第七章信號(hào)發(fā)生器2ppt課件

1、7.1 信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器概述 7.2 鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器7.3 直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器直接數(shù)字頻率合成信號(hào)發(fā)生器第第7章章 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器是為電子測(cè)量提供符合一定技術(shù)要求電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器是為電子測(cè)量提供符合一定技術(shù)要求電信號(hào)的儀器設(shè)備，其輸出信號(hào)的波形、頻率、幅度等參數(shù)是已知的。儀器設(shè)備，其輸出信號(hào)的波形、頻率、幅度等參數(shù)是已知的。 幾乎所有電子器件、電路部件及整機(jī)設(shè)備的技術(shù)性能都需幾乎所有電子器件、電路部件及整機(jī)設(shè)備的技術(shù)性能都需要在信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的激勵(lì)下才能測(cè)量與表征。要在信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的激勵(lì)下才能測(cè)量與表征。 7.1 信號(hào)發(fā)

2、生器概述信號(hào)發(fā)生器概述 1、照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為：正弦信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。 2、按照輸出信號(hào)的頻率范圍分類(lèi)，信號(hào)發(fā)生器一般分為：低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器，也可以細(xì)分為超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻多種信號(hào)發(fā)生器， 3、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成的不同，可分為：傳統(tǒng)的通用信號(hào)發(fā)生器和智能型的合成信號(hào)發(fā)生器兩類(lèi)。 7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 一、一、 分類(lèi)分類(lèi)信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種7.1 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 1 1、按照輸出

3、信號(hào)波形特點(diǎn)分類(lèi)，、按照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)分類(lèi)， 2 2、按照輸出信號(hào)的頻率范圍分類(lèi)，、按照輸出信號(hào)的頻率范圍分類(lèi)， 3 3、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成不同分類(lèi)、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成不同分類(lèi) 4 4、其它分類(lèi)方法、其它分類(lèi)方法7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 一、一、 分類(lèi)分類(lèi)信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也有多種正弦信號(hào)發(fā)生器是應(yīng)用最廣泛的信號(hào)發(fā)生器，這是因?yàn)檎倚盘?hào)容易產(chǎn)生、容易描述，任何線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性都是通過(guò)對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表征。正弦信號(hào)也是應(yīng)用最廣泛的載波信號(hào)。 7.1.1 信號(hào)發(fā)生器

4、的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 1、照輸出信號(hào)波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為： 正弦信號(hào)發(fā)生器本章重點(diǎn)討論內(nèi)容）、 脈沖信號(hào)發(fā)生器、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、 噪聲信號(hào)發(fā)生器等。 2、按照輸出信號(hào)的頻率范圍，可分為： 可分為：低頻信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器， 可細(xì)分：超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻信號(hào)發(fā)生器 7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 分類(lèi)分類(lèi) 頻率范圍頻率范圍超低頻信號(hào)發(fā)生器0.0001Hz10000 Hz低頻信號(hào)發(fā)生器1Hz1MHz視頻信號(hào)發(fā)生器20Hz10MHz高頻信號(hào)發(fā)生器200kHz30MHz甚高頻信號(hào)發(fā)生器30M Hz300MHz超高頻信號(hào)發(fā)生器300MH

5、z以上 3、按照產(chǎn)生信號(hào)方法及信號(hào)發(fā)生器組成不同分類(lèi) 傳統(tǒng)的通用信號(hào)發(fā)生器 智能型的合成信號(hào)發(fā)生器7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 傳統(tǒng)通用信號(hào)發(fā)生器：是指采用諧振等方法產(chǎn)生頻傳統(tǒng)通用信號(hào)發(fā)生器：是指采用諧振等方法產(chǎn)生頻率的一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器。其中低頻信號(hào)發(fā)生器常以率的一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器。其中低頻信號(hào)發(fā)生器常以RC文文氏電橋振蕩器做主振器，高頻信號(hào)發(fā)生器常以氏電橋振蕩器做主振器，高頻信號(hào)發(fā)生器常以LC振蕩振蕩器做主振器。器做主振器。 這種以這種以RC、LC為主振器的信號(hào)源中，頻率準(zhǔn)確度和為主振器的信號(hào)源中，頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到10-210-4量級(jí)。量

6、級(jí)。 這類(lèi)儀器主要由模擬電路組成，其輸出信號(hào)頻率和幅這類(lèi)儀器主要由模擬電路組成，其輸出信號(hào)頻率和幅度的調(diào)節(jié)需要用人工的方法通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕、開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，度的調(diào)節(jié)需要用人工的方法通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕、開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出幅度一般采用表頭指示，操作自動(dòng)化程度不夠高。輸出幅度一般采用表頭指示，操作自動(dòng)化程度不夠高。 7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 智能型合成信號(hào)發(fā)生器：頻率合成是以一個(gè)或幾個(gè)石英晶體智能型合成信號(hào)發(fā)生器：頻率合成是以一個(gè)或幾個(gè)石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率為基準(zhǔn)頻率，通過(guò)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，得振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率為基準(zhǔn)頻率，通過(guò)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，得到一系列所需要的頻率，且這些頻

7、率的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度可以達(dá)到到一系列所需要的頻率，且這些頻率的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度可以達(dá)到與基準(zhǔn)頻率相同的水平日穩(wěn)定度優(yōu)于與基準(zhǔn)頻率相同的水平日穩(wěn)定度優(yōu)于10-8量級(jí)的頻率）。量級(jí)的頻率）。 能支持在很寬的范圍內(nèi)對(duì)輸出頻率進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)能支持在很寬的范圍內(nèi)對(duì)輸出頻率進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制工作；可產(chǎn)生多種輸出波形。多種調(diào)制工作；可產(chǎn)生多種輸出波形。 合成信號(hào)發(fā)生器一般需要采用微處理器作為控制電路，它的合成信號(hào)發(fā)生器一般需要采用微處理器作為控制電路，它的組成是一種典型的智能儀器架構(gòu)，儀器操作具有較高的自動(dòng)化程組成是一種典型的智能儀器架構(gòu)，儀器操作具有較高的自動(dòng)化程度。合成信號(hào)發(fā)生器將是應(yīng)用

8、最廣泛的信號(hào)發(fā)生器。度。合成信號(hào)發(fā)生器將是應(yīng)用最廣泛的信號(hào)發(fā)生器。 合成信號(hào)發(fā)生器是本章討論的重點(diǎn)內(nèi)容。合成信號(hào)發(fā)生器是本章討論的重點(diǎn)內(nèi)容。 7.1 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 7.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)及性能 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 正弦信號(hào)容易產(chǎn)生，容易描述，任何線性雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，都需要用它對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表征，因而，正弦信號(hào)發(fā)生器幾乎滲透到所有的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量中，是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器。 正弦信號(hào)發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)

9、（一頻率特性（一頻率特性1. 1. 頻率范圍：頻率范圍： 2. 2. 頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度（二輸出特性（二輸出特性1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 ： 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 3. 3. 輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度 4. 4. 輸出電平準(zhǔn)確度輸出電平準(zhǔn)確度 5. 5. 輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度 （三調(diào)制特性（三調(diào)制特性 正弦信號(hào)發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) （一頻率特性（一頻率特性 例如，XD1型信號(hào)發(fā)生器的頻

