電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)(張永瑞)(第2版)第03章

第3章信號(hào)發(fā)生器3.1信號(hào)發(fā)生器概述3.2正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)3.3低頻、超低頻信號(hào)發(fā)生器3.4射頻信號(hào)發(fā)生器3.5掃頻信號(hào)發(fā)生器3.6脈沖信號(hào)發(fā)生器*3.7噪聲信號(hào)發(fā)生器小結(jié)習(xí)題33.1信號(hào)發(fā)生器概述3.1.1信號(hào)發(fā)生器的用途產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓、電流信號(hào)并加到被測(cè)器件、設(shè)備上，用其他測(cè)量?jī)x器觀察、測(cè)量被測(cè)者的輸出響應(yīng)，以分析和確定它們的性能參數(shù)，如圖3.1-1所示。圖3.1-1測(cè)試信號(hào)發(fā)生器提供測(cè)試用電信號(hào)的裝置統(tǒng)稱為信號(hào)發(fā)生器。3.1.2信號(hào)發(fā)生器的分類

1.按頻率范圍分類

表3.1-1中頻段的劃分不是絕對(duì)的。比如在電子儀器的門類劃分中，“低頻信號(hào)發(fā)生器”指1Hz~1MHz頻段，波形以正弦波為主，或兼有方波及其他波形的信號(hào)發(fā)生器；“射頻信號(hào)發(fā)生器”則指能產(chǎn)生正弦信號(hào)，頻率范圍部分或全部覆蓋30kHz~1GHz(允許向外延伸)，并且具有一種或一種以上調(diào)制功能的信號(hào)發(fā)生器?？梢姡@里兩類信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍有重疊，而所謂“射頻信號(hào)發(fā)生器”包含了表3.1-1中視頻以上各類信號(hào)發(fā)生器。

2.按輸出波形分類根據(jù)使用要求，信號(hào)發(fā)生器可以輸出不同波形的信號(hào)。圖3.1-2幾種典型的信號(hào)波形按照輸出信號(hào)的波形特性，信號(hào)發(fā)生器可分為正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器。非正弦信號(hào)發(fā)生器又包括脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列信號(hào)發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。

3.按信號(hào)發(fā)生器的性能分類按信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)，可分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。此外，還有其他的分類方法。比如按照使用范圍，可分為通用和專用信號(hào)發(fā)生器(例如電聲行業(yè)中使用的立體聲和調(diào)頻立體聲信號(hào)發(fā)生器就屬于專用信號(hào)發(fā)生器)；按照調(diào)節(jié)方式，可分為普通信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器和程控信號(hào)發(fā)生器；按照頻率的產(chǎn)生方法又可分為諧振信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā)生器及合成信號(hào)發(fā)生器等。上面所述僅是常用的幾種分類方式，而且是大致的分類。隨著電子技術(shù)水平的不斷發(fā)展，信號(hào)發(fā)生器的功能越來越齊全，性能越來越優(yōu)良，同一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器往往具有相當(dāng)寬的頻率覆蓋范圍，又具有輸出多種波形信號(hào)的功能。例如，國(guó)產(chǎn)EE1631型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍為0.005Hz~40MHz，跨越了超低頻、低頻、視頻、高頻到甚高頻幾個(gè)頻段，可以輸出包括正弦波、三角波、方波、鋸齒波、脈沖波、調(diào)幅波、調(diào)頻波等多種波形的信號(hào)。3.1.3信號(hào)發(fā)生器的基本構(gòu)成

振蕩器：是信號(hào)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(hào)。產(chǎn)生不同頻段、不同波形信號(hào)的振蕩器其原理、結(jié)構(gòu)差別很大。振蕩器輸出級(jí)變換器指示器電源

變換器：可以是電壓放大器、功率放大器、調(diào)制器或整形器。一般情況下，振蕩器輸出的信號(hào)都較微弱，需在該部分加以放大。此外，調(diào)幅、調(diào)頻等信號(hào)也需在這部分由調(diào)制信號(hào)對(duì)載頻加以調(diào)制，而函數(shù)發(fā)生器、振蕩器輸出的是三角波，需在這里由整形電路整形成方波或正弦波。

輸出級(jí)：其基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號(hào)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。

指示器：用來監(jiān)視輸出信號(hào)。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(zhǔn)確度不高，其示值僅供參考，從輸出端輸出信號(hào)的實(shí)際特性需用其他更準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x表來測(cè)量。

電源：提供信號(hào)發(fā)生器各部分的工作電源電壓。通常是將50Hz交流市電整流成直流并有良好的穩(wěn)壓措施。3.1.4信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率覆蓋范圍、高頻率精度、多功能、多用途、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。3.2正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)正弦信號(hào)發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類。其原因是：正弦信號(hào)容易產(chǎn)生，容易描述，又是應(yīng)用最廣的載波信號(hào)，任何線性雙口網(wǎng)絡(luò)的特性都可以用它對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)來表征。信號(hào)發(fā)生器作為測(cè)量系統(tǒng)的激勵(lì)源，因此被測(cè)器件、設(shè)備的各項(xiàng)性能參數(shù)的測(cè)量質(zhì)量將直接依賴于信號(hào)發(fā)生器的性能。通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性(俗稱三大指標(biāo))來評(píng)價(jià)正弦信號(hào)發(fā)生器的性能，其中包括30余項(xiàng)具體指標(biāo)。本節(jié)僅介紹信號(hào)發(fā)生器中幾項(xiàng)最基本、最常用的性能指標(biāo)。3.2.1頻率范圍頻率范圍指信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)，又可由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。為了保證有效頻率范圍連續(xù)，兩相鄰頻段間有相互銜接的公共部分，即頻段重疊。3.2.2頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度是指信號(hào)發(fā)生器度盤(或數(shù)字顯示)數(shù)值與實(shí)際輸出信號(hào)頻率間的偏差，通常用相對(duì)誤差表示：式中，f0為度盤或數(shù)字顯示數(shù)值，也稱預(yù)調(diào)值；f1是輸出正弦信號(hào)頻率的實(shí)際值。

頻率準(zhǔn)確度實(shí)際上是輸出信號(hào)頻率的工作誤差。

(3.2-1)用度盤讀數(shù)的信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度約為±(1%~10%)，精密低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度可達(dá)±0.5%。例如，調(diào)諧式XFC-6型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于±1%，而一些采用頻率合成技術(shù)帶有數(shù)字顯示的信號(hào)發(fā)生器其輸出頻率具有基準(zhǔn)頻率(晶振)的準(zhǔn)確度，若機(jī)內(nèi)采用高穩(wěn)定度晶體振蕩器，則輸出頻率的準(zhǔn)確度可達(dá)10－8~10－10。3.2.3頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指其他外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(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。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定度。頻率短期穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意15min內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為(3.2-2)式中，f0為預(yù)調(diào)頻率；fmax、fmin分別為任意15min信號(hào)頻率的最大值和最小值。頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定度定義為信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，信號(hào)頻率在任意3h內(nèi)所發(fā)生的最大變化，表示為預(yù)調(diào)頻率的x×10－6+y(Hz)

