信號發(fā)生器原理

1、電子測量技術第2版 主編第五章信號發(fā)生器第一節(jié)概述第二節(jié)低頻信號發(fā)生器第三節(jié)高頻信號發(fā)生器第四節(jié)其他信號發(fā)生器第一節(jié)概述一、信號發(fā)生器的用途圖5-1信號發(fā)生器二、信號發(fā)生器的分類1.按頻率范圍分類第一節(jié)概述表5-1信號發(fā)生器按頻率范圍分類2.按輸出波形分類第一節(jié)概述圖5-2幾種典型信號波形3.按信號發(fā)生器的工作原理分類第一節(jié)概述4.其他的分類方法三、信號發(fā)生器的基本組成信號發(fā)生器的基本構成一般都可用圖5 3所用的原理框圖描述，下面簡要介紹各個部分的作用。圖5-3信號發(fā)生器原理框圖(1) 振蕩器振蕩器是信號發(fā)生器的核心部分，由它產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號。第一節(jié)概述(2) 變換器一般情況下，振

2、蕩器輸出的信號都很弱，需對此信號加以放大。(3) 輸出級基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗，可以是衰減器、匹配變壓器和射極跟隨器等。(4) 指示器基本功能是用來監(jiān)視和顯示輸出信號，可以是電壓表、功率計、頻率計和調(diào)制表等。(5) 電源提供信號發(fā)生器各部分的工作電源電壓。第二節(jié)低頻信號發(fā)生器一、對低頻信號發(fā)生器的一般要求1.頻率2.非線形失真3.輸出電壓4.輸出阻抗二、低頻信號發(fā)生器的基本組成與原理低頻信號發(fā)生器的基本組成框圖如圖5 4所示。圖5-4低頻信號發(fā)生器框圖第二節(jié)低頻信號發(fā)生器1.振蕩器(1) RC振蕩電路RC振蕩電路有RC移相振蕩電路、RC雙T選頻振蕩電路和RC文氏電橋振蕩電路三種

3、。圖5-5電壓反饋式RC文氏電橋振蕩電路第二節(jié)低頻信號發(fā)生器(2) 差頻式低頻振蕩電路差頻式低頻振蕩電路原理框圖如圖5-6所示。圖5-6差頻式低頻振蕩電路原理框圖2.放大器3.輸出級三、低頻信號發(fā)生器的技術指標(以XD1型為例)第二節(jié)低頻信號發(fā)生器1.頻率1) 頻率范圍：1Hz1MHz2) 頻段：第一頻段110Hz3) 頻率的基本誤差：4) 頻率漂移(預熱30min后)。2.頻率特性1) 電壓輸出：-11dB。2) 功率輸出：10Hz100kHz(50、75、150、600和5k)時為-22 dB；100700kHz(50、75、150和600)為-33 dB；100200kHz(5k)為-3

4、3 dB3.輸出1) 電壓輸出：1Hz1MHz大于5V第二節(jié)低頻信號發(fā)生器2) 功率輸出：10Hz700kHz(50、75、150、600)最大功率輸出大于4W4.非線性失真1) 電壓輸出：20Hz20kHz小于0.1%2) 功率輸出：20Hz20kHz小于0.5%5.衰減器1) 電壓輸出：1Hz1MHz范圍內(nèi)，衰減不超過80dB時誤差為-1.51.5dB，衰減到90dB時誤差為-33dB。2) 功率輸出：10Hz100kHz范圍內(nèi)，衰減不超過80dB時誤差為-22dB，衰減到90dB時誤差為-33dB；100kHz700kHz范圍內(nèi)，衰減不超過80dB時誤差為-33dB，衰減到90dB時誤差

5、為-55dB。第二節(jié)低頻信號發(fā)生器6.交流電壓表1) 量程：5V、15V、50V和150V四檔。2) 誤差：2Hz1MHz時為-5%5%。3) 輸入電阻：大于100k。4) 輸入電容：小于50pF。5) 功能：可內(nèi)測、外測，可測對地電壓及與地無關的兩端鈕上的平衡電壓。7.電源8.功率消耗四、測量技能1.準備工作1) 儀器從包裝箱內(nèi)取出后，應在正常氣候條件下放置24h。第二節(jié)低頻信號發(fā)生器2) 將電源線接到220V、50Hz的交流電源上，應注意將三芯電源插頭的地線腳與大地妥善接好，以避免干擾。3) 開機前應將輸出電壓細調(diào)電位器旋至最小，在過載指示燈熄滅后，再逐漸加大輸出電壓幅度。4) 若想達到足

