生器的基本組成信號發(fā)生器的基本組成 不同類型的信號發(fā)生器其性能、用途雖然各不相同，但基本構(gòu)成是相似的，一般信號發(fā)生器的基本組成框圖如圖3-1所示，它包括主振器、變換器、放大器、指示器、輸出電路及電源等幾部分。圖3-1 信號發(fā)生器的基本組成框圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 1主振器主

6、振器 主振器是信號發(fā)生器的核心部分，由它產(chǎn)生各種不同頻率的信號。主振器通常是正弦波振蕩器或多諧振蕩器。它決定了信號發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率準確度等一些重要性能。 2變換器變換器 變換器包括信號調(diào)制器、脈沖形成器、波形變換器等，它將主振器的輸出信號進行調(diào)制或變換，輸出所要求的波形。 3放大器放大器 放大器包括緩沖放大器、電壓放大器、功率放大器等，它將振蕩器的輸出信號進行隔離和放大，以提高信號電壓，或使信號發(fā)生器具有一定的輸出功率。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 4輸出電路輸出電路 輸出電路包括輸出衰減器、阻抗變換器、射極跟隨器等。它用于輸出電壓調(diào)整和輸出阻抗變換，

7、為被測設(shè)備提供所需要的信號電壓或功率。 5指示器指示器 指示器用來監(jiān)視輸出信號。不同功用的信號發(fā)生器，指示器的種類也不同，它可以是電壓表、頻率計、功率計、調(diào)制度儀或以上幾種。 6電源電源 電源為信號發(fā)生器的各部分電路提供所需的各種直流工作電壓，通常是由50 Hz的交流電(市電)經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后得到。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 1.3 信號發(fā)生器的技術(shù)指標信號發(fā)生器的技術(shù)指標 信號發(fā)生器的性能通?？捎妙l率特性、輸出特性和調(diào)制特性(俗稱三大指標)來評價。其性能指標很多，其中最常用的共有的性能指標有以下一些。 1頻率特性頻率特性 (1) 有效頻率范圍 信號

8、發(fā)生器的有效頻率范圍是指各項指標均能得到保證時的輸出頻率范圍。 (2) 頻率準確度 頻率準確度是指輸出信號頻率的實際值 f 與其標稱值 f0 的相對誤差，其表達式為000fffff項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (3) 頻率穩(wěn)定度 頻率短期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經(jīng)規(guī)定的預(yù)熱時間后，頻率在規(guī)定的時間間隔內(nèi)的最大相對變化量，其表達式為 (4) 頻譜純度 頻譜純度是正弦信號發(fā)生器的重要指標之一。它是指正弦信號發(fā)生器輸出的頻譜逼近理想頻譜的程度，常用諧波電平或諧波失真度等參數(shù)來衡量。0minmaxfff項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2輸出特性輸出特性 (1) 輸出

9、電壓范圍 輸出電壓范圍是指輸出信號幅度的有效范圍，也就是輸出信號幅度的可調(diào)范圍，通常采用有效值來度量。 (2) 輸出電壓準確度 輸出電壓準確度是指輸出信號的實際值與其標稱值的相對誤差。 (3) 輸出電壓平坦度 輸出電壓平坦度也就是輸出電壓的頻率響應(yīng)，它是指在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時，輸出電壓的相對變化量。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (4) 輸出阻抗 輸出阻抗的大小，隨信號發(fā)生器類型而異。低頻信號發(fā)生器一般有50、600、5k等幾種不同的輸出阻抗，而高頻信號發(fā)生器一般為 50(或 75)不平衡輸出阻抗，在使用高頻信號發(fā)生器時，要注意阻抗的匹配。 (5) 輸出波形 輸出波形是

10、指信號發(fā)生器所能輸出的信號波形。低頻信號發(fā)生器一般輸出正弦波和方波；函數(shù)信號發(fā)生器能輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波和階梯波等；高頻信號發(fā)生器則能輸出正弦波和各種調(diào)制波。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 3調(diào)制特性調(diào)制特性 (1) 調(diào)制類型 許多信號發(fā)生器都具有調(diào)制功能，如高頻信號發(fā)生器，一般都具有輸出一種或多種調(diào)制信號的功能，通常為調(diào)幅和調(diào)頻，有些還具有調(diào)相、脈沖調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、矢量調(diào)制等。 (2) 調(diào)制頻率 調(diào)制頻率是指調(diào)制信號的頻率，它可以是固定的或連續(xù)可調(diào)的，調(diào)幅信號的調(diào)制頻率通常為400Hz和1000Hz；而調(diào)頻信號的調(diào)制頻率可在10Hz100kHz范圍內(nèi)改變