(3.2-3)式中，x、y是由廠家確定的性能指標(biāo)值。也可以用式(3.2-2)表示頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定度。需要指出，許多廠商的產(chǎn)品技術(shù)說明書中并未按上述方式給出頻率穩(wěn)定度指標(biāo)。例如，國(guó)產(chǎn)HG1010信號(hào)發(fā)生器和(美)KH4024信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度都是0.01%/h，含義是經(jīng)過規(guī)定預(yù)熱時(shí)間后，兩種信號(hào)發(fā)生器每小時(shí)(h)的頻率漂移(fmax－fmin)與預(yù)調(diào)值f0之比為0.01%。有些信號(hào)發(fā)生器以天為時(shí)間單位表示穩(wěn)定度。3.2.4由溫度、電源、負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量測(cè)量?jī)x器的穩(wěn)定性指標(biāo)，其一為穩(wěn)定度，其二為影響量。前述規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)的頻率漂移即為穩(wěn)定度，而由溫度、電源、負(fù)載變化等外界因素造成的頻率漂移(或變動(dòng))即為影響量。

1)溫度引起的頻率變動(dòng)量環(huán)境溫度每變化1℃所產(chǎn)生的相對(duì)頻率變化表示為：預(yù)調(diào)頻率的x·10－6/℃，即/℃(3.2-4)式中，Δt為溫度變化值；f0為預(yù)調(diào)值；f1為溫度改變后的頻率值。

2)電源引起的頻率變動(dòng)量供電電源變化±10%所產(chǎn)生的相對(duì)頻率變化表示為：x·10－6，即(3.2-5)

3)負(fù)載變化引起的頻率變動(dòng)量負(fù)載電阻從開路變化到額定值時(shí)所引起的相對(duì)頻率變化表示為：x·10－6，即(3.2-6)式中，f1為空載(負(fù)載開路)時(shí)的輸出頻率；f2為額定負(fù)載時(shí)的輸出頻率。上述溫度、電源、負(fù)載變動(dòng)引起的頻率變動(dòng)量在有些廠商的產(chǎn)品技術(shù)說明書中稱為穩(wěn)定度，而且大多只對(duì)精密信號(hào)發(fā)生器才給出。例如，X010A精密信號(hào)發(fā)生器在環(huán)境溫度(20℃±2℃)條件下，電源變化±10%時(shí)，穩(wěn)定度≤±0.005%，負(fù)載由空載到滿載時(shí)，穩(wěn)定度≤0.005%；EE1610高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器在環(huán)境溫度為10~35℃時(shí)，頻率漂移≤1×10－9。3.2.5非線性失真系數(shù)(失真度)通常用信號(hào)頻譜純度來說明輸出信號(hào)波形接近正弦波的程度，并用非線性失真系數(shù)γ表示：(3.2-7)式中，U1為輸出信號(hào)基波有效值，U2、U3、…、Un為各次諧波有效值。由于U2、U3、…、Un等較U1小得多，因此為了便于測(cè)量，也用下面公式定義γ：(3.2-8)一般低頻正弦信號(hào)發(fā)生器的失真度為0.1%~1%，高檔正弦信號(hào)發(fā)生器的失真度可低于0.005%。對(duì)于高頻信號(hào)發(fā)生器，這項(xiàng)指標(biāo)要求較低，作為工程測(cè)量用儀器，其非線性失真5%，即用眼睛觀察不到明顯的波形失真即可。另外，人們通常只用非線性失真來評(píng)價(jià)低頻信號(hào)發(fā)生器，而用頻譜純度來評(píng)價(jià)高頻信號(hào)發(fā)生器。頻譜純度不僅要考慮高次諧波造成的失真，還要考慮由非諧波噪聲造成的正弦波失真。3.2.6輸出阻抗信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。低頻信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600Ω(或1kΩ)，功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計(jì)而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ

等幾擋。高頻信號(hào)發(fā)生器一般僅有50Ω或75Ω兩擋。當(dāng)使用高頻信號(hào)發(fā)生器時(shí)，要特別注意阻抗的匹配。3.2.7輸出電平輸出電平指的是輸出信號(hào)幅度的有效范圍，即由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)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。輸出幅度可用電壓(V、mV、μV)或分貝表示。例如XD-1型低頻信號(hào)發(fā)生器的最大電壓輸出為1Hz~1MHz，大于5V，最大功率輸出為10Hz~700kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω)，大于4W。在圖3.1-3所示的信號(hào)發(fā)生器框圖的輸出級(jí)一般都包括衰減器，其目的是獲得從微伏級(jí)(μV)到毫優(yōu)級(jí)(mV)的小信號(hào)電壓。例如XD-1型信號(hào)發(fā)生器的最大信號(hào)電壓為5V，通過0~80dB的步進(jìn)衰減輸出，可獲得500μV的小信號(hào)電壓。在信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)中，就包括“衰減器特性”這一指標(biāo)，主要指衰減范圍和衰減誤差。例如，上述XD-1型信號(hào)發(fā)生器的衰減特性為：電壓輸出，1Hz~1MHz，衰減≤80±1.5dB和頻率穩(wěn)定度指標(biāo)類似，還有輸出信號(hào)幅度穩(wěn)定度及平坦度指標(biāo)。

幅度穩(wěn)定度是指信號(hào)發(fā)生器經(jīng)規(guī)定時(shí)間預(yù)熱后，在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)輸出信號(hào)幅度對(duì)預(yù)調(diào)幅度值的相對(duì)變化量，例如HG1010信號(hào)發(fā)生器的幅度穩(wěn)定度為0.01%/h。

平坦度分別指溫度、電源、頻率等引起的輸出幅度變動(dòng)量。使用者通常主要關(guān)心輸出幅度隨頻率變化的情況?，F(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器一般都有自動(dòng)電平控制電路(ALC)，可以使平坦度保持在±1dB以內(nèi)，即將幅度波動(dòng)控制在±10%以內(nèi)。例如XD8B超低頻信號(hào)發(fā)生器的幅頻特性≤3%。3.2.8調(diào)制特性高頻信號(hào)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還能輸出一種或一種以上已被調(diào)制的信號(hào)，多數(shù)情況下是調(diào)幅信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。當(dāng)調(diào)制信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，稱為內(nèi)調(diào)制；當(dāng)調(diào)制信號(hào)由外部加到信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制時(shí)，稱為外調(diào)制。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號(hào)發(fā)生器是測(cè)試無線電收發(fā)設(shè)備等場(chǎng)合不可缺少的儀器。例如，XFC-6標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器就具備內(nèi)、外調(diào)幅，內(nèi)、外調(diào)頻，或進(jìn)行內(nèi)調(diào)幅時(shí)同時(shí)進(jìn)行外調(diào)頻，或同時(shí)進(jìn)行外調(diào)幅與外調(diào)頻等功能。HP8663這類高檔合成信號(hào)發(fā)生器同時(shí)具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等多種調(diào)制功能。由于使用目的、制造工藝、工作機(jī)理等諸方面不同，各類信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)相差是很懸殊的，因而價(jià)格相差也很大，所以在選用信號(hào)發(fā)生器時(shí)(選用其他測(cè)量?jī)x器也是如此)必須考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。以對(duì)頻率的準(zhǔn)確度要求為例，當(dāng)測(cè)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(shí)，僅需要±1×10－2~±1×10－3的準(zhǔn)確度，而當(dāng)測(cè)試廣播通信設(shè)備時(shí)，則要求±10－5~±10－7的準(zhǔn)確度。顯然，兩種場(chǎng)合應(yīng)當(dāng)選用不同檔次的信號(hào)發(fā)生器。3.3低頻、超低頻信號(hào)發(fā)生器“低頻”就是從“音頻”(20Hz~20kHz)的含義演化而來的，最常見的低頻信號(hào)發(fā)生器如收音機(jī)、電視機(jī)、有線廣播和音響設(shè)備中的音頻放大器。由于其他電路測(cè)試的需要，頻率向下、向上分別延伸至超低頻和高頻段?，F(xiàn)在一般“低頻信號(hào)發(fā)生器”是指1Hz~1MHz頻段，輸出波形以正弦波為主，或兼有方波及其他波形的發(fā)生器。3.3.1低頻信號(hào)發(fā)生器