6、夠的頻率穩(wěn)定度，則須預熱30min后再使用。2.使用方法(1) 頻率選擇面板上的六檔按鍵開關用于頻率的選擇。(2) 輸出調(diào)整該儀器有電壓輸出和功率輸出兩組端子。(3) 電壓放大器的使用從電壓放大器可以得到較好的非線性失真系數(shù)(0.1%)、較小的輸出電壓(220V)和小電壓下比較好的信噪比。第二節(jié)低頻信號發(fā)生器(4) 功率放大器的使用使用功率放大器時應先將功率開關按下，以將功率放大器輸入端的信號接通。(5) 阻抗匹配：功率放大器共設有50、75、150、600及5k五種負載值。(6) 保護電路在開機時，過載保護指示燈亮，56s內(nèi)熄滅，表示功率放大器進入工作狀態(tài)。(7) 對稱輸出功率放大器輸出可以

7、不接地，當需要這樣使用時，只要將功率輸出旋鈕與地的連接片取下即可。(8) 工作頻段功率放大器在10700Hz(或5k負載檔為10200kHz)范圍內(nèi)的輸出符合技術條件的規(guī)定。(9) 電壓表電壓表可用于“內(nèi)測量”與“外測量”。3.應用舉例第二節(jié)低頻信號發(fā)生器圖5-7低頻放大器增益測量接線圖第三節(jié)高頻信號發(fā)生器一、對高頻信號發(fā)生器的一般要求1.輸出幅度2.頻率穩(wěn)定度3.調(diào)制特性二、高頻信號發(fā)生器的基本組成與原理圖5-8高頻信號發(fā)生器的基本框圖第三節(jié)高頻信號發(fā)生器1.主振級2.調(diào)制電路(1) 調(diào)頻調(diào)頻一般直接在主振級進行，即直接用調(diào)制信號控制高頻振蕩器回路的某個電抗器件(如變?nèi)荻O管)，使振蕩頻率隨

8、調(diào)制信號的振幅變化。(2) 調(diào)幅調(diào)幅一般在單獨的調(diào)幅級中完成。3.輸出級和檢測級三、高頻信號發(fā)生器的技術指標1.頻率范圍2.頻率刻度誤差1) 固有誤差為-1%1%。2) 工作誤差為-2%2%。第三節(jié)高頻信號發(fā)生器3) 儀器預熱1h后，連續(xù)工作8h內(nèi)頻率漂移為-5%5%，但頻率刻度的絕對誤差，仍應保持1%。3.輸出電壓、阻抗1) 在“01V”插孔輸出，可得01V電壓，最大輸出阻抗為40。2) 在“00.1V”插孔輸出，并使用帶有分壓器的電纜時，在電纜接線柱“0.1”端可得0.110000V電壓，輸出電阻為8；在電纜接線柱“1”端可得0.1100000V電壓，輸出電阻為40。4.載波電壓刻度5.調(diào)

9、幅度范圍6.調(diào)幅度誤差7.調(diào)制頻率第三節(jié)高頻信號發(fā)生器8.輸出端剩余電壓四、測量技能(一) 高頻信號發(fā)生器的使用方法圖5-9XFG7型高頻信號發(fā)生器的面板圖第三節(jié)高頻信號發(fā)生器1.控制裝置(1) “波段”旋鈕用來變換振蕩電路工作頻段。(2) “頻率調(diào)節(jié)”旋鈕用來改變振蕩回路的可變電容，以便在每個波段中連續(xù)地改變振蕩頻率。(3) “載波調(diào)節(jié)”旋鈕用來改變載波信號的幅度，一般情況下調(diào)節(jié)它使電壓表指在1V上。(4) “輸出-微調(diào)”旋鈕用以改變輸出信號(載波或者調(diào)幅波)的幅度。(5) “輸出-倍乘”旋鈕是用來改變輸出電壓的步進衰減器。(6) “調(diào)幅選擇”旋鈕用以選擇輸出信號為等幅信號或者調(diào)幅信號。第三