10、率范圍為1Hz1MHz，分六擋即六個(gè)頻段，輸出頻率是連續(xù)的。為了保證有效頻率范圍連續(xù)，兩相鄰頻段間存在公共部分。 又例如，HP- 8660C型頻率合成信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率范圍為10kHz2600MHz，輸出頻率是離散的，分辨率為1Hz、共可提供約26億個(gè)分離的頻率點(diǎn)。 1. 頻率范圍：指信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的頻率范圍，在頻率范圍內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器的各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)該都能得到保證，因而，準(zhǔn)確地說(shuō)，該指標(biāo)應(yīng)稱(chēng)“有效頻率范圍”。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率范圍太寬時(shí)，可以分為若干個(gè)頻段。頻率調(diào)節(jié)可以是連續(xù)的，也可以是離散的。二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) （一頻率特性（一頻率特性 頻率

11、準(zhǔn)確度實(shí)際上是輸出信號(hào)頻率的工作誤差。 傳統(tǒng)通用信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度一般為0.5 10 頻率合成信號(hào)發(fā)生器其輸出信號(hào)頻率具有基準(zhǔn)頻率晶振的準(zhǔn)確度，可達(dá)到10-6以上。 2. 頻率準(zhǔn)確度：是指信號(hào)發(fā)生器預(yù)調(diào)值即儀器度盤(pán)指示或數(shù)字顯示的頻率值與實(shí)際輸出的信號(hào)頻率值之間的偏差，通常用相對(duì)誤差表示 %100000fffff 沒(méi)有足夠的頻率穩(wěn)定度，就不可能保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)沒(méi)有足夠的頻率穩(wěn)定度，就不可能保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)確度。一般情況下，信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)比它的頻率準(zhǔn)確確度。一般情況下，信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)比它的頻率準(zhǔn)確度高度高1 12 2個(gè)數(shù)量級(jí)，個(gè)數(shù)量級(jí)， 3. 頻率穩(wěn)定度 ：指

12、外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率相對(duì)于預(yù)調(diào)值變化的大小。 短期頻率穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意15分鐘內(nèi)所發(fā)生的最大變化；長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意3小時(shí)內(nèi)所發(fā)生的最大變化。 頻率穩(wěn)定度表達(dá)式為 %1000minmaxfff二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) （一頻率特性（一頻率特性1. 1. 頻率范圍：頻率范圍： 2. 2. 頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度3. 3. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度（二輸出特性（二輸出特性1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 ： 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 3.

13、 3. 輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度 4. 4. 輸出電平準(zhǔn)確度輸出電平準(zhǔn)確度 5. 5. 輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度 （三調(diào)制特性（三調(diào)制特性 正弦信號(hào)發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 ：信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗視信號(hào)發(fā)生：信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗視信號(hào)發(fā)生器的類(lèi)型不同而異。器的類(lèi)型不同而異。 低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗一般為低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗一般為600600或或1k1k）；）； 高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有505

14、0或或7575。 （二輸出特性（二輸出特性 信號(hào)發(fā)生器作為一個(gè)激勵(lì)源應(yīng)具有一定的內(nèi)阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)信號(hào)發(fā)生器作為一個(gè)激勵(lì)源應(yīng)具有一定的內(nèi)阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器接人被測(cè)電路的輸入端時(shí)，被測(cè)電路將被看作是一個(gè)負(fù)載，生器接人被測(cè)電路的輸入端時(shí)，被測(cè)電路將被看作是一個(gè)負(fù)載，因而存在著一個(gè)負(fù)載匹配的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在高頻頻段尤為重因而存在著一個(gè)負(fù)載匹配的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在高頻頻段尤為重要。要。 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 ：是指信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度的有效范圍，：是指信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即所能提供的最小和最大輸出電壓的可調(diào)范圍。即所能提

15、供的最小和最大輸出電壓的可調(diào)范圍。 一般高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度范圍為一般高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度范圍為0.1V0.1V1V1V，而電平振蕩器的輸出電平范圍為而電平振蕩器的輸出電平范圍為-60dB-60dB+10dB+10dB。 （二輸出特性（二輸出特性 為了在不過(guò)多犧牲信噪比的情況下輸出微伏為了在不過(guò)多犧牲信噪比的情況下輸出微伏V級(jí)的小級(jí)的小信號(hào)電壓，信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)中一般都設(shè)置有衰減器。例如，信號(hào)電壓，信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)中一般都設(shè)置有衰減器。例如，XD-1型信號(hào)發(fā)生器最大信號(hào)電壓為型信號(hào)發(fā)生器最大信號(hào)電壓為5V，通過(guò)，通過(guò)080dB的步進(jìn)的步進(jìn)衰減，最低可輸出衰減，最低可輸出500V

16、的信號(hào)電壓。的信號(hào)電壓。 二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)二、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 1. 1. 輸出阻抗輸出阻抗 ： 2. 2. 輸出電平范圍輸出電平范圍 3. 3. 輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度輸出電平的穩(wěn)定度和平坦度 4. 4. 輸出電平準(zhǔn)確度輸出電平準(zhǔn)確度 5. 5. 輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度輸出信號(hào)非線性失真和頻譜純度 （二輸出特性（二輸出特性 需要說(shuō)明的是，由于各種儀器用途、精度等級(jí)要求不同，并非每類(lèi)儀器都要用全部指標(biāo)進(jìn)行考核。另外，評(píng)價(jià)信號(hào)發(fā)生器性能的指標(biāo)也不止上述幾項(xiàng)，各生產(chǎn)廠家出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及采用的術(shù)語(yǔ)也可能不完全一致。 本節(jié)僅介紹信號(hào)發(fā)生器中最常用的一些基本的性能指標(biāo)。 7.1

17、.2 通用信號(hào)發(fā)生器的組成通用信號(hào)發(fā)生器的組成 一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 由主振級(jí)、連續(xù)衰減器電位器）、電壓放大器、輸出衰減器、匹配變壓器阻抗變換和檢測(cè)用電壓表等組成。 設(shè)R1R2R，C1=C2=C時(shí)，振蕩頻率為 f = =一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理一、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 主振級(jí)：一般采用RC正弦波振蕩器。尤以文氏電橋振蕩器為最多。圖中R1、C1 、R2、C2組成正反饋電路，決定振蕩頻率；R3、R4組成負(fù)反饋電路，可自動(dòng)穩(wěn)頻。221121CRCRRC21 主振級(jí)產(chǎn)生的正弦信號(hào)經(jīng)連續(xù)衰減器W、電壓放大器和輸出衰減器后直接作為信號(hào)發(fā)生器的一路輸出，稱(chēng)電壓輸出。輸出衰