1.低頻信號(hào)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)通用低頻信號(hào)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)：①頻率范圍為1Hz~1MHz連續(xù)可調(diào)；②頻率穩(wěn)定度為(0.1~0.4)%/h；③頻率準(zhǔn)確度為±(1~2)%;④輸出電壓為0~10V連續(xù)可調(diào)；⑤輸出功率約為(0.5~5)W連續(xù)可調(diào)；⑥非線性失真為(0.1~1)%；⑦輸出阻抗可為50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ。

2.低頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖通用低頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖如圖3.3-1所示。

圖3.3-1低頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖圖(a)僅包括電壓輸出，帶負(fù)載能力弱；圖(b)除包括電壓輸出外，還包括功率輸出能力。

3.通用RC振蕩器在通用信號(hào)發(fā)生器(如XD-1、XD-2、XD-7)中，主振器通常使用RC振蕩器，而其中應(yīng)用最多的當(dāng)屬文氏橋振蕩器。圖3.3-2

RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)在圖(a)中，是網(wǎng)絡(luò)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，則網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)：(3.3-1)式中：(3.3-2)傳輸函數(shù)的幅頻特性N(ω)和相頻特性j(ω)分別為(3.3-3)(3.3-4)N(ω)和j(ω)分別如圖3.3-2(b)和(c)所示?？梢钥闯觯寒?dāng)ω=ω0=1/（RC）或f=f0=1/（2πRC）時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相，且此時(shí)傳輸函數(shù)模最大

[(ω0)=N(ω)max=1/3]。如果輸出信號(hào)后接放大倍數(shù)KV=1/N(ω0)=3的同相放大器(一般由兩級(jí)反相放大器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn))，那么就可以維持ω=ω0或者f=f0=1/（2πRC）的正弦振蕩，而由于RC網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，其他頻率的信號(hào)將被抑制。為使振蕩振幅穩(wěn)定并減小波形失真，常用圖3.3-3所示的文氏橋振蕩電路。圖3.3-3用熱敏電阻Rt作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻Rf就構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。達(dá)到穩(wěn)定輸出信號(hào)振幅的目的。在振蕩器起振階段，由于Rt溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，放大器實(shí)際總增益大于3，振蕩器容易起振。由式(3.3-2)可知，改變電阻R和電容C的數(shù)值可調(diào)節(jié)振蕩頻率。可以使用同軸電阻器改變電阻R來進(jìn)行粗調(diào)，使得換擋時(shí)頻率變化10倍，而用改變雙聯(lián)同軸電容C的方法在一個(gè)波段內(nèi)進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。圖3.3-4是XD-2型低頻信號(hào)發(fā)生器中的RC振蕩器部分電路。圖3.3-4

XD-2型低頻信號(hào)發(fā)生器中的RC振蕩器

Ri和Ro對(duì)RC網(wǎng)絡(luò)的影響如圖3.3-5所示。實(shí)際振蕩器電路中放大器輸入級(jí)常采用場(chǎng)效應(yīng)管，以提高輸入電阻Ri，輸出時(shí)加接射極跟隨器，以降低輸出電阻Ro

如果僅提供電壓輸出，那么RC振蕩器后接電壓放大器即可，如圖3.3-3所示。如果要求功率輸出，則還應(yīng)接功率放大器和阻抗變換器，如圖3.3-1(b)所示。圖3.3-5放大器輸入、輸出阻抗對(duì)RC網(wǎng)絡(luò)的影響

4.其他低頻振蕩器

1)LC振蕩器對(duì)LC振蕩電路來說，振蕩頻率當(dāng)頻率較低時(shí)，L、C的體積都相當(dāng)大，而品質(zhì)因數(shù)Q值降低很多，諧振特性變壞，且調(diào)節(jié)困難。其次，由于f0與成反比，，因而同一頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)很小。實(shí)際上基本不用這種電路作為低頻信號(hào)發(fā)生器的主振蕩器。例如L固定，調(diào)節(jié)電容C改變振蕩頻率，設(shè)電容調(diào)節(jié)范圍為40~450pF，則頻率覆蓋系數(shù)為如果用RC橋式振蕩器，仍以上面的情況為例，則根據(jù)式(3.3-2)可以得到頻率覆蓋系數(shù)：(3.3-5)(3.3-6)事實(shí)上，以RC文氏橋電路構(gòu)成振蕩器的XD-1型低頻信號(hào)源的信號(hào)頻率范圍為1kHz~1MHz，分為6個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)的頻率覆蓋系數(shù)均為10?？勺冾l率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M產(chǎn)生兩者差頻信號(hào)f=f1－f2，低通濾波器濾除混頻器輸出中含有的高頻分量。2)差頻式振蕩器圖3.3-6差頻式低頻信號(hào)發(fā)生器框圖當(dāng)可變頻率振蕩器頻率從f1max變成f1min時(shí)，低通濾波器后就得到了fmax~fmin的低頻信號(hào)，再經(jīng)放大器和輸出衰減器后就得到了所需要的低頻信號(hào)。這種方法的主要缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較差，波形失真較大；最大的優(yōu)點(diǎn)是容易做到在整個(gè)低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)而不用更換波段，輸出電平也較均勻，所以常用在掃頻振蕩器中。

5.XD-1型低頻信號(hào)發(fā)生器

1)主要技術(shù)指標(biāo)頻率范圍：1Hz~1MHz,分成1~10Hz、10~100Hz、100Hz~1kHz、1~10kHz、10~100kHz、100kHz~1MHz六個(gè)頻段(六擋)。頻率漂移：預(yù)熱30min后，第一小時(shí)內(nèi)，Ⅰ≤0.4%,Ⅵ≤0.2%,Ⅱ~Ⅴ≤0.1%；其后7小時(shí)內(nèi)，Ⅰ≤0.8%,Ⅵ≤0.4%,Ⅱ~Ⅴ≤0.2%。頻率特性(輸出信號(hào)幅頻特性)：電壓輸出<±1dB；功率輸出在10Hz~100kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ)內(nèi)≤±2dB,100~700kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω)內(nèi)≤±3dB,100~200kHz(5kΩ)內(nèi)≤±3dB。輸出：電壓輸出，1Hz~1MHz,>5V;最大功率輸出，10Hz~700kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω)，10Hz~200kHz(5kΩ),>4W。非線性失真：電壓輸出，20Hz~20kHz,<0.1%;功率輸出，20Hz~20kHz,<0.5%。衰減器：電壓輸出，1Hz~1MHz衰減≤80dB±1.5dB；功率輸出，10Hz~100kHz衰減≤80dB+3dB,100~700kHz衰減≤80dB±3.5dB。交流電壓表：5V、15V、50V、150V四擋，≤±5%，電壓表輸入電阻、電容，≥100kΩ,≤50pF。電源：220V±10%,50Hz,50V·A。圖3.3-7