10、節(jié)高頻信號發(fā)生器(7) “外調(diào)幅輸入”接線柱當需要1000Hz和400Hz以外的調(diào)幅波時，可由此輸入音頻調(diào)制信號(此時“調(diào)幅度調(diào)節(jié)”旋鈕應置于“等幅”檔)，也可將內(nèi)調(diào)制信號發(fā)生器輸出的400Hz或者1000Hz音頻信號由此引出。(8) “調(diào)幅度調(diào)節(jié)”旋鈕用以改變調(diào)制信號發(fā)生器音頻信號的幅度。(9) “01V”輸出插孔它是從步進衰減器前引出的。(10) “00.1V”輸出插孔它是從步進衰減器后引出的。(11) 電壓表(“V”表)指示輸出載波信號的電壓值。(12) 調(diào)幅度表(“M%”表)指示輸出調(diào)幅波信號的調(diào)幅度，不論對內(nèi)調(diào)制還是外調(diào)制均可指示，在30%調(diào)幅度處標有紅線，此為常用的調(diào)幅度值。第三節(jié)

11、高頻信號發(fā)生器(13) “V零點”旋鈕調(diào)節(jié)電壓表零點。(14) “1V校準”旋鈕用以校準電壓表的1V檔讀數(shù)(刻度)。(15) “M%零點”旋鈕在“調(diào)幅度調(diào)節(jié)”旋鈕置于起始位置(即逆時針旋轉到底)時，將“M%”表調(diào)整到零這一過程須在電壓表指示在1V時進行，否則“M%”表的指示是不正確的。2.準備工作1) 首先檢查交流電壓是220V還是110V，并將儀器的電源變換插頭放在相應的電壓位置上。2) 由于電源變壓器進線中有高頻濾波電容器，使機殼帶有一定電位，若儀器機殼沒有接地線，則必須在使用者的腳下墊絕緣墊。第三節(jié)高頻信號發(fā)生器3) 儀器接通電源前必須將各旋鈕放在起始位置：“載波調(diào)節(jié)”和“調(diào)幅度調(diào)節(jié)”旋

12、鈕逆時針旋到最?。弧拜敵?微調(diào)”旋鈕逆時針旋到最??；“輸出-倍乘”旋鈕放在“1”處；將“V”表和“M%”表機械零點調(diào)好。4) 開機預熱5min以上，進行精密測量使用時，必須預熱1h。3.等幅振蕩輸出1) 將“調(diào)幅選擇”旋鈕放在“等幅”位置。2) 根據(jù)所需的頻率，將“波段”旋鈕置于相應的位置，調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”粗調(diào)旋鈕到需要的頻率附近，然后再調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕以獲得準確的頻率。3) 調(diào)節(jié)“載波調(diào)節(jié)”旋鈕，使“V”表指示在1V紅線處。第三節(jié)高頻信號發(fā)生器4) 為了得到1V以下的輸出電壓，必須使用帶有分壓器的輸出電纜。4.510.1V=0.45V5) 當需要01V信號電壓時，應從“01V”插孔輸出。6) 由

13、于儀器的輸出電壓值在不同頻率時不一樣，因此，每換一個頻率都必須按上述方法重新校準一次。4.內(nèi)調(diào)幅1) 將“調(diào)幅選擇”旋鈕放在相應的調(diào)幅信號位置上(400100kHz)。2) 用選擇等幅振蕩頻率的方法選擇載波頻率。3) 調(diào)節(jié)“載波調(diào)節(jié)”旋鈕，使電壓表指示為1V。4) 調(diào)節(jié)“調(diào)幅度調(diào)節(jié)”旋鈕，從調(diào)幅度指示表上的讀數(shù)確定輸出調(diào)幅波的調(diào)幅度。5) 利用“輸出-微調(diào)”旋鈕和“輸出-倍乘”旋鈕來控制調(diào)幅波輸出，計算方法與等幅振蕩相同。4.510.1V=0.45V5.外調(diào)幅1) 將“調(diào)幅選擇”旋鈕置于“等幅”位置。2) 按選擇等幅振蕩頻率的方法選擇載波頻率。3) 選擇合適的音頻信號發(fā)生器作為音頻調(diào)幅信號源，

14、音頻信號發(fā)生器應具有相適應的工作頻段，而且它的輸出應能提供0.5W以上的功率。4) 接通音頻信號發(fā)生器的電源，預熱后投入使用。5) 利用“輸出-微調(diào)”旋鈕和“輸出-倍乘”旋鈕控制載波的輸出幅度，計算方法與等幅振蕩相同。6.接收機測試(1) 接線方法4.510.1V=0.45V1) 將被測接收機放在儀器的一側，兩者用不長于30cm的導線連通，并接地線。2) 用帶有分壓器的輸出電纜。3) 輸出電纜不應靠近儀器的電源線，兩者更不能絞在一起。4) 為了使接收機的工作狀態(tài)更接近于實際工作情況，可以使用等效天線把信號源與被測接收機連接起來。圖5-10等效天線接法(2) 校準接收機4.510.1V=0.45