18、減器可對(duì)輸出的電壓進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，通常采用電阻式衰減器。 該信號(hào)再經(jīng)功率放大器放大后能輸出較大的功率，稱(chēng)功率輸出。輸出變壓器用來(lái)匹配不同的負(fù)載阻抗，以獲得最大功率輸出。 監(jiān)測(cè)器實(shí)際上是一個(gè)簡(jiǎn)易的電壓表，通過(guò)開(kāi)關(guān)K進(jìn)行可監(jiān)測(cè)輸出電壓或輸出功率。 7.1.2 通用信號(hào)發(fā)生器的組成通用信號(hào)發(fā)生器的組成 二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 它的組成和高頻發(fā)射機(jī)很相似。 主振級(jí)產(chǎn)生一定頻率范圍的正弦信號(hào)；經(jīng)緩沖級(jí)減弱調(diào)制級(jí)對(duì)主振級(jí)的影響送到調(diào)制級(jí)進(jìn)行幅度調(diào)制和放大，然后再送到輸出級(jí)保證一定的輸出電平調(diào)節(jié)和源阻抗）。與主振級(jí)諧振回路耦合的可變電抗器用來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 內(nèi)調(diào)振蕩器提供音頻正弦信號(hào)

19、，監(jiān)測(cè)器檢測(cè)載波電平和調(diào)制指數(shù)。 二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 通用高頻信號(hào)發(fā)生器的主振級(jí)主要是一個(gè)通用高頻信號(hào)發(fā)生器的主振級(jí)主要是一個(gè)LC自激正弦波振自激正弦波振蕩器，高頻信號(hào)發(fā)生器的有效頻率范圍、頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度、蕩器，高頻信號(hào)發(fā)生器的有效頻率范圍、頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度、頻率純度等工作特性主要是由主振級(jí)來(lái)決定的。頻率純度等工作特性主要是由主振級(jí)來(lái)決定的。 主振級(jí)一般應(yīng)該能連續(xù)覆蓋一個(gè)頻段。例如，整個(gè)高頻段主振級(jí)一般應(yīng)該能連續(xù)覆蓋一個(gè)頻段。例如，整個(gè)高頻段200kHz30MHz），這就要求主振級(jí)在電路上和結(jié)構(gòu)上都能），這就要求主振級(jí)在電路上和結(jié)構(gòu)上都能便于頻率轉(zhuǎn)換和調(diào)

20、節(jié)。便于頻率轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。 由于主振級(jí)的工作頻率范圍很寬，因此不要采用過(guò)于復(fù)雜的由于主振級(jí)的工作頻率范圍很寬，因此不要采用過(guò)于復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，最好只用一個(gè)可調(diào)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。例如，電電路結(jié)構(gòu)，最好只用一個(gè)可調(diào)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。例如，電感三點(diǎn)式振蕩電路和變壓器耦合式振蕩電路只需要一個(gè)可變電容感三點(diǎn)式振蕩電路和變壓器耦合式振蕩電路只需要一個(gè)可變電容器。器。（一通用高頻信號(hào)發(fā)生器的主振級(jí)：（一通用高頻信號(hào)發(fā)生器的主振級(jí)：二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 所謂調(diào)幅是在保證載波信號(hào)頻率及相位固定不變的情況下，所謂調(diào)幅是在保證載波信號(hào)頻率及相位固定不變的情況下，使其幅度按給定規(guī)

21、律變化的過(guò)程。使其幅度按給定規(guī)律變化的過(guò)程。 為了減少調(diào)幅過(guò)程中可能產(chǎn)生的載頻偏移和寄生調(diào)頻，主振為了減少調(diào)幅過(guò)程中可能產(chǎn)生的載頻偏移和寄生調(diào)頻，主振級(jí)和調(diào)制級(jí)之間應(yīng)加入緩沖放大器。級(jí)和調(diào)制級(jí)之間應(yīng)加入緩沖放大器。 在現(xiàn)代射頻信號(hào)發(fā)生器中，最常采用的調(diào)制器是二極管環(huán)形在現(xiàn)代射頻信號(hào)發(fā)生器中，最常采用的調(diào)制器是二極管環(huán)形調(diào)制器和調(diào)制器和PIN二極管調(diào)制器，二極管調(diào)制器， 本節(jié)僅討論本節(jié)僅討論P(yáng)IN二極管調(diào)制器。二極管調(diào)制器。（二調(diào)制（二調(diào)制-調(diào)幅調(diào)幅二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 （二調(diào)制（二調(diào)制-調(diào)幅調(diào)幅流過(guò)PIN二極管的電流i與高頻輸人電壓u之間又存在如下關(guān)系式 若把高

22、頻輸入電壓u作為載波信號(hào)電壓，偏流If正比于調(diào)制信號(hào)，則PIN可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制。uIkRuifri1（二調(diào)制（二調(diào)制-調(diào)頻調(diào)頻 現(xiàn)代高頻信號(hào)發(fā)生器基本上都是采用變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。現(xiàn)代高頻信號(hào)發(fā)生器基本上都是采用變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。圖例如下：圖例如下：二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 現(xiàn)代高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)電路一般包括寬帶放大器、濾現(xiàn)代高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出級(jí)電路一般包括寬帶放大器、濾波器、自動(dòng)電平控制波器、自動(dòng)電平控制ALC電路和輸出衰減器等部分。電路和輸出衰減器等部分。 本節(jié)重點(diǎn)討論自動(dòng)電平控制電路以及衰減器。本節(jié)重點(diǎn)討論自動(dòng)電平控制電路以及衰減器。（三輸出級(jí)（三輸出

23、級(jí)ALCALC電路的作用：電路的作用： 使信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度隨頻率變化時(shí)有平直的輸出電平；使信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度隨頻率變化時(shí)有平直的輸出電平； 改善信號(hào)發(fā)生器的源阻抗特性，提高反射系數(shù)和衰減量值的測(cè)改善信號(hào)發(fā)生器的源阻抗特性，提高反射系數(shù)和衰減量值的測(cè)量準(zhǔn)確度。量準(zhǔn)確度。1 1，自動(dòng)電平控制，自動(dòng)電平控制ALCALC電路電路（三輸出級(jí)（三輸出級(jí) ALC ALC電路通常由調(diào)制器、寬帶放大器、射頻檢波器、電路通常由調(diào)制器、寬帶放大器、射頻檢波器、ALCALC環(huán)路環(huán)路等組成。等組成。QF1076QF1076型信號(hào)發(fā)生器型信號(hào)發(fā)生器(10(10520MHz)520MHz)的的ALCALC電路如下電路

24、如下二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理二、高頻信號(hào)發(fā)生器組成原理 （三輸出級(jí)（三輸出級(jí) 在一些測(cè)試場(chǎng)所，例如過(guò)載特性、天線及衰減器的測(cè)試，在一些測(cè)試場(chǎng)所，例如過(guò)載特性、天線及衰減器的測(cè)試，希望信號(hào)源有較高的輸出電平。在另外一些測(cè)試場(chǎng)所，例如接希望信號(hào)源有較高的輸出電平。在另外一些測(cè)試場(chǎng)所，例如接收機(jī)靈敏度、放大器、噪聲的測(cè)試，則要求信號(hào)源有較低的輸收機(jī)靈敏度、放大器、噪聲的測(cè)試，則要求信號(hào)源有較低的輸出電平。出電平。 因而，現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器要求應(yīng)能對(duì)從因而，現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器要求應(yīng)能對(duì)從0.1VlV或或2V范圍內(nèi)的輸出電平內(nèi)進(jìn)行連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。許多信號(hào)源輸出級(jí)范圍內(nèi)的輸出電平內(nèi)進(jìn)行連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。許多信號(hào)源