XD-1型低頻信號(hào)發(fā)生器框圖頻率選擇：根據(jù)所需頻段按下“頻率范圍”按鈕，然后再用按鍵開關(guān)上面的“頻率調(diào)節(jié)”1、2、3旋鈕按照十進(jìn)制原則進(jìn)行細(xì)調(diào)。例如，“頻率范圍”指10~100kHz擋，“頻率調(diào)節(jié)×1”指4，“頻率調(diào)節(jié)×0.1”指8，“頻率調(diào)節(jié)×0.01”指7，則此時(shí)輸出頻率為48.7kHz。電壓輸出：用電纜直接從“電壓輸出”插口引起。2）使用方法功率輸出：將功率開關(guān)按下，用電纜直接從功率輸出插口引出。為了獲得大功率輸出，應(yīng)考慮阻抗匹配，適當(dāng)選擇輸出阻抗。當(dāng)負(fù)載為高阻抗且輸出頻率接近低、高兩端，即接近10Hz或幾百kHz時(shí)，為保證有足夠的功率輸出，應(yīng)將面板右側(cè)“內(nèi)負(fù)載”鍵按下，接通內(nèi)負(fù)載。過載保護(hù)：剛開機(jī)時(shí)，過載保護(hù)指示燈亮，約5~6s后熄滅，表示進(jìn)入工作狀態(tài)。若負(fù)載阻抗過小，則過載指示燈會(huì)再次閃亮，表示已經(jīng)過載，機(jī)內(nèi)過載保護(hù)電路動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)加大負(fù)載阻抗值(即減輕負(fù)載)，使燈熄滅。交流電壓表：該電壓表可撥向“內(nèi)測(cè)”與“外測(cè)”擋。當(dāng)測(cè)量開關(guān)撥向“外測(cè)”時(shí)，它作為一般交流電壓表測(cè)量外部電壓大小。當(dāng)開關(guān)撥向“內(nèi)測(cè)”時(shí)，它作為信號(hào)發(fā)生器輸出指示。由于它位于輸出衰減器之前，因此實(shí)際輸出電壓應(yīng)根據(jù)電壓表指示值與輸出衰減分貝數(shù)按表3.3-1計(jì)算。3.3.2超低頻信號(hào)發(fā)生器將能產(chǎn)生1Hz以下頻率的信號(hào)源稱為超低頻信號(hào)發(fā)生器。目前超低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率低端已可低于10-8Hz。這類信號(hào)發(fā)生器主要用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的測(cè)試。1.用積分器構(gòu)成的超低頻信號(hào)發(fā)生器1)運(yùn)算放大器及其理想化模型

其中，Ri為運(yùn)算放大器的輸入電阻；A為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)；R2、R1為構(gòu)成實(shí)際放大器的反饋電阻?，F(xiàn)在運(yùn)放的性能可以達(dá)到很高，比如輸入電阻Ri和開環(huán)放大倍數(shù)A可分別達(dá)到106~108Ω及105~108甚至更高。為了便于分析，在計(jì)算時(shí)就認(rèn)為：ui≈0(習(xí)慣上稱為虛短路，因?yàn)閡i并不真正等于零)，i≈0(習(xí)慣上稱為虛開路)時(shí)，輸入電阻、開環(huán)放大倍數(shù)分別近似認(rèn)為Ri→∞，A→∞，這樣就得到了圖3.3-8(c)所示的理想化運(yùn)放模型。圖3.3-9運(yùn)算放大器的運(yùn)算功能由于運(yùn)放反饋通路的構(gòu)成不同，它可以具有乘、加、減、微分、積分等運(yùn)算功能，運(yùn)算放大器因此而得名。當(dāng)輸入u1(t)為角頻率ω的正弦函數(shù)時(shí)，u2(t)也為同頻率正弦函數(shù)，用相量表示為或者(3.3-12)2)用運(yùn)放構(gòu)成的超低頻信號(hào)發(fā)生器圖3.3-9(c)所示的積分電路中：即積分器產(chǎn)生π/2相移，增益為1/(ωRC)。如果用兩級(jí)積分器級(jí)聯(lián)并在反饋環(huán)路中接一個(gè)反相器(

=－1)，如圖3.3-10(a)所示，則閉環(huán)增益為(3.3-14)或者當(dāng)(3.3-13)時(shí)，閉環(huán)增益=1，這正好是維持振蕩的相位和振幅條件。也就是說，圖3.3-10(a)所示的電路可產(chǎn)生頻率為式(3.3-14)表示的正弦振蕩。在實(shí)際振蕩器中，為了調(diào)節(jié)方便，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般取R1=R2=R,C1=C2=C,并在兩級(jí)積分器前各加一個(gè)由同軸電位器構(gòu)成的分壓電路，分壓比均為α，如圖3.3-10(b)所示，不難得出其振蕩頻率為實(shí)際振蕩器中，用改變R或C的辦法改變頻段，改變?chǔ)吝M(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。圖3.3-10用積分器構(gòu)成的超低頻信號(hào)發(fā)生器

2.函數(shù)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不同的測(cè)試需要。函數(shù)發(fā)生器的基本工作原理是先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器(例如二極管整形網(wǎng)絡(luò))，將三角波整形成正弦波。圖3.3-11函數(shù)發(fā)生器的原理圖設(shè)開始工作時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出端電壓為－E，經(jīng)過電位器RP分壓，設(shè)分壓系數(shù)α=R2／（R1+R2）,根據(jù)積分器輸出(3.3-16)圖中由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，比較器Ⅰ、Ⅱ和積分器構(gòu)成方波及三角波振蕩電路，然后由二極管整形網(wǎng)絡(luò)將三角波整形成正弦波。工作原理如下：積分器輸出端D點(diǎn)電位隨時(shí)間t正比上升，即當(dāng)經(jīng)過時(shí)間t1,

uD上升到Um時(shí)，比較器Ⅰ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，則積分器輸出端D點(diǎn)電位為(3.3-17)再經(jīng)過時(shí)間t2,

uD下降到－Um時(shí)，比較器Ⅱ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(fù)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。如果比較器Ⅰ、Ⅱ正負(fù)比較電平完全一樣，那么得到的將是完全對(duì)稱的方波和三角波。如果改變積分器正向、反向積分時(shí)間常數(shù)，比如用二極管代替電阻R，uD達(dá)到+Um和－Um各自所需的時(shí)間t1將不等于t2，從而可以產(chǎn)生鋸齒波和不對(duì)稱方波。圖3.3-12函數(shù)發(fā)生器波形圖正弦波可看成是由許多斜率不同的直線段組成的，只要直線段足夠多，由折線構(gòu)成的波形就可以相當(dāng)好地近似正弦波形，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(yīng)的分壓系數(shù)不同)。因此，只要將三角波ui通過一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)ui的大小改變分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓系數(shù)，便可以得到近似的正弦波輸出。二極管整形網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)這種功能，將對(duì)稱三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的原理如圖3.3-13(a)所示。圖3.3-13由三角波整形成正弦波圖3.3-13(b)中，U1、U2、U3及－U1、－U2、－U3等為由正負(fù)電源+E和－E