11、。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (3) 調(diào)制深度 調(diào)制深度是指調(diào)幅信號的調(diào)幅系數(shù)或調(diào)頻信號的最大頻偏以及調(diào)制的線性度等參數(shù)。 (4) 調(diào)制信號源 當調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時，稱為內(nèi)調(diào)制；當調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器上進行調(diào)制時，稱為外調(diào)制。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 1.4 信號發(fā)生器的選擇信號發(fā)生器的選擇 由于信號發(fā)生器的種類、型號繁多，使用時可根據(jù)具體情況從以下幾個方面進行選擇： (1) 根據(jù)測試功能選擇 (2) 根據(jù)輸出信號波形選擇 (3) 根據(jù)信號頻率選擇 (4) 根據(jù)測量準確度要求選擇項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生

12、器及應(yīng)用 任務(wù)任務(wù)2 儀器介紹儀器介紹低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器 低頻信號發(fā)生器主要用來產(chǎn)生頻率范圍為1Hz1MHz的正弦波信號。有些低頻信號發(fā)生器除了產(chǎn)生正弦波外，還能產(chǎn)生方波和脈沖波信號。低頻信號發(fā)生器可用來測試無線電接收機、組合音響及各種電子設(shè)備中低頻放大器的性能。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 2.1 低頻信號發(fā)生器的組成低頻信號發(fā)生器的組成 低頻信號發(fā)生器的基本組成框圖如圖3-2所示。 1主振蕩器主振蕩器 低頻信號發(fā)生器的主振蕩器用來產(chǎn)生低頻正弦波信號，其振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍即為信號發(fā)生器的有效頻率范圍。低頻信號發(fā)生器主振蕩器的電路形式主要有差頻式振蕩器和

13、RC振蕩器兩類。 圖3-2 低頻信號發(fā)生器的組成框圖項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2緩沖放大器緩沖放大器 緩沖放大器兼有緩沖和電壓放大的作用。緩沖的目的是為了隔離后級電路對主振電路的影響，保證主振頻率穩(wěn)定，一般采用射(源)極跟隨器或運算放大器組成的電壓跟隨器；電壓放大的目的是為了對主振級產(chǎn)生的微弱振蕩信號進行放大，使信號發(fā)生器的輸出電壓達到預(yù)定的值。 3輸出衰減器輸出衰減器 輸出衰減器用于改變信號發(fā)生器的輸出電壓或功率，通常分為連續(xù)調(diào)節(jié)和步進調(diào)節(jié)。連續(xù)調(diào)節(jié)由電位器實現(xiàn)，步進調(diào)節(jié)由電阻分壓器實現(xiàn)。低頻信號發(fā)生器中采用的輸出衰減器如圖 3-3所示。由電位器Rp 取出一部分信號電

14、壓加于由R1R8 組成的步進衰減器，調(diào)節(jié)電位器在不同位置，或調(diào)節(jié)波段開關(guān)S于不同擋位，均可使衰減器輸出不同的電壓。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 信號發(fā)生器對步進衰減量的表示方法通常有兩種，一種是直接用步進衰減器的輸出電壓Uo與輸入電壓Ui的比值來表示，即Uo/Ui。例如，當Uo/Ui = 0.1時，表示為0.1。另一種是將上述的比值用分貝值表示，即201g(Uo/Ui)，單位為dB。例如，當Uo/Ui = 0.1時，表示為-20dB，由于其比值總是小于1，其對數(shù)都為負值，不會造成混淆，有時也省去負號。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖 3-3 輸出衰減器

15、項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 4功率放大器功率放大器 功率放大器對電平調(diào)節(jié)器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到一定的輸出功率。要求功率放大器的輸出阻抗低、工作效率高、諧波失真小。 5監(jiān)測儀表監(jiān)測儀表 監(jiān)測儀表主要有電壓表和頻率計。電壓表用于指示輸出信號的幅度，頻率計用于指示輸出信號的頻率，它們可以是指針式的也可以是數(shù)字式的。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 2.2 主振蕩器類型與工作原理主振蕩器類型與工作原理 低頻信號發(fā)生器的主振蕩器電路形式有差頻式振蕩器和RC振蕩器兩類。 1差頻式振蕩器差頻式振蕩器 差頻式振蕩器的原理框圖如圖3-4所示。圖3-