25、輸出級(jí)采用了高達(dá)采用了高達(dá)13節(jié)或節(jié)或14節(jié)的步進(jìn)衰減器，并且還加有一個(gè)微調(diào)電節(jié)的步進(jìn)衰減器，并且還加有一個(gè)微調(diào)電路，以便在路，以便在10dB內(nèi)提供微調(diào)。內(nèi)提供微調(diào)。 1 1，自動(dòng)電平控制，自動(dòng)電平控制ALCALC電路電路2 2，衰減器，衰減器 （三輸出級(jí)（三輸出級(jí) 電阻衰減器的下限工作頻率可以延伸到直流，上限可做到電阻衰減器的下限工作頻率可以延伸到直流，上限可做到1 000MHz，甚至更高。此外，它還具有衰減范圍大、幅頻特性好，甚至更高。此外，它還具有衰減范圍大、幅頻特性好，衰減準(zhǔn)確度高，駐波電壓系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。是現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器使衰減準(zhǔn)確度高，駐波電壓系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。是現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器使用最廣泛的

26、衰減器。用最廣泛的衰減器。 2，衰減器，衰減器 為獲得準(zhǔn)確而恒定的輸人和輸出阻抗，信號(hào)發(fā)生器的電阻為獲得準(zhǔn)確而恒定的輸人和輸出阻抗，信號(hào)發(fā)生器的電阻步進(jìn)衰減器總是采用步進(jìn)衰減器總是采用型、型、T T型的四端網(wǎng)絡(luò)。型的四端網(wǎng)絡(luò)。 （三輸出級(jí)（三輸出級(jí)2，衰減器，衰減器 相同的情況下，T 型衰減器所用的電阻具有較小的阻值，因此T型衰減器具有更好的頻率特性?，F(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器的10dB步進(jìn)和1dB步進(jìn)衰減器主要采用T型電路。 根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)理論，若給出衰減器特性阻抗根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)理論，若給出衰減器特性阻抗 R0 R0 和電壓衰和電壓衰減系數(shù)減系數(shù) N N，那么，那么“T T型衰減器型衰減器中的電阻值可按以下

27、公式計(jì)算中的電阻值可按以下公式計(jì)算1101NNRR12202NNRR實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器100kHz100kHz35MHz35MHz衰減器電路衰減器電路 該信號(hào)發(fā)生器沒(méi)有設(shè)置ALC電路，為了方便輸出幅度的測(cè)量，設(shè)置了電壓表V，并在調(diào)制和緩沖放大電路設(shè)置了載波幅度調(diào)節(jié)電位器，一般使電壓表V指示在1V紅色校正線上。 衰減器電路由細(xì)調(diào)電位器P、步級(jí)衰減器和終端分壓器組成。細(xì)調(diào)電位器P的度盤(pán)刻度共分十大格,每大格又分十小格, 組成了1 100衰減器。 “01V插孔可輸出V以下的高頻信號(hào)。 步級(jí)衰減器每級(jí)20dB，配合細(xì)調(diào)電位計(jì)P，可在“00.1V端輸出任意微小的電壓，并能以V為單位讀出

28、其幅度值。 實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器100kHz100kHz35MHz35MHz衰減器電路衰減器電路 由于該信號(hào)發(fā)生器沒(méi)有設(shè)置ALC電路，為了方便輸出幅度的測(cè)量，設(shè)置了電壓表V，并在調(diào)制和緩沖放大電路設(shè)置了載波幅度調(diào)節(jié)電位器，一般使電壓表V指示在1V紅色校正線上。衰減器電路由細(xì)調(diào)電位器衰減器電路由細(xì)調(diào)電位器P P、步級(jí)衰減器和終端分壓器組成。、步級(jí)衰減器和終端分壓器組成。實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)際高頻信號(hào)發(fā)生器100kHz100kHz35MHz35MHz衰減器電路衰減器電路 衰減器電路由細(xì)調(diào)電位器衰減器電路由細(xì)調(diào)電位器P P、步級(jí)衰減器和終端分壓器組成。、步級(jí)衰減器和終端分壓器組成。

29、細(xì)調(diào)電位器P的度盤(pán)刻度共分十大格,每大格又分十小格, 組成了1 100衰減器。 “01V插孔可輸出V以下的高頻信號(hào)。 步級(jí)衰減器每級(jí)20dB，配合細(xì)調(diào)電位計(jì)P，可在“00.1V端輸出任意微小的電壓，并能以V為單位讀出其幅度值。 7.1 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 7.1.3 7.1.3 合成信號(hào)發(fā)生器的組成合成信號(hào)發(fā)生器的組成 合成信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)或多個(gè)晶體作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用合成信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)或多個(gè)晶體作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用電路的加、減、乘、除而產(chǎn)生一系列的離散頻率，因此合成信電路的加、減、乘、除而產(chǎn)生一系列的離散頻率，因此合成信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)具有很強(qiáng)的頻率精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)

30、具有很強(qiáng)的頻率精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。 合成信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的改變是基于對(duì)環(huán)路分頻比，合合成信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的改變是基于對(duì)環(huán)路分頻比，合成信號(hào)發(fā)生器一般都采用微處理器系統(tǒng)作為控制器。成信號(hào)發(fā)生器一般都采用微處理器系統(tǒng)作為控制器。 合成信號(hào)發(fā)生器的基本組成框圖合成信號(hào)發(fā)生器的基本組成框圖 合成信號(hào)發(fā)生器的核心部件可大致分為頻率合成部分和輸出合成信號(hào)發(fā)生器的核心部件可大致分為頻率合成部分和輸出部分含寬帶放大、步進(jìn)衰減及部分含寬帶放大、步進(jìn)衰減及ALCALC電路等）。電路等）。 頻率合成部分用于產(chǎn)生用戶置定的頻率；頻率合成部分用于產(chǎn)生用戶置定的頻率； 輸出部分用于控制用戶置定的輸出幅度。使用時(shí)，用戶只

31、要輸出部分用于控制用戶置定的輸出幅度。使用時(shí)，用戶只要通過(guò)儀器面板的按鍵輸入數(shù)據(jù)對(duì)頻率合成的頻率和輸出幅度值進(jìn)通過(guò)儀器面板的按鍵輸入數(shù)據(jù)對(duì)頻率合成的頻率和輸出幅度值進(jìn)行置定并能予以顯示），便能輸出所需信號(hào)。行置定并能予以顯示），便能輸出所需信號(hào)。 典型合成信號(hào)發(fā)生器的面板布置圖典型合成信號(hào)發(fā)生器的面板布置圖 上半部分為顯示區(qū)，下半部分為控制區(qū)。在控制區(qū)中，各控制鍵按調(diào)制、載波、單位等不同功能分類(lèi)排列，因而操作簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)。 儀器的操作是通過(guò)操作鍵盤(pán)形成一定格式的指令，再由微處理器按指令去控制信號(hào)發(fā)生器中相應(yīng)的功能部件。 按鍵應(yīng)按Frequency123.456MHz 的順序操作。在按數(shù)字鍵和