通過分壓電阻R7、R8、…、R14分壓得到的不同電位，和各二極管串聯(lián)的電阻R1、R2、…、R6及R0都比R7、R8、…、R14大得多，因而它們的接入不會(huì)影響U1、U2等值。開始階段(t<t1),

ui<U1,二極管V1~V6全部截止，輸出電壓uo等于輸入電壓ui;

t1<t<t2階段，U1<ui<U2,二極管V3導(dǎo)通，此階段uo等于ui經(jīng)R0和R3分壓輸出，uo上升斜率減??；在t2<t<t3階段，U2<ui<U3。此時(shí)V3、V2都導(dǎo)通，uo等于ui經(jīng)R0和(R2∥R3)分壓輸出，上升斜率進(jìn)一步減小；在ui>E3即t>t3后，V3、V2、V1全部導(dǎo)通，uo等于ui經(jīng)R0和(R3∥R2∥R1)分壓輸出，上升斜率最??；當(dāng)?shù)竭_(dá)t=t′3后，ui逐漸減小，二極管V1、V2、V3依次截止，uo下降斜率又逐步增大，完成正弦波的正半周近似。負(fù)半周情況類似，不再贅述。通常將正弦波一個(gè)周期分成22段或26段，用10個(gè)或12個(gè)二極管組成整形網(wǎng)絡(luò)，只要電路參數(shù)選擇得合理、對(duì)稱，就可以得到非線性失真小于0.5%的波形良好的正弦波。

XD8B超低頻信號(hào)發(fā)生器(函數(shù)發(fā)生器)：它由積分器、比較器、正弦波成形網(wǎng)絡(luò)、功率放大器及穩(wěn)壓電源等部分組成。比較器把恒定的正負(fù)極性電位(±6V)交替地送到積分器，從而得到三角波，三角波又反饋到比較器使它交替翻轉(zhuǎn)，形成振蕩環(huán)路，從積分器得到三角波，從比較器得到方波。三角波經(jīng)過由10只二極管組成的電阻網(wǎng)絡(luò)和緩沖放大器組成的正弦折線成形網(wǎng)絡(luò)變換成正弦波。如果將二極管并接在積分電阻R上，則由于二極管正、反向電阻的巨大差異而使正負(fù)積分時(shí)間常數(shù)不同，可以獲得鋸齒波和脈沖信號(hào)。圖3.3-14

XD8B框圖方波、三角波、正弦波等七種波形經(jīng)過功率放大器輸出，輸出幅度可通過衰減器調(diào)節(jié)。由式(3.3-16)和式(3.3-17)可以看到，正、反向積分時(shí)間T1、T2和RC成正比，與α成反比，而周期T=T1+T2，因此，振蕩頻率與RC成反比，與α成正比，通常可用改變R或C的辦法改換頻段，調(diào)節(jié)分壓系數(shù)α來進(jìn)行頻段內(nèi)頻率細(xì)調(diào)。

XD8B可以產(chǎn)生方波、三角波、正弦波、鋸齒波、正負(fù)極性的矩形脈沖等七種波形的信號(hào)，同時(shí)具有0°和180°雙相輸出；頻率范圍為0.01Hz~100kHz；最大輸出電壓為15V，分15V、1.5V、150mV、15mV四擋，連續(xù)可調(diào)；正弦波失真<1%；三角波非線性失真<1%；方波上升時(shí)間<0.3μs；正弦波幅度穩(wěn)定度<0.3%/h。

3.數(shù)字合成低頻信號(hào)發(fā)生器

RC文氏橋振蕩器以及以積分器為基礎(chǔ)的函數(shù)發(fā)生器，其突出優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但頻率準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度較差，非線性失真較大，而且輸出信號(hào)的幅頻特性不太平坦。數(shù)字合成低頻信號(hào)發(fā)生器可以有效地提高上述性能指標(biāo)。在這種儀器中，正弦波由階梯波合成，而階梯波的形成是由存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中的數(shù)字信息經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)形成的。圖3.3-16數(shù)字合成低頻信號(hào)發(fā)生器框圖

工作原理：

設(shè)要產(chǎn)生的正弦波為u(t)=Umsin2πft，周期T=1/f，我們把它的每個(gè)周期平均分成p個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間間隔為ΔT=T/p。在每個(gè)ΔT區(qū)間內(nèi)，

u(t)的值看做不變的常數(shù)，即認(rèn)為當(dāng)0≤t<ΔT時(shí)，u(t)=u(0)，當(dāng)ΔT≤t<2ΔT時(shí)，u(t)=Umsin2πf·ΔT，當(dāng)2ΔT≤t<3ΔT時(shí)，u(t)=Umsin2πf·2ΔT，以此類推。也就是在nΔT≤t<(n+1)ΔT

區(qū)間，n=0,…,p－1,有u(t)=Umsin2πf·nΔT(3.3-18)由于(3.3-19)因此u(t)=Umsin2π·(3.3-20)通常正弦信號(hào)峰值電壓恒定，比如設(shè)Um=255mV,這樣我們可以用32個(gè)字節(jié)8比特的存儲(chǔ)器(ROM)來儲(chǔ)存n等于不同數(shù)值時(shí)的電壓u(t)或u(n)，最小分辨率為1mV。由于正弦信號(hào)四個(gè)象限內(nèi)數(shù)值具有對(duì)稱性，若一個(gè)周期分成p=128等份，只有32個(gè)獨(dú)立的數(shù)值，因此用32個(gè)字節(jié)的ROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)就夠了。由式(3.3-19)看出，輸出信號(hào)的頻率與ΔT有關(guān)，改變?chǔ)即可得到不同的輸出頻率，這通過圖3.3-16中的晶體振蕩器和分頻器實(shí)現(xiàn)。