15、V1) 調(diào)整儀器輸出信號的載波頻率，使它與被校的接收機調(diào)諧頻率一致，這時儀器輸出信號應是調(diào)幅度為30%的400Hz調(diào)幅波，它的電壓幅度應使接收機的輸出不過大或者過小。2) 調(diào)整接收機中的調(diào)諧變壓器，使輸出最大，可利用揚聲器、萬用表或者示波器來監(jiān)測。3) 按上述方法，由末級逐級向前調(diào)整。(3) 選擇性的測試1) 將信號源的載波頻率調(diào)至所需測試的頻率上，輸出信號仍采用30%調(diào)幅度的400Hz調(diào)幅波。2) 調(diào)諧接收機使輸出最大，再調(diào)節(jié)“輸出-微調(diào)”旋鈕使接收機輸出維持標準輸出功率值。4.510.1V=0.45V3) 改變儀器輸出頻率(每5kHz變一次)，這時維持接收機不動，再調(diào)節(jié)“輸出-微調(diào)”旋鈕，

16、使接收機輸出仍為標準輸出功率值，記下信號源輸出的電壓值。4) 依次用同樣的方法測試各頻率，將各個頻率時的電壓值與第一次電壓值的比值作為縱坐標，頻率作為橫坐標繪成曲線，就得到接收機的選擇性曲線。(4) 靈敏度的測試1) 保持信號源輸出信號是調(diào)幅度為30%的400Hz調(diào)幅波，調(diào)整信號源的載波頻率分別為600kHz、1000kHz和1400kHz三點廣播段。2) 調(diào)節(jié)信號源的輸出電壓，使接收機達到標準的輸出功率值(按各種接收機的技術條件規(guī)定)。4.510.1V=0.45V3) 將上述三個頻率時信號源的輸出電壓作為縱坐標，頻率作為橫坐標繪成曲線，此曲線即為接收機的靈敏度曲線。(5) 保真度測量1) 采

17、用低頻信號源作為外調(diào)幅，外調(diào)幅頻率為508000Hz，具體頻段按接收機的技術條件規(guī)定。2) 以30%調(diào)幅度的400Hz調(diào)幅波為標準調(diào)諧接收機，使輸出最大，再調(diào)節(jié)“輸出-微調(diào)”旋鈕，使接收機維持在標準輸出功率值上。3) 維持載波頻率和調(diào)幅度不變，改變調(diào)幅頻率，調(diào)諧接收機使輸出最大，記下接收機的輸出電壓，將其他頻率時的輸出電壓與400Hz時的輸出電壓值的比值作為縱向坐標，將頻率作為橫坐標(一般用對數(shù)刻度)，即可繪得接收機的保真度曲線。(二) 應用舉例4.510.1V=0.45V圖5-11調(diào)幅廣播收音機的中頻頻率調(diào)整接線圖1) 將高頻信號發(fā)生器的輸出頻率調(diào)在465kHz上(波段開關第3檔)，4.51

18、0.1V=0.45V并調(diào)節(jié)頻率至465kHz，調(diào)幅度調(diào)節(jié)在30%(用“調(diào)幅度”旋鈕調(diào)整，并用“M”表監(jiān)測)。2) 調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器的“輸出-微調(diào)”和“輸出-倍乘”旋鈕以輸出適當?shù)碾妷?，使被測收音機有適當?shù)妮敵?，但不要使輸出過大以免過載，一般控制在300mV內(nèi)。3) 最后將高頻信號發(fā)生器的頻率偏調(diào)10kHz，看收音機的輸出電壓是否基本對稱，若不對稱的情況比較嚴重，則應重新調(diào)整。第四節(jié)其他信號發(fā)生器一、脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器所產(chǎn)生的各種不同頻率、不同寬度和幅度的脈沖信號，可以對各種無線電設備進行調(diào)整和測試。1.脈沖信號發(fā)生器的一般要求1) 脈沖重復頻率應可調(diào)，低端可達到1Hz，高端可達到2