16、4 差頻式振蕩器原理框圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 它有兩個高頻振蕩器，一個產(chǎn)生頻率固定的振蕩信號 f 1，另一個產(chǎn)生頻率可變的振蕩信號 f 2 ，兩信號同時送入混頻器，產(chǎn)生低頻差頻信號，經(jīng)過低通濾波器去掉高頻成分，再通過緩沖放大器放大，即可得到具有一定幅度的低頻信號電壓。 用這種方法產(chǎn)生的低頻正弦波信號，其頻率覆蓋范圍比較寬；缺點是頻率穩(wěn)定性差，特別是 f 1與 f 2接近時，極易產(chǎn)生干擾，因此很難獲得較低的差頻輸出。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2. RC文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器 (1) 振蕩器工作原理 RC文氏電橋振蕩器實際上是一種電壓反饋

17、式振蕩器，它由負反饋放大器和一個具有選頻作用的正反饋回路組成。圖3-5中 R1、C1、R2、C2 組成具有選頻作用的串一并聯(lián)正反饋回路，Rt和Rf為負反饋回路，它們構(gòu)成一個電橋，放大器的輸入信號取自電橋 的兩個對角線上， 輸出信號則送至電 橋的另兩個對角線上。 圖3-5 RC文氏電橋振蕩器 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 振蕩器的頻率調(diào)節(jié)是通過改變橋路電阻和電容值，通常用波段開關(guān)改變R1、R2 進行頻率分段調(diào)節(jié)，波段內(nèi)的最高頻率與最低頻率比一般為10。在同一波段中，用同軸雙聯(lián)可變電容器改變 C1、C2 進行頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)。通常取 R1 = R2 =R，C1 = C2 = C。

18、為滿足振蕩的振幅條件，要求放大器的閉環(huán)增益等于3，這時振蕩頻率為o1=2fRC項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (2) 幅度自穩(wěn)定作用 接于負反饋支路中的電阻Rt是一只具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，在電路中起著加速振蕩過程的建立和自動穩(wěn)定輸出振幅的雙重作用，它的工作原理如下。 熱敏電阻是一個非線性的溫度敏感元件，它的電阻值是溫度的函數(shù)，當交變電流流過Rt 時，在一個周期內(nèi)，阻值不會呈現(xiàn)明顯的變化。但若電流持續(xù)流過電阻，經(jīng)過幾個周期后，其阻值就會隨電流平均值而變化，即具有時滯現(xiàn)象。 在起振后，若由于某種因素使放大器的增益升高時，輸出電壓會隨之增高，在Rt和Rf上的電壓也增高，流過Rt

19、上的電流加大，使Rt 的溫度升高，阻值減小，負反饋量加大，使放大器的閉環(huán)增益降低，輸出電壓減小；當放大器的增益降低時，則向相反的方向變化，從而保持振蕩幅度的穩(wěn)定。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 2.3 低頻信號發(fā)生器的使用低頻信號發(fā)生器的使用 低頻信號發(fā)生器的型號很多，但基本使用方法相似，下面以常用的XD-22B型低頻信號發(fā)生器為例，說明其使用方法。XD-22B型低頻信號發(fā)生器的外形如圖3-6所示。 圖3-6 XD-22B型低頻信號發(fā)生器外形圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖3-7 XD-22B型低頻信號發(fā)生器面板圖1XD-22B型低頻信號發(fā)

20、生器的主要技術(shù)性能型低頻信號發(fā)生器的主要技術(shù)性能2XD-22B 型低頻信號發(fā)生器的面板型低頻信號發(fā)生器的面板 如圖3-7所示 。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 表3-2 衰減分貝數(shù)與衰減倍數(shù)的對應(yīng)關(guān)系衰減分貝數(shù)對應(yīng)的輸出衰減倍數(shù)對應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)范圍0005V103.1601.58V20100500mV3031.60158mV40100050mV50316015.8mV60100005mV 70316001.58mV801000000.5mV項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 任務(wù)任務(wù)3 儀器介紹儀器介紹高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器是一種向電子設(shè)備