由分頻器輸出的計(jì)數(shù)脈沖周期為ΔT，設(shè)晶體振蕩器振蕩頻率為f0，分頻系數(shù)為q,則輸出信號(hào)頻率為(3.3-21)圖3.3-16中加/減5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、RS觸發(fā)器、檢波器等構(gòu)成ROM的地址譯碼器，根據(jù)譯出地址從ROM中取出相對(duì)應(yīng)的幅度值(是數(shù)字量)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓，配合以相應(yīng)的倒相電路，構(gòu)成圖3.3-15所示的階梯波，再經(jīng)低通濾波器加以“平滑”，即濾除階梯波中的高次諧波，得到正弦波輸出。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)包括：①輸出頻率準(zhǔn)確度高，基本上等于機(jī)內(nèi)晶體振蕩器的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度；②因?yàn)楦鲄^(qū)間的振幅值以數(shù)字形式存于ROM中不會(huì)改變，加上現(xiàn)在的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器性能穩(wěn)定，因此輸出信號(hào)的幅頻特性很好；③輸出信號(hào)的非線性失真很小，可低于0.1%。3.3.3低頻信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低頻信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)也不斷得到改進(jìn)與提高。3.4射頻信號(hào)發(fā)生器射頻信號(hào)發(fā)生器是指能產(chǎn)生正弦信號(hào)，頻率范圍部分或全部覆蓋300kHz~1GHz(允許向外延伸)，并且具有一種或一種以上調(diào)制或組合調(diào)制(正弦調(diào)幅、正弦調(diào)頻、斷續(xù)脈沖調(diào)制)的信號(hào)發(fā)生器，也稱為高頻信號(hào)發(fā)生器。射頻信號(hào)發(fā)生器分為調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā)生器及合成信號(hào)發(fā)生器三類。和低頻信號(hào)發(fā)生器相比，高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度調(diào)節(jié)范圍較大。為了適應(yīng)對(duì)接收機(jī)等設(shè)備的測(cè)試需要，要求高頻信號(hào)發(fā)生器能有可調(diào)節(jié)的微弱信號(hào)的輸出(可小于1μV)；同時(shí)要求該類信號(hào)發(fā)生器有良好的屏蔽，以免信號(hào)泄漏而影響測(cè)量準(zhǔn)確性；出于對(duì)各類接收設(shè)備性能測(cè)試的需要，高頻信號(hào)發(fā)生器應(yīng)有調(diào)制功能，以輸出所需的已調(diào)高頻信號(hào)。高頻信號(hào)發(fā)生器框圖如圖3.4-1所示。不同類別的發(fā)生器的主要區(qū)別在于振蕩器，即產(chǎn)生高頻正弦波的方法不同。圖3.4-1高頻信號(hào)發(fā)生器框圖3.4.1調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器的振蕩器通常為L(zhǎng)C振蕩器，根據(jù)反饋方式，又可分為變壓器反饋式、電感反饋式(也稱電感三點(diǎn)式或哈特萊式)及電容反饋式(也稱電容三點(diǎn)式或考畢茲式)三種振蕩器形式。圖3.4-2變壓器反饋式振蕩器圖3.4-3電感反饋式振蕩器圖3.4-4電容反饋式振蕩器通常通過改變電感L來改變頻段，改變電容C進(jìn)行頻段內(nèi)頻率細(xì)調(diào)。放大器通常采用調(diào)諧放大器，其作用一是放大振蕩器輸出的高頻信號(hào)電壓；二是在輸出器和振蕩器間起隔離作用(因此也稱緩沖放大器)，以提高振蕩頻率穩(wěn)定性；三是兼作調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅器。調(diào)頻一般是在振蕩級(jí)直接進(jìn)行，比如用改變偏壓的方法改變LC振蕩器中的電容以達(dá)到調(diào)頻的目的。20世紀(jì)70年代后，逐步用寬頻帶放大器、寬頻帶調(diào)制器和相應(yīng)的濾波器替代傳統(tǒng)的調(diào)諧放大器，省去了多聯(lián)可變電容等元件，提高了高頻信號(hào)發(fā)生器的可靠性、穩(wěn)定性及調(diào)幅特性。

XFC-6標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器可看做高頻信號(hào)發(fā)生器的一個(gè)典型例子，其主要技術(shù)性能為：①頻率范圍為4~300MHz，分八擋；②頻率穩(wěn)定度≤2×10-4/10min;③輸出電壓在端接75Ω負(fù)載上為0.05μV~50mV連續(xù)可調(diào)；④具有內(nèi)調(diào)幅、外調(diào)幅、內(nèi)調(diào)頻、外調(diào)頻及外部視頻信號(hào)調(diào)幅等功能。該信號(hào)發(fā)生器主要用來測(cè)試、調(diào)整及維修相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的各種無線電接收設(shè)備。圖3.4-5是XFC-6標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的組成框圖。圖3.4-5

XFC-6標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的組成框圖3.4.2鎖相信號(hào)發(fā)生器鎖相信號(hào)發(fā)生器是在高性能的調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器中增加頻率計(jì)數(shù)器，并將信號(hào)源的振蕩頻率利用鎖相原理鎖定在頻率計(jì)數(shù)器的時(shí)基上，而頻率計(jì)數(shù)器又以高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器為基準(zhǔn)，從而使鎖相信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度大大提高，信號(hào)頻譜純度等性能特性也得到了很大的改善。圖3.4-6鎖相環(huán)路的基本方框圖鎖相環(huán)路的基本方框圖，主要由壓控振蕩器(簡(jiǎn)稱VCO，其振蕩頻率可由偏置電壓改變。比如改變變?nèi)荻O管兩端的直流電壓，就可改變其等效電容，從而改變由它構(gòu)成的振蕩器的頻率、鑒相器(簡(jiǎn)稱PD)，其輸出端直流電壓隨其兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差改變)、低通濾波器(簡(jiǎn)稱PLF，在這里的作用是濾除高頻成分，留下隨相位差變化的直流電壓)及晶體振蕩器等部分構(gòu)成。該鎖相環(huán)的基本工作原理為：當(dāng)壓控振蕩器輸出頻率f2由于某種原因變化時(shí)，相應(yīng)相位也產(chǎn)生變化，該相位變化在鑒相器中與基準(zhǔn)晶振頻率f1的穩(wěn)定相位相比較，使鑒相器輸出一個(gè)與相位差成比例的電壓ud(t)，經(jīng)過低通濾波器，檢出其直流分量uc(t),用uc(t)控制壓控振蕩器中的壓控元件數(shù)值(如變?nèi)荻O管電容)，從而調(diào)整VCO的輸出頻率f2,使其不但頻率和基準(zhǔn)晶振一致，相位也同步，這時(shí)稱為相位鎖定，因此最終VCO的頻率輸出穩(wěn)定度就由晶振頻率f1所決定。鎖相環(huán)的電路形式有多種，根據(jù)不同的電路結(jié)構(gòu)，鎖相環(huán)可以完成頻率的加、減、乘、除運(yùn)算。圖3.4-7是國(guó)產(chǎn)QF1050型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器中振蕩器和鎖相環(huán)部分的框圖。圖中上半部分為射頻部分：由變?nèi)荻O管調(diào)諧的VCO直接產(chǎn)生75~110MHz信號(hào)，經(jīng)緩沖、放大和衰減器后由插孔輸出。80MHz晶振輸出信號(hào)與VCO輸出信號(hào)在混頻器中混合，取出差頻信號(hào)，獲得0.3~30MHz輸出信號(hào)。調(diào)頻信號(hào)加至VCO變?nèi)莨?，?shí)現(xiàn)調(diào)頻，高頻段(75~110MHz)調(diào)幅由調(diào)制器Ⅰ完成，0.3~30MHz頻段調(diào)幅由調(diào)制器Ⅱ完成。由衰減器輸入端取出的部分射頻信號(hào)經(jīng)檢波和運(yùn)放后，調(diào)制PIN二極管工作點(diǎn)，以達(dá)到自動(dòng)電平控制(ALC)的目的。圖3.4-7

QF1050型信號(hào)發(fā)生器部分電路框圖鎖相部分：由射頻輸出端送來的取樣信號(hào)經(jīng)放大后，送至分頻器和預(yù)置計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，變成50Hz信號(hào)，送入鑒相器。預(yù)置計(jì)數(shù)器的分頻比是由控制部分設(shè)定的頻率值的代碼決定的，并且分頻比可變。由16MHz基準(zhǔn)晶振產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)分頻后得到的50Hz信號(hào)也送入鑒相器，并與取樣信號(hào)進(jìn)行同頻鑒相，其輸出的誤差電壓經(jīng)有源低通濾波器濾波后，反饋到VCO的變?nèi)荻O管，以達(dá)到鎖相的目的。

QF1050可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器使用。其主要性能指標(biāo)可達(dá)到：

(1)有效頻率范圍為0.3~30MHz，75~110MHz兩頻段；

(2)6位LED顯示；

(3)頻率精度：0.3~30MHz為±(50×10－6+100Hz),75~110MHz為±（50×10－6+1kHz)；

(4)頻率穩(wěn)定度為(5×10－9/15min+30Hz);