32、單位鍵時(shí)，顯示器應(yīng)顯示相應(yīng)的數(shù)字和單位。在這里，單位鍵還兼做執(zhí)行鍵，當(dāng)微處理器判定執(zhí)行鍵按下時(shí)，就會(huì)對(duì)從鍵盤(pán)輸入的數(shù)字、單位和小數(shù)點(diǎn)的位置碼進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)碼通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到頻率合成部分。 例如，若需要信號(hào)發(fā)生器輸出例如，若需要信號(hào)發(fā)生器輸出123.456MHz123.456MHz的頻率時(shí)，的頻率時(shí)，7.1 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 7.1.3 7.1.3 合成信號(hào)發(fā)生器的組成合成信號(hào)發(fā)生器的組成 頻率合成的方法：頻率合成的方法：1、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法2、 鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法 （間接頻率合成法（間接頻率合成法 ）3、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法 與以

33、與以RCRC或或LCLC自激振蕩為主振級(jí)的信號(hào)發(fā)生器相比，信號(hào)源自激振蕩為主振級(jí)的信號(hào)發(fā)生器相比，信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度可以提高的頻率穩(wěn)定度可以提高3 34 4個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 頻率合成的方法：頻率合成的方法： 利用倍頻、分頻、混頻及濾波等技術(shù)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)利用倍頻、分頻、混頻及濾波等技術(shù)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需要的頻率。由于倍頻、分頻、混頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生所需要的頻率。由于倍頻、分頻、混頻及濾波大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以這種方法稱(chēng)為直接頻及濾波大多是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以這種方法稱(chēng)為直接模擬頻率合成法。模擬頻率合成法。 優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，頻率切換速度快，相位噪

34、聲低。優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，頻率切換速度快，相位噪聲低。 缺乏：需要大量混頻器、分頻器和濾波器，難于集成化，缺乏：需要大量混頻器、分頻器和濾波器，難于集成化，所以體積大，價(jià)格昂貴。所以體積大，價(jià)格昂貴。 1 1、 直接模擬頻率合成法直接模擬頻率合成法 目前合成信號(hào)發(fā)生器主要采用鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻目前合成信號(hào)發(fā)生器主要采用鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成兩種方法，但由于直接模擬頻率合成法具有頻率切換速率合成兩種方法，但由于直接模擬頻率合成法具有頻率切換速度快、相位噪聲低等突出優(yōu)點(diǎn)，目前還有應(yīng)用。度快、相位噪聲低等突出優(yōu)點(diǎn)，目前還有應(yīng)用。 直接模擬頻率合成的典型例子直接模擬頻率合成的典型例子 近年來(lái)

35、發(fā)展起來(lái)的一種新的頻率合成技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)按照一定的地址關(guān)系，讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的正弦取樣值，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到一定頻率的正弦信號(hào)。該方法不僅可以直接產(chǎn)生正弦信號(hào)的頻率，而且還能可以給出初始相位，甚至可以給出不同形狀的任意波形，這是前兩種方法無(wú)法做到的。 利用鎖相環(huán)PLL把壓控振蕩器VCO的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，同時(shí)，利用一個(gè)基準(zhǔn)頻率，通過(guò)不同形成的鎖相環(huán)合成所需的各種頻率。由于鎖相頻率合成的輸出頻率間接取自VCO，所以該方式也稱(chēng)間接頻率合成法。 優(yōu)點(diǎn)：鎖相環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，節(jié)省了大量濾波器，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，且易于集成化、易于計(jì)算機(jī)控制。 缺乏：頻率切換時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。2鎖相頻率合成

36、法鎖相頻率合成法3直接數(shù)字頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法7.2 鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器鎖相頻率合成信號(hào)發(fā)生器7.2.1 7.2.1 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式 基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán) 倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán) 分頻鎖相環(huán)分頻鎖相環(huán) 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 組合式鎖相環(huán)組合式鎖相環(huán) 小數(shù)分頻鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán) 在鎖相頻率合成器中，可以利用一個(gè)基本鎖相環(huán)把壓控振蕩器VCO的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，也可以通過(guò)不同形式的的鎖相環(huán)對(duì)基準(zhǔn)頻率頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算，合成所需的頻率。 7.2.1 7.2.1 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式 基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán) 基本鎖相環(huán)是由鑒相器PD）、環(huán)路濾波器L

37、PF和壓控振蕩器VCO組成的閉合環(huán)路，基本形式如圖 基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán) 當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間只存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差，即 fo= fi。鎖相合成法正是利用鎖相環(huán)的這一特性，把VCO的輸出頻率穩(wěn)定在基準(zhǔn)頻率上，并把輸出頻率穩(wěn)定度提高到與基準(zhǔn)頻率同一量級(jí)。 通常， fi 是石英晶體振蕩器的振蕩頻率，頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-8數(shù)量級(jí)，因而，環(huán)路鎖定時(shí)，普通振蕩器VCO的輸出頻率穩(wěn)定度就可提高到與石英晶體振蕩器頻率同一量級(jí)，這是LC、RC振蕩器所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。 2. 倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算的鎖相環(huán)稱(chēng)倍頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)倍頻環(huán)。它有數(shù)字

38、倍頻環(huán)和脈沖倍頻環(huán)兩種形式。 在相位比較器中進(jìn)行比較的兩個(gè)信號(hào)的頻率是 fi 和 fo/N。很顯然，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，有fi = foN，即fo = N fi，從而達(dá)到倍頻。改變分頻器的分頻系數(shù)N，就能改變數(shù)字倍頻環(huán)的倍頻系數(shù)。 由于 fi 是由晶體振蕩送來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)，因此輸出信號(hào) fo 也具有與基準(zhǔn)信號(hào)相同等級(jí)的頻率穩(wěn)定度。 在實(shí)際的數(shù)字倍頻環(huán)中，為了提高 VCO 的工作穩(wěn)定性，分頻器的分頻系數(shù)一般分為固定分頻器和可變分頻器兩部分。3. 分頻鎖相環(huán)分頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行除法運(yùn)算的鎖相環(huán)稱(chēng)分頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)分頻環(huán)。它有分字倍頻環(huán)和脈沖分頻環(huán)兩種形式。 分頻環(huán)的原理可參照上述倍頻環(huán)的原理進(jìn)行