21、和電路提供高頻等幅正弦波和調(diào)制波的信號源，其工作頻率一般為100 kHz30 MHz，主要用于各種無線電接收機的靈敏度、選擇性等參數(shù)的測量和調(diào)試。高頻信號發(fā)生器按調(diào)制類型不同分有調(diào)幅信號發(fā)生器和調(diào)頻信號發(fā)生器；按高頻信號的產(chǎn)生方法不同又分有調(diào)諧信號發(fā)生器與合成信號發(fā)生器。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 3.1 高頻信號發(fā)生器的組成高頻信號發(fā)生器的組成 高頻信號發(fā)生器的組成如圖3-8所示。主要包括主振級、內(nèi)調(diào)制振蕩級、調(diào)制級、輸出級、監(jiān)測儀表及電源等幾部分。由主振級產(chǎn)生的高頻正弦波信號，經(jīng)緩沖級進行緩沖放大，再經(jīng)調(diào)制級進行調(diào)制后送至輸出級，由內(nèi)部衰減電路衰減后輸出。圖

22、3-8 高頻信號發(fā)生器的組成框圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 1主振級主振級 主振級就是高頻振蕩器，其作用是產(chǎn)生高頻等幅信號。主振級通常采用LC調(diào)諧振蕩器，高檔產(chǎn)品則采用頻率合成器。LC振蕩器根據(jù)反饋方式不同，可分為變壓器反饋式、電感反饋式和電容反饋式；頻率合成器可分為直接頻率合成和間接頻率合成。 2內(nèi)調(diào)制振蕩器內(nèi)調(diào)制振蕩器 調(diào)制信號分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制振蕩器就是內(nèi)調(diào)制信號發(fā)生器。一般高頻信號發(fā)生器的內(nèi)調(diào)制信號有400 Hz和1kHz兩種。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 3調(diào)制級調(diào)制級 調(diào)制級的作用是進行幅度調(diào)制，將主振級產(chǎn)生的高頻等幅信號(載波

23、)與調(diào)制信號發(fā)生器產(chǎn)生的音頻調(diào)制信號(400 Hz或1 kHz)同時送到調(diào)制級，從調(diào)制級輸出的就是載有音頻信號的調(diào)幅波；而調(diào)頻則是直接對主振級進行頻率調(diào)制。 4輸出級輸出級 輸出級的作用是對高頻信號進行放大和濾波，在此基礎(chǔ)上通過衰減器對輸出信號進行衰減調(diào)節(jié)和輸出阻抗變換，以適應(yīng)各種不同的需要。輸出級主要由放大器、濾波器、衰減器和阻抗變換器組成。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 3.2 主振級的類型和工作原理主振級的類型和工作原理 高頻信號發(fā)生器的主振級通常采用LC調(diào)諧振蕩器或頻率合成器。 1LC調(diào)諧振蕩器調(diào)諧振蕩器 LC振蕩器根據(jù)反饋方式不同，可分為變壓器反饋式、電感

24、反饋式和電容反饋式等三種振蕩電路形式，如圖3-9所示。通常通過切換振蕩回路中不同的電感 L 來改變頻段，通過改變振蕩回路的電容 C 來對振蕩頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)。LC振蕩器的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但頻率穩(wěn)定度較差，通常用于一般的高頻信號發(fā)生器。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖3-9 LC調(diào)諧振蕩器項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2頻率合成器頻率合成器 頻率合成器是把一個(或少數(shù)幾個)高穩(wěn)定度頻率源 fs 經(jīng)過加(產(chǎn)生和頻)、減(產(chǎn)生差頻)、乘(倍頻)、除(分頻)等運算，以產(chǎn)生在一定頻率范圍內(nèi)，按一定的頻率間隔變化的一系列離散頻率信號。頻率合成方法分有間

25、接頻率合成法、模擬直接頻率合成法(ADFS )和數(shù)字直接頻率合成法(DDFS )。圖3-10 鎖相環(huán)組成框圖項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (1) 間接頻率合成法 間接合成法又稱為鎖相合成法，是基于鎖相環(huán)(PLL)的原理實現(xiàn)的。鎖相環(huán)可以看作是中心頻率能自動跟蹤輸入基準頻率的窄帶濾波器。如果在鎖相環(huán)內(nèi)加入相應(yīng)電路就可以對基準頻率進行各種算術(shù)運算，產(chǎn)生所需要的頻率。由于它不是直接對基準頻率進行運算，故稱為間接合成法。 鎖相環(huán)由基準頻率源(晶振)、鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)、以及反饋環(huán)節(jié)幾部分組成，如圖3-10所示。 間接合成法具有良好的抑制寄生頻