(5)相對(duì)諧波含量與非諧波含量均不大于－30dBc。3.4.3合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)發(fā)生器用頻率合成器代替信號(hào)發(fā)生器中的主振蕩器。它既有信號(hào)發(fā)生器良好的輸出特性和調(diào)制特性，又有頻率合成器的高穩(wěn)定度、高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)輸出信號(hào)的頻率、電平、調(diào)制深度等均可程控，是一種先進(jìn)的、高檔次的信號(hào)發(fā)生器。為了保證良好的性能，合成信號(hào)發(fā)生器的電路一般都相當(dāng)復(fù)雜，但其核心是頻率合成器。頻率合成器是把一個(gè)(或少數(shù)幾個(gè))高穩(wěn)定度頻率源fs經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運(yùn)算，以產(chǎn)生在一定頻率范圍內(nèi)，按一定的頻率間隔(或稱頻率跳步)的一系列離散頻率的信號(hào)發(fā)生器。頻率合成的方法分為直接合成法和間接合成法兩類。直接合成法是將基準(zhǔn)晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，利用倍頻器、分頻器、混頻器及濾波器等進(jìn)行一系列四則運(yùn)算以獲得所需要的頻率輸出。在這種合成法中，又可分為非相干式直接合成器和相干式直接合成器。若用多個(gè)石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，則產(chǎn)生混頻的兩個(gè)基準(zhǔn)頻率之間相互獨(dú)立，叫做非相干式直接合成器。如果只用一個(gè)石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，然后通過分頻、倍頻等，使加入混頻器的頻率之間是相關(guān)的，則稱為相干式頻率合成器。圖3.4-8是相干式直接頻率合成器的原理圖。圖3.4-8相干式直接頻率合成器的原理框圖圖中晶振產(chǎn)生1MHz的基準(zhǔn)信號(hào)，并由諧波發(fā)生器產(chǎn)生相關(guān)的1MHz、2MHz、…、9MHz等基準(zhǔn)頻率，然后通過十進(jìn)制分頻器(完成÷10運(yùn)算)、混頻器和濾波器(完成加法或減法運(yùn)算)，最后產(chǎn)生4.628MHz的輸出信號(hào)。只要選取不同次諧波進(jìn)行合適的組合，就能得到所需頻率的高穩(wěn)定度信號(hào)，頻率間隔可以做到0.1Hz以下。這種方法頻率轉(zhuǎn)換速度快，頻譜純度高。但它需要眾多的混頻器和濾波器，因而顯得笨重。目前，這種方法多用在實(shí)驗(yàn)室、固定通信、電子對(duì)抗和自動(dòng)測(cè)試等領(lǐng)域。間接合成法即鎖相環(huán)路法，圖3.4-9是它的原理框圖。圖中，壓控振蕩器輸出頻率經(jīng)分頻后得到f/n1頻率的信號(hào)，該信號(hào)被送往鑒相器，與來自晶振輸出經(jīng)n2次分頻的頻率為f0/n2的信號(hào)進(jìn)行相位比較。由前面關(guān)于鎖相環(huán)路的介紹可知，當(dāng)f/n1=f0/n2，即(3.4-1)圖3.4-9間接式頻率合成器的原理框圖時(shí)，相位鎖定輸出信號(hào)按式(3.4-1)的頻率輸出，且具有與f0(即晶振信號(hào))同樣的穩(wěn)定度。為了有效地鎖相，需要鑒相器的兩輸入信號(hào)頻率足夠接近。如果兩信號(hào)頻率相差較大，則可先進(jìn)行鑒頻，用鑒頻器的輸出控制VCO實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)，而后利用鑒相器的輸出控制VCO實(shí)現(xiàn)頻率細(xì)調(diào)。間接式頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)是省去了濾波器和混頻器，因而電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但頻率轉(zhuǎn)換速度較慢。

3.4.4射頻信號(hào)發(fā)生器代表性產(chǎn)品性能介紹3.5掃頻信號(hào)發(fā)生器3.5.1線性電路幅頻特性的測(cè)量線性電路對(duì)正弦激勵(lì)的響應(yīng)仍是正弦信號(hào)，只是與輸入相比其振幅和相位發(fā)生了變化，一般情況下都是頻率的函數(shù)。我們已經(jīng)知道，正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù)N(jω)反映了該系統(tǒng)激勵(lì)與響應(yīng)間的頻率關(guān)系，即(3.5-1)式中，N(ω)(或?qū)懗蒒(f))與j(ω)(或?qū)懗蒮(f))分別稱為電路(系統(tǒng))的幅頻特性和相頻特性。

1.點(diǎn)頻法測(cè)量幅頻特性所謂點(diǎn)頻法，簡(jiǎn)單地說就是“逐點(diǎn)”測(cè)量幅頻特性或相頻特性的方法，如圖3.5-1(a)所示。圖3.5-1點(diǎn)頻法測(cè)量系統(tǒng)的幅頻特性圖中，ui為正弦信號(hào)源，接于被測(cè)電路輸入端，由低到高不斷改變信號(hào)源頻率，信號(hào)電壓不應(yīng)超過被測(cè)電路的線性工作范圍，用測(cè)量?jī)x器在各個(gè)頻率點(diǎn)上測(cè)出輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的振幅比(幅頻特性)和相位差(相頻特性)。以f為橫坐標(biāo)，以振幅比(或相位差)為縱坐標(biāo)，就可以逐點(diǎn)描繪出如圖3.5-1(b)所示的頻率特性曲線。點(diǎn)頻法原理簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備也不復(fù)雜。但由于要逐點(diǎn)測(cè)量，操作繁瑣費(fèi)時(shí)，并且由于頻率離散而不連續(xù)，非常容易遺漏掉某些特性突變點(diǎn)，而這常常是我們?cè)跍y(cè)試和分析電路性能時(shí)非常關(guān)注的問題。另外，當(dāng)我們?cè)噲D改變電路的結(jié)構(gòu)或元件參數(shù)時(shí)，任何改變都必然導(dǎo)致重新逐點(diǎn)測(cè)量。如果能夠在測(cè)試過程中使信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率按特定規(guī)律自動(dòng)連續(xù)并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就得到了被測(cè)電路的幅頻特性曲線。這種快速、直觀的測(cè)量方法就是掃頻法測(cè)量的基本思想。提供頻率可自動(dòng)連續(xù)變化的正弦波信號(hào)源稱為掃頻信號(hào)源或掃頻振蕩器。圖3.5-2掃頻法測(cè)量電路幅頻特性的原理圖2.掃頻法測(cè)量幅頻特性