39、分析，不再贅述。2. 倍頻鎖相環(huán)倍頻鎖相環(huán)4. 4. 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 能對(duì)輸入頻率進(jìn)行加、減運(yùn)算的鎖相環(huán)叫混頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)能對(duì)輸入頻率進(jìn)行加、減運(yùn)算的鎖相環(huán)叫混頻鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)混頻環(huán)。它是在基本鎖相環(huán)支路中加入混頻器稱(chēng)混頻環(huán)。它是在基本鎖相環(huán)支路中加入混頻器 M M和和 帶通濾波帶通濾波器器 BPF BPF 形成的。形成的。 如果混頻器是差頻式，那么 fi1 = fo- fi2，即輸出頻率為 fo = fi1 + fi2； 如果混頻器是和頻式，那么 fi1 = fo+fi2 ，即輸出頻率為 fo = fi1 - fi2 。 4. 4. 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 混頻環(huán)在頻率合成器中可用來(lái)提供頻率

40、連續(xù)可調(diào)的輸出信號(hào)。 設(shè)晶體振蕩器的輸出頻率 fi1 = 2000kHz；內(nèi)插振蕩器的輸出頻率 fi2 =5060kHz；混頻器是差頻式。則合成后的輸出頻率fo = 20502060kHz連續(xù)可調(diào)。 內(nèi)插振蕩器一般采用LC振蕩器，其頻率穩(wěn)定度較低，但混頻環(huán)輸出頻率的穩(wěn)定度仍能維持在輸出頻率穩(wěn)定度的量級(jí)上 設(shè)晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度為110-6/日，即fi1 =2Hz/d，內(nèi)插振蕩器頻率穩(wěn)定度為110-4/日，即fi2=6Hz/日。因?yàn)?fo= fi1 + fi2，根據(jù)誤差公式，得fo =fi1 + fi2 ，則輸出頻率穩(wěn)定度為fo/ fo 410-6/日，仍與基準(zhǔn)頻率的穩(wěn)定度在同一量級(jí)。 可見(jiàn)，

41、利用混頻環(huán)，不僅能實(shí)現(xiàn)10kHz范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，而且fo 的頻率穩(wěn)定度仍可保持與晶振頻率穩(wěn)定度在同一量級(jí)。4. 4. 混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán) 單個(gè)鎖相環(huán)很難覆蓋較寬的頻率范圍。實(shí)際的合成信號(hào)發(fā)生器往往通過(guò)多種鎖相環(huán)組合而成。4. 4. 組合式鎖相環(huán)組合式鎖相環(huán)一個(gè)由混頻環(huán)和倍頻環(huán)組成的雙環(huán)合成單元，如下圖一個(gè)由混頻環(huán)和倍頻環(huán)組成的雙環(huán)合成單元，如下圖由倍頻環(huán)可得由倍頻環(huán)可得fo1 = N fi1，由混頻環(huán)可得由混頻環(huán)可得fo2 = fi1 + fi2 ，則則fo2 = N fi1 + fi2 調(diào)諧VCO1使倍頻環(huán)鎖定在N fi1上，能夠?qū)崿F(xiàn)在很寬范圍內(nèi)的點(diǎn)頻覆蓋； 調(diào)諧內(nèi)插振蕩器的輸出頻率，可

42、以實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)點(diǎn)頻之間頻率的連續(xù)可調(diào)。 若要實(shí)現(xiàn)在該頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，只需設(shè)計(jì)使混頻環(huán)中的內(nèi)插振蕩器輸出頻率fi2在100110 kHz之間連續(xù)可調(diào)，就可以把fi2 的10kHz連續(xù)可調(diào)范圍“插入到N fi1的每?jī)蓚€(gè)相鄰鎖定點(diǎn)的間隔頻率之間，實(shí)現(xiàn)fo2在340051000 kHz的連續(xù)可調(diào)。 例如，若要求fo2 = 4235.5 kHz， 第一步，調(diào)節(jié)VCO1，使之鎖定在4130kHzN=413）， 第二步，調(diào)節(jié)內(nèi)插震蕩器，使其輸出頻率fi2=105.5 kHz，則通過(guò)混頻環(huán)最后可合成 fo2 = 4130+105.5 = 4235.5kHz。 例如，若fi1 = 10kHz，N = 300

43、500，則倍頻環(huán)輸出范圍為30005000kHz，間隔為10kHz，共170個(gè)點(diǎn)頻。4. 4. 小數(shù)分頻鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán) 采用多環(huán)單元可以使分辨力得以提高，但將使電路復(fù)雜，而且是有限度的。例要得到1Hz的分辨力，其電路的復(fù)雜程度在實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的。 所謂小數(shù)分頻是一種平均效果，實(shí)際上每次分頻的分頻系數(shù)都是整數(shù)，但每次分頻的分頻系數(shù)不一樣。 若平時(shí)倍頻鎖相環(huán)的分頻器按N 模式工作，但每P個(gè)fi 的周期，就使分頻器按(N+1模式工作一次，則該分頻器等效分頻系數(shù)應(yīng)為 ，這說(shuō)明它具有小數(shù)分頻能力。顯然，這時(shí)鎖相環(huán)的輸出頻率為)1(PN iofPNf)1( 設(shè)設(shè)N =18，P =10，則等效的分頻

44、系數(shù)為，則等效的分頻系數(shù)為18.1。假。假設(shè)設(shè) fi 為為10 kHz，那么，那么 fo=181 kHz。使分辨力由。使分辨力由10kHz提高到提高到1 kHz。分頻系數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后面的位數(shù)。分頻系數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后面的位數(shù)越多，分辨力就越高。越多，分辨力就越高。 HP3325型合成型合成發(fā)生器采用的小數(shù)發(fā)生器采用的小數(shù)分頻鎖相環(huán)框圖。分頻鎖相環(huán)框圖。 虛線框內(nèi)的電路是為實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻而加入的，其他部分與普通鎖相環(huán)基本相同。小數(shù)寄存器用于存放分頻系數(shù)的小數(shù)部分，由微處理器送入。在輸入信號(hào)i 的作用下，相位累加器將逐周期地對(duì)存入的小數(shù)部分進(jìn)行累加，當(dāng)累加器計(jì)滿時(shí)，它輸出一個(gè)溢出脈沖去控制脈沖消除電路，扣除

45、輸出信號(hào)o中的一個(gè)脈沖，使環(huán)路按（N+1的模式工作。然后，環(huán)路又回復(fù)到N模式，直到累加器的下一次溢出。 平時(shí)環(huán)路按N模式工作時(shí)，當(dāng)環(huán)路變?yōu)榘矗∟+1的模式工作時(shí)，N 的相位將會(huì)突然滯后i 一個(gè)相位，所以鑒相器的輸出電壓將呈鋸齒波，其周期等于PTi。由于值較大，這個(gè)鋸齒波將很難被環(huán)路濾波器平滑，從而會(huì)對(duì)VCO產(chǎn)生寄生調(diào)頻。為了改善輸出信號(hào)的頻譜純度，需要對(duì)的鋸齒波進(jìn)行補(bǔ)償，為此，在電路中加入了一個(gè)/轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)累加器的存數(shù)進(jìn)行/轉(zhuǎn)換。由于累加器的存數(shù)隨N相位的遞增而遞加，因此/變換器的輸出電壓a也呈鋸齒波，其周期為PTi。讓a與在環(huán)路濾波器前反向疊加，則可期望疊加電壓在環(huán)路鎖定的時(shí)侯是平滑的。