19、00MHz。2) 脈沖寬度也應可調(diào)，窄為2.5ns，寬為1s。3) 脈沖極性和幅度應可變，一般輸出幅度為幾百毫伏，最高可達一百多伏。4) 脈沖波形應盡可能接近矩形，要求脈沖前后沿要陡，上下過沖量要小。5) 一般要求除了主脈沖外，還要有同步脈沖。第四節(jié)其他信號發(fā)生器6) 脈沖信號發(fā)生器應能接收外觸發(fā)，以便在使用過程中實現(xiàn)外同步。2.脈沖信號發(fā)生器的工作原理圖5-12脈沖信號發(fā)生器的框圖(1) 主振級要獲得獨立可調(diào)的重復頻率，第四節(jié)其他信號發(fā)生器任何脈沖信號發(fā)生器都必須有主振級，要求能給出一定重復頻率的觸發(fā)脈沖，作為下一級電路的觸發(fā)信號。(2) 延時級在很多場合下，要求脈沖發(fā)生器能輸出同步脈沖。(

20、3) 脈沖形成級為了滿足對脈沖寬度獨立可變的要求，在延時級后必須設有脈沖形成級，以獲得和主振級具有同一重復頻率而脈沖寬度可獨立變化的輸出脈沖，因此本級電路應具有良好的脈沖寬度調(diào)節(jié)性能和較高的脈沖寬度穩(wěn)定性。(4) 末級功率放大級末級功率放大在脈沖信號發(fā)生器中占有很重要的地位，這一級除了要求能保證輸出脈沖的前后沿外，還要求能完成脈沖的可變極性及可變幅度的任務。第四節(jié)其他信號發(fā)生器(5) 外同步放大級外同步信號的幅度、極性和脈寬等參數(shù)可能各不相同，波形也可能有較大差異，所以有時采用正弦波信號來做同步信號。二、函數(shù)信號發(fā)生器1.函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理圖5-13函數(shù)信號發(fā)生器基本框圖第四節(jié)其他信號發(fā)

21、生器2.方波-三角波發(fā)生器圖5-14方波-三角波發(fā)生器第四節(jié)其他信號發(fā)生器圖5-15方波-三角波發(fā)生器的振蕩波形3.函數(shù)變換網(wǎng)絡第四節(jié)其他信號發(fā)生器圖5-16三角波-正弦波函數(shù)變換網(wǎng)絡第四節(jié)其他信號發(fā)生器圖5-17三角波變換成正弦波三、頻率合成信號發(fā)生器第四節(jié)其他信號發(fā)生器隨著電子測量水平的提高，要求正弦波信號發(fā)生器能夠在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)具有盡可能高的頻率穩(wěn)定度和讀數(shù)準確度。1.直接合成圖5-18直接式頻率合成的原理框圖第四節(jié)其他信號發(fā)生器2.間接合成圖5-19間接式頻率合成原理框圖1)了解信號發(fā)生器的基本功能。2)掌握信號發(fā)生器使用方法。3)掌握信號發(fā)生器的檢測方法。第四節(jié)其他信號發(fā)生器4

22、)了解信號發(fā)生器輸出的函數(shù)信號、調(diào)頻信號、調(diào)幅信號、FSK信號、PSK信號和頻率掃描信號等的特點。1)掌握信號發(fā)生器使用方法。2)能操作和使用信號發(fā)生器輸出函數(shù)信號、調(diào)頻信號、調(diào)幅信號、FSK信號、PSK信號和頻率掃描信號等，以及設定相關參數(shù)，如電壓、頻率、相位和波形等。3)能用示波器觀察和檢測信號發(fā)生器輸出的各種不同信號的幅度隨時間變化的波形曲線，波形和數(shù)值是否有失真和誤差。1)練習前認真閱讀實踐流程，了解相關無線電和儀表基本知識。2)通過實踐的技能訓練，掌握電子測量儀表使用方法。3)勤于思考，拓展對信號發(fā)生器工作原理、產(chǎn)品性能、種類和使用技巧的了解。第四節(jié)其他信號發(fā)生器一、信號發(fā)生器使用方法介紹1.信號發(fā)生器認知圖5-20F20型數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器面板2.基本技術性能1) 波形特性如下：第四節(jié)其他信號發(fā)生器2) 調(diào)幅特性如下：3) 調(diào)頻特性如下：4) 頻率掃描特性如下：5)調(diào)制信號輸出特性如下：6)存儲特性如下：7)計算特性如下：8)操作特性如下：9)計數(shù)器特性如下：3.面板說明1)波形顯示區(qū)說明如下：2)測量頻率和計數(shù)顯示區(qū)說明如下：3)狀態(tài)