26、率的能力，頻率范圍寬，調(diào)節(jié)方便，而且鎖相環(huán)電路便于實現(xiàn)數(shù)字化、集成化，可在微機控制下工作。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 頻率合成器中經(jīng)常使用的一些基本鎖相環(huán)路如圖3-11所示。 圖3-11 常用基本鎖相環(huán)路 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (2) 模擬直接頻率合成法 模擬直接頻率合成法(ADFS)，由于采用的是模擬電子技術(shù)，故稱為模擬直接合成法。它是對基準晶體振蕩器產(chǎn)生的標準頻率信號，利用倍頻器、分頻器、混頻器及濾波器等進行一系列四則運算以獲得所需要的頻率輸出。 在信號發(fā)生器中，常用的是連續(xù)混頻分頻電路，如圖 3-12所示。在該頻率合成器中，首先使用頻率

27、為 fs = 5MHz 的輔助基準頻率發(fā)生器，產(chǎn)生各種輔助基準頻率信號：2.0MHz，2.1MHz，2.9MHz，然后用混頻器和分頻器進行頻率運算，實現(xiàn)頻率合成。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖3-12 連續(xù)混頻分頻電路項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 (3) 數(shù)字直接頻率合成法 數(shù)字直接頻率合成法(DDFS)，它是近些年來迅速發(fā)展起來的一種新的頻率合成方法，它將先進的數(shù)字處理理論與方法引入信號合成領(lǐng)域，通過控制相位變化速度來直接產(chǎn)生各種不同頻率信號。 DDFS的基本原理如圖3-13所示。它是把一個單位振幅的正弦函數(shù)的相位在2弧度內(nèi)分成A個點，求出相應(yīng)各點

28、的正弦函數(shù)值，并用D位二進制數(shù)表示，寫入ROM中構(gòu)成一個所謂的正弦表。在高速、穩(wěn)定的參考時鐘控制下依次讀出每個相位所對應(yīng)的正弦函數(shù)值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到需要的模擬信號，改變頻率控制碼即可控制輸出信號的頻率。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖3-13 DDFS的基本原理 數(shù)字頻率合成法與模擬頻率合成法相比，具有頻率分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換快、相位連續(xù)、相位噪聲小、便于實現(xiàn)復(fù)雜方式的信號調(diào)制、可在微機控制之下工作，由于它采用大規(guī)模集成電路，因此其體積小，功耗低，重量輕。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 3.3 高頻信號發(fā)生器的使用高頻信號發(fā)生器的使用 高頻信號

29、發(fā)生器的型號很多，但基本使用方法相似，下面以常用的YB1051高頻信號發(fā)生器為例，說明其使用方法。YB1051高頻信號發(fā)生器的外形如圖3-14所示。 圖3-14 YB1051高頻信號發(fā)生器外形圖項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 1YB1051高頻信號發(fā)生器的主要性能指標高頻信號發(fā)生器的主要性能指標2YB1051高頻信號發(fā)生器的面板高頻信號發(fā)生器的面板 如圖2-15所示 。圖3-15 YB1051高頻信號發(fā)生器面板圖項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 3YB1051高頻信號發(fā)生器的使用高頻信號發(fā)生器的使用(1) 使用前的準備(2) 音頻信號輸出(3) 等幅高頻信號輸

30、出(4) 調(diào)制波信號輸出項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 任務(wù)任務(wù) 4 儀器介紹儀器介紹函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器是一種多波形信號源，它能產(chǎn)生頻率從mHz至10MHz的一些特定周期性時間函數(shù)信號。一般能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，有的還可以產(chǎn)生鋸齒波、矩形波(占空比可調(diào))、正負脈沖波等，有的還具有調(diào)頻、調(diào)幅等調(diào)制功能。函數(shù)信號發(fā)生器可在電子產(chǎn)品生產(chǎn)測試、儀器維修和電路實驗時用做信號源。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 4.1 函數(shù)信號發(fā)生器的類型函數(shù)信號發(fā)生器的類型 函數(shù)信號發(fā)生器按產(chǎn)生信號的方法分通常有脈沖式、正弦波式、三角波式三種類