46、 小數(shù)分頻法的頻率分辨力主要取決于累加器的容量，而累加器的容量可以很大，因此小數(shù)合成環(huán)的頻率分辨力是很高的。HP3325A 型信號(hào)發(fā)生器采用了小數(shù)合成環(huán)，其頻率分辨力高達(dá)10-6HZ環(huán)路的參考頻率 fi =100kHZ）。 目前，帶有鎖相環(huán)的頻率合成器無(wú)論在理論上或是在制作上都已達(dá)到成熟階段，而且實(shí)現(xiàn)了集成化。 集成化的鎖相環(huán)器件分為專(zhuān)用的集成鎖相環(huán)電路定制LIC和通用型集成鎖相環(huán)。在生產(chǎn)數(shù)量少、品種多的設(shè)備中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選擇通用型集成鎖相環(huán)。 7.2.2 通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器 該系列芯片有CD4046、74HC/74VHC4046、74VHC9046多種類(lèi)型

47、，它們內(nèi)部構(gòu)成、引腳配置及性能稍有不同， 例如，CD4046的最高頻率約1MHz，而74HC4046約為10MHz。另外，不同公司的同一類(lèi)型芯片其性能也可能有差別。一、一、74HC 4046 集成鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)7.2.2 通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器 它由一個(gè)線性VOC和三個(gè)相位比較器組成，使用時(shí)，只要在外部增加環(huán)路濾波器就可以構(gòu)成一個(gè)基本鎖相環(huán)。 一、一、74HC 4046 集成鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)二、二、74HC 4046 集成鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)集成鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì) 頻率合成器可分為基本PLL部分和輸出部分。 在基本PLL部分，晶振頻率為10.24MHz，通

48、過(guò)1024分頻可得到10kH z的基準(zhǔn)頻率；分頻器設(shè)定為110011000，使VCO產(chǎn)生的信號(hào)頻率范圍為110MHz。 輸出部分設(shè)計(jì)有量程選擇器和緩沖器。 輸出部分有量程選擇器和緩沖器，PLL電路輸出的信號(hào)經(jīng)6級(jí)1/10分頻選擇，可以得到下述7個(gè)量程頻率范圍的輸出信號(hào) 10H z量程：頻率范圍為110Hz，分辨力為10mHz； 100H z量程：頻率范圍為10100Hz，分辨力為100mHz； 1kH z量程：頻率范圍為100Hz1kHz ，分辨力為1Hz； 10kHz量程：頻率范圍為110kHz，分辨力為10Hz； 100kHz量程：頻率范圍為10100kHz，分辨力為100Hz； 1MH

49、z量程：頻率范圍為100 kHz1MHz，分辨力為1kHz； 10MH z量程：頻率范圍為110MHz，分辨力為10kH z 基本基本PLL部分的電路部分的電路 基準(zhǔn)時(shí)鐘電路主要由74HC4060和10.24 MHz晶體振子組成。4060內(nèi)有振蕩電路和分頻器，產(chǎn)生的頻率為10.24 MHz經(jīng)內(nèi)部1024分頻后得到了穩(wěn)定的10kHz基準(zhǔn)時(shí)鐘。圖中可調(diào)電容CV1用于對(duì)輸出頻率進(jìn)行微調(diào)，可以得到約50ppm的頻率精度?；净綪LL部分的電路部分的電路 由于片內(nèi)相位比較器和VCO在封裝時(shí)公用一個(gè)地，這樣相位比較器在公共阻抗上產(chǎn)生的脈沖電壓可能會(huì)混入VCO的輸入信號(hào)中。為了避免兩者之間的干擾，使用了兩

50、片74HC4046，使相位比較器與VCO獨(dú)立，這樣相位比較器輸出的脈沖就不會(huì)影響VCO。 為了使VCO輸出的頻率范圍能達(dá)到10倍，在74HC4046的引腳R1端接入了穩(wěn)壓二極管D1，使VCO的控制電壓按指數(shù)函數(shù)規(guī)律增加，展寬了VCO輸出的頻率范圍。 TC9198P是一種可編程的分頻器脈沖吞沒(méi)式計(jì)數(shù)器。當(dāng)MODE引腳接高電平時(shí)，器件設(shè)定為可編程的分頻器，并要求輸入并行的數(shù)據(jù)為BCD碼。在本電路中，D17引腳接高電平，D16引腳接地，則分頻器的最大設(shè)定范圍應(yīng)為59999，本電路使用的設(shè)定范圍為9999999。輸出部分的電路輸出部分的電路 輸出部分的電路輸出部分的電路 頻率合成器輸出部分量程選擇電路

51、由3個(gè)雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390和1個(gè)8路選擇器74HC151組成。74HC390芯片構(gòu)成6級(jí)10分頻器，各級(jí)10分頻器的輸出再由IC74HC151進(jìn)行選擇，從而得到7個(gè)量程頻率范圍的切換。 輸出緩沖采用能輸出較大電流的高速緩沖器74AC540。若只使用單個(gè)74AC540，驅(qū)動(dòng)50負(fù)載時(shí)電流不夠，因此采用4個(gè)緩沖電路在同一封裝內(nèi)并聯(lián)以增大驅(qū)動(dòng)電流，每個(gè)緩沖器的輸出端都串聯(lián)接入了一個(gè)200的電阻，總輸出阻抗為20。7.2.3 合成信號(hào)發(fā)生器頻率合成單元合成信號(hào)發(fā)生器頻率合成單元 本節(jié)以MG31A和8660C兩種頻率合成信號(hào)發(fā)生器為例，側(cè)重討論頻率合成單元的組成原理及程控方法。 一、一、AG31

52、A型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器 MG31A合成源的輸出頻率為10Hz到999.9999kHz。 它由頻率合成和輸出兩部分組成，其中，頻率合成部分含基本頻率、細(xì)度盤(pán)振蕩器、七個(gè)十進(jìn)制頻率合成子單元。它的輸出頻率決定于“0.1Hz”“100kHz這七個(gè)十進(jìn)制頻率度盤(pán)的步位09）。 MG31A合成源由頻率合成和輸出兩部分組成，其中，頻率合成部分含基本頻率、細(xì)度盤(pán)振蕩器、七個(gè)十進(jìn)制頻率合成子單元。它的輸出頻率決定于“0.1Hz”“100kHz這七個(gè)十進(jìn)制頻率度盤(pán)的步位09）。一、一、AG31A型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器 基本頻率單元中，1MHz

53、的標(biāo)準(zhǔn)頻率利用分頻和倍頻電路分別得到100kHz和5MHz信號(hào)，作為標(biāo)準(zhǔn)頻率送到有關(guān)部分。 頻率合成部分由0.1Hz子單元到100kHz子單元七級(jí)組成，各級(jí)電路相同。每級(jí)子單元都有兩個(gè)鎖相環(huán)路：下面鎖相環(huán)路中有一組晶體振蕩器，用一個(gè)波段開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換十塊晶體，其輸出頻率分別為4.5 MHz、4.6 MHz5.4MHz，共分十擋09），每擋相差100kHz；上面環(huán)路中有一個(gè)壓控振蕩器，其變?nèi)荻O管的直流電壓由同一個(gè)波段開(kāi)關(guān)來(lái)改變，使其工作在所需頻率附近。再由鑒相器來(lái)的直流電壓使其準(zhǔn)確地鎖定于所需的頻率上。環(huán)路中的低通濾波器的截止頻率fc = 700 kHz。 輸出部分中有一個(gè)混頻器。它的一個(gè)信號(hào)來(lái)自1