31、型。 1. 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器是先產(chǎn)生脈沖和方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波，其原理框圖如圖3-16所示。它包括脈沖發(fā)生器、施密特觸發(fā)器、積分器和正弦波轉(zhuǎn)換器等部分。 圖3-16 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 脈沖發(fā)生器產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，施密特觸發(fā)器在觸發(fā)脈沖的作用下翻轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生方波，它可由內(nèi)觸發(fā)脈沖觸發(fā)，也可由外觸發(fā)脈沖提供觸發(fā)信號，其輸出方波信號頻率由觸發(fā)信號的頻率所決定。方波信號送至積分器，在積分器輸出端可得到三角波信號。通常積分器使用線性很好的密勒積分電路，調(diào)節(jié)積分器的積分時間常數(shù)RC的值，可改變

32、積分速度，即改變輸出的三角波斜率，從而可改變?nèi)遣ǖ姆取?項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 也可按圖中虛線所示，將積分器輸出的三角波信號反饋至施密特觸發(fā)器的輸入端，構(gòu)成正反饋環(huán)路，組成振蕩器。這時工作頻率由反饋決定。由于將三角波引至施密特觸發(fā)器的輸入端作為反饋信號，而施密特觸發(fā)器的觸發(fā)電平又是固定的，所以這時調(diào)節(jié)RC值可改變到達觸發(fā)電平所需的時間，從而可調(diào)節(jié)方波和三角波信號的頻率，當RC數(shù)值很大時可獲得頻率很低的信號。三種波形由波形選擇開關(guān)選擇，經(jīng)放大后輸出。項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 2. 正弦波式函數(shù)信號發(fā)生器正弦波式函數(shù)信號發(fā)生器 正弦波式函數(shù)信號

33、發(fā)生器是先產(chǎn)生正弦波，再得到方波和三角波，其組成框圖如圖3-17所示。它包括正弦振蕩器、緩沖放大器、方波形成電路、積分器和輸出電路等部分。圖3-17 正弦波式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 正弦波振蕩器通常采用文氏電橋振蕩器，輸出正弦波的波形很好。其工作過程如下：正弦波振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖放大級隔離放大后，分為兩路信號，一路送輸出放大器輸出正弦波，另一路作為方波形成電路的輸入信號。方波形成電路通常是施密特觸發(fā)器，后者也輸出兩路信號，一路送輸出放大器輸出方波，另一路作為積分器的輸入信號。積分器一般使用線性很好的米勒積分電路，它將方波積分形成三角波，三

34、種波形的輸出由波形選擇開關(guān)選擇，然后經(jīng)放大器和輸出電路輸出。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 3. 三角波式函數(shù)信號發(fā)生器三角波式函數(shù)信號發(fā)生器 三角波式函數(shù)信號發(fā)生器是先產(chǎn)生三角波，再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波，其原理框圖如圖3-18所示。由三角波發(fā)生器產(chǎn)生三角波，然后分為兩路，一路經(jīng)方波形成電路產(chǎn)生方波，另一路經(jīng)正弦波形成電路形成正弦波。三角波、方波和正弦波信號經(jīng)波形選擇開關(guān)選擇，再經(jīng)緩沖放大器放大，最后由輸出電路輸出。 雖然方波是由三角波通過方波形成電路變換而來，但實際上三角波和方波電路是相互聯(lián)系的，方波形成電路通常是三角波發(fā)生器的組成部分。 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 圖3-18 三角波式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖 項目項目3 3 信號發(fā)生器及應(yīng)用信號發(fā)生器及應(yīng)用 知識知識 4.2 三角波產(chǎn)生與正弦波變換三角波產(chǎn)生與正弦波變換 1三角波產(chǎn)生電路原理三角波產(chǎn)生電路原理 三角波產(chǎn)生電路及波形如圖3-19所示，它由電流源I1、I2、積分器和幅度控制電路(電平檢測器)組成。利用正、負恒流源對積分電容充、放電，可產(chǎn)生線性很好的三角波。改變正、負電流源的輸出電流，可改變?nèi)遣ǖ某洹⒎烹娝俣?，從而改變?nèi)遣ǖ闹貜?fù)頻率。 正、負電流源的工作轉(zhuǎn)換受幅度控制電路控