54、00kHz子單元，另一個(gè)信號(hào)5MHz來(lái)自基本頻率單元，取其差頻即得到所需的輸出頻率。二、二、 8660C型合成型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器成器 8660C型合成信號(hào)發(fā)生器是程控式合成信號(hào)發(fā)生器，其輸出頻率為10kHz到110MHz，分辨力為1Hz，輸出頻率可由面板上的鍵盤(pán)控制。 8660C頻率合成信號(hào)發(fā)生器的簡(jiǎn)化方框圖如圖。圖中主要畫(huà)出了與頻率合成有關(guān)的部分。 8660C合成單元主要有參考頻率環(huán)，低頻環(huán)N1、N2、N3，相加環(huán)1、2和高頻環(huán)等單元組成。各環(huán)路中的分頻器和D/A轉(zhuǎn)換器所需要輸入的數(shù)據(jù)由數(shù)控單元通過(guò)對(duì)應(yīng)的端口提供。 低頻環(huán)低頻環(huán)N1N1的分析的分析 系統(tǒng)規(guī)定低頻環(huán)

55、N1的輸出頻率范圍是19.829.70MHz。壓控振蕩器的輸出送入環(huán)路分頻器，分頻器的分頻系數(shù)由數(shù)控單元送到輸入端口的BCD碼數(shù)據(jù)6和7確定。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，分頻器輸出到鑒相器的信號(hào)頻率應(yīng)該為100kHz，所以分頻器分頻系數(shù)的范圍為K1=198/0.12970/0.1=198297。 二、二、 8660C型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器二、二、 8660C型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器型合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成器 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和鑒相器的輸出電壓經(jīng)A放大并相加后給變?nèi)荻O管提供控制電壓，從而使壓控振蕩器準(zhǔn)確地工作在所需的頻率上，該振蕩信號(hào)再經(jīng)VT7放大后輸出。 壓控

56、振蕩器的振蕩回路由L5、C16、C17和變?nèi)荻O管CR3組成，其工作頻率范圍為0.0121.00MHz。7.2.4 典型合成信號(hào)發(fā)生器分析典型合成信號(hào)發(fā)生器分析 QFl480型合成信號(hào)發(fā)生器是一種智能化、全程控的合成信型合成信號(hào)發(fā)生器是一種智能化、全程控的合成信號(hào)發(fā)生器。由合成信號(hào)源電路、輸出電路與控制電路三部分組號(hào)發(fā)生器。由合成信號(hào)源電路、輸出電路與控制電路三部分組成。成。一、合成信號(hào)源電路原理一、合成信號(hào)源電路原理二、輸出級(jí)電路原理二、輸出級(jí)電路原理三、控制單元工作原理三、控制單元工作原理 由主鎖相環(huán)、800/40MHz鎖相環(huán)、子合成器、FM功能電路、10MHz基準(zhǔn)等功能電路組成。電路框圖

57、如圖所示。 一、一、 QFl480型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理 合成信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率范圍為10kHzl050MHz，內(nèi)部電路將其分為三個(gè)頻段：低頻段0.01245 MHz；中頻段245512MHz；高頻段5121050MHz。高頻段和中頻段由主鎖相環(huán)產(chǎn)生。低頻段由固定的800MHz信號(hào)與800.01MHs1045MHz頻率差頻產(chǎn)生，其中，固定的800MHz信號(hào)由800/40MHz鎖相環(huán)產(chǎn)生,其余部分在輸出部分電路中實(shí)現(xiàn)。 主鎖相環(huán)由環(huán)路振蕩器VCO、除2分頻器、單邊帶混頻器SSB、三模預(yù)置分頻器、N分頻器、鑒相器和環(huán)路放大器組成，其中，三模預(yù)置分頻器

58、和N分頻器一起組成了一個(gè)小數(shù)分頻器。主鎖相環(huán)的主要任務(wù)是產(chǎn)生高頻段(512l050MHz)的頻率和除2后產(chǎn)生中頻段(245512MHz)的頻率，此外，主鎖相環(huán)還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制。一、一、 QFl480型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理 主鎖相環(huán)采用了電流型的鑒相器，輸入的參考頻率為lMHz。 VCO是主鎖相環(huán)的核心，它的控制電壓范圍為+2+18V，其輸出信號(hào)的頻率為高頻段(512l050MHz) 的頻率。VCO產(chǎn)生的高頻段信號(hào)經(jīng)除2分頻得到中頻段(245512MH2)的頻率，該中頻段信號(hào)一路經(jīng)耦合電路直接送至輸出電路，另一路和來(lái)自子合成器送來(lái)的20kHz39.

59、995kHz步進(jìn)值為5Hz信號(hào)在單邊帶混頻器中混頻，得到抑制了上邊帶的輸出信號(hào)。設(shè)中頻段的頻率為f1，子合成器來(lái)的信號(hào)為fs，則經(jīng)過(guò)單邊帶混頻器之后，輸出信號(hào)為f1-fs。由三模預(yù)置分頻器和N分頻器組成的小數(shù)分頻器能提供( )的分頻比。 一、一、 QFl480型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理型合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)源電路原理1002mN QFl480 輸出電路完成的功能：降低射頻信號(hào)的諧波失真；產(chǎn)生0.011050MHz的射頻信號(hào)；控制射頻信號(hào)的幅度；實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制以及通過(guò)混頻產(chǎn)生0.01245MHz低頻段信號(hào)。產(chǎn)生AM、FM所需調(diào)制信號(hào)的振蕩器電路。 二、二、 輸出級(jí)電路原理輸出級(jí)電路原理

60、合成信號(hào)源來(lái)的頻率通過(guò)7dB增益放大器緩沖放大之后，經(jīng)過(guò)幾個(gè)低通濾波器送至調(diào)制器。調(diào)制器除了完成AM的任務(wù)之外，還于ALC環(huán)路共同完成自動(dòng)電平控制。 輸出部分還能產(chǎn)生10kHz245MHz的低頻段頻率，從而把輸出信號(hào)的頻率擴(kuò)展至10kHz1050MHz。 10kHz245MHz頻段是從基本頻段中的800.01MHz1045MHz頻率與800MHz進(jìn)行差頻得到的。 在輸出部分之后是一個(gè)程控的七節(jié)衰減器(1個(gè)6dB，1個(gè)l2dB，5個(gè)24dB)，負(fù)責(zé)把輸出信號(hào)的電平衰減到最小-127dBm。 輸出部分還包括本機(jī)的內(nèi)調(diào)制振蕩器，產(chǎn)生400Hz和1000Hz兩種調(diào)制頻率。二、二、 輸出級(jí)電路原理輸出級(jí)