除被測(cè)網(wǎng)絡(luò)外，其余部分通常都安裝于稱為頻率特性測(cè)試儀(也稱掃頻儀)的同一儀器中，掃頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)際上是頻率可控的正弦振蕩器，比如前面所說的壓控振蕩器(VCO)，它的振蕩頻率受掃描電壓us控制。若掃描電壓為三角波(見圖(b))，則掃頻信號(hào)發(fā)生器的瞬時(shí)頻率在掃描正程期間將隨掃描電壓的線性增加由fmin線性地變到fmax，在回掃期間，又由fmax線性地變到fmin，如此周期性反復(fù)，而掃描信號(hào)的幅度則始終保持不變。常用的掃描信號(hào)還有鋸齒波和對(duì)數(shù)型波等。振幅不變而頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的正弦信號(hào)加到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入端，由于調(diào)諧放大器的增益隨頻率而變，因此其輸出信號(hào)uo的振幅也將隨頻率而改變，

uo的包絡(luò)就反映了該放大器的幅頻特性(見圖(d))，經(jīng)峰值檢波器檢出輸出信號(hào)的包絡(luò)u′o(見圖(e))，將它送至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時(shí)掃描信號(hào)us加到示波管的水平系統(tǒng)作為掃描時(shí)基信號(hào)，由于掃頻信號(hào)ui的瞬時(shí)頻率和水平掃描電壓us的瞬時(shí)值一一對(duì)應(yīng)，因此示波管的水平軸成為線性的頻率坐標(biāo)軸。這樣在us和u′o的共同作用下，示波管熒光屏上就直接顯示出該調(diào)諧放大器的幅頻特性。和點(diǎn)頻法相比，掃頻法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性的自動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)量。

(2)由于掃頻信號(hào)的頻率是連續(xù)變化的，因此所得到的被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線也是連續(xù)的。

(3)點(diǎn)頻法是人工逐點(diǎn)改變輸入信號(hào)的頻率，速度慢，得到的是被測(cè)電路穩(wěn)態(tài)情況下的頻率特性曲線。掃頻測(cè)量法是在一定掃描速度下獲得被測(cè)電路的動(dòng)態(tài)頻率特性。

3.5.2掃頻儀的基本構(gòu)成

1.掃頻儀的基本方框圖圖3.5-3掃頻儀的基本框圖時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)掃描信號(hào)，由該信號(hào)控制一個(gè)可調(diào)諧的連續(xù)振蕩源以產(chǎn)生頻率隨時(shí)間變化的正弦信號(hào)，頻率變化的規(guī)律就取決于掃描信號(hào)。若掃描信號(hào)是鋸齒波或三角波(這是最常用的情況)，則掃頻規(guī)律呈線性，或者說掃頻振蕩器輸出正弦信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨時(shí)間線性增加或降低。有些場(chǎng)合也使用對(duì)數(shù)型掃描信號(hào)，則掃頻規(guī)律呈現(xiàn)對(duì)數(shù)性。掃頻振蕩器是掃頻儀的主要部分，實(shí)際上它是一個(gè)調(diào)頻振蕩器，在時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)(即調(diào)頻的調(diào)制信號(hào))的作用下，產(chǎn)生頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的掃頻振蕩，并利用電平限制電路及自動(dòng)幅度控制電路以確保輸出振幅平穩(wěn)的掃頻信號(hào)，通過輸出控制電路來控制系統(tǒng)的輸出。時(shí)標(biāo)系統(tǒng)用來產(chǎn)生頻率標(biāo)記(簡(jiǎn)稱頻標(biāo))信號(hào)，以便在示波管熒光屏上確定掃頻信號(hào)發(fā)生器的瞬時(shí)頻率和掃頻寬度。掃頻信號(hào)施加于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸入端，輸出響應(yīng)經(jīng)檢波，包絡(luò)上加上頻標(biāo)信號(hào)，就可在示波管熒光屏上的頻率特性曲線上找到對(duì)應(yīng)的頻率。

2.掃頻振蕩器的工作原理實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩的方法很多，常用的有磁調(diào)電感法、變?nèi)荻O管法以及微波波段使用的返波管法、YIG諧振法等。1)磁調(diào)電感法磁調(diào)電感法原理圖如圖3.5-4所示，圖(a)中L2、C諧振回路的諧振頻率f0為(3.5-2)式中，L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量。若能用時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)改變L2，那么也就改變了諧振頻率。圖3.5-4磁調(diào)電感法原理圖由電磁學(xué)理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導(dǎo)磁系數(shù)μ0成正比：L2=m0L(3.5-3)式中，L為空心線圈的電感量。由于高頻磁芯MH接在低頻磁芯ML的磁路中，而繞在ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分掃描電流，如圖(b)所示，因此當(dāng)掃描電流隨時(shí)間變化時(shí)，磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù)μ0也隨著改變。掃描電流的變化就導(dǎo)致了L2及諧振頻率f0的變化，從而實(shí)現(xiàn)了“掃頻”。

2)變?nèi)荻O管法由式(3.5-2)可知，如果能用掃描信號(hào)改變諧振電路中電容量C的大小，那么也能使諧振頻率隨之改變。圖3.5-5是變?nèi)荻O管的特性曲線，這種二極管的特性可表示為(3.5-4)式中，Cj0為變?nèi)荻O管反向電壓為零時(shí)的結(jié)電容；r為電容變化系數(shù)；UD為PN結(jié)勢(shì)壘電壓；U為加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓。圖3.5-5變?nèi)荻O管的特性曲線若使用突變結(jié)的變?nèi)荻O管，則r=1/2，此時(shí)電容為(3.5-5)因此，用掃描信號(hào)電壓U反向加于變?nèi)荻O管，當(dāng)U隨時(shí)間變化時(shí)，電容C也隨之改變，從而也就改變了諧振頻率，獲得了掃頻信號(hào)。當(dāng)然，前面所敘述的僅是磁調(diào)電感法和變?nèi)荻O管法產(chǎn)生掃頻振蕩的最基本原理，實(shí)際掃頻振蕩器中還有許多其他電路，用以增大掃頻振蕩的頻率覆蓋系數(shù)，改善掃頻線性度等。許多掃頻儀還將掃頻振蕩器分成幾個(gè)波段，用以擴(kuò)大掃頻范圍，而在不同掃頻波段可能采用不同的掃頻振蕩方式，用手工切換或自動(dòng)切換各個(gè)頻段。3.5.3

BT-3型掃頻儀

1.掃頻儀的主要性能要求掃頻振蕩器除應(yīng)具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外，還有下面幾個(gè)主要的性能要求。

(1)中心頻率范圍大且可連續(xù)調(diào)節(jié)。中心頻率是指掃頻信號(hào)從低頻到高頻之間中心位置的頻率。

(2)掃頻寬度(頻寬)要寬且可任意調(diào)節(jié)。頻偏是指掃頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率與中心頻率的差值。頻偏應(yīng)能覆蓋被測(cè)電路的通頻帶，以便測(cè)繪該電路完整的頻率特性曲線。

(3)寄生調(diào)幅要小。理想的調(diào)頻波應(yīng)是等幅波，因?yàn)橹挥性趻哳l信號(hào)幅度保持恒定不變的情況下，被測(cè)電路輸出信號(hào)的包絡(luò)才能表征該電路的幅頻特性曲線。

(4)掃描線性度要好。當(dāng)掃頻信號(hào)的頻率和調(diào)制信號(hào)間成直線關(guān)系時(shí)，示波管的水平軸變換成線性的頻率軸。這時(shí)幅頻特性曲線上的頻率標(biāo)尺將均勻分布，便于觀察。在測(cè)試寬帶放大器時(shí)，若使用對(duì)數(shù)幅頻特性，則要求掃頻規(guī)律和掃頻電壓之間是對(duì)數(shù)關(guān)系。

2.BT-3型頻率特性測(cè)試儀(掃頻儀)

BT-3型掃頻儀主要用來測(cè)試寬帶放大器、雷達(dá)接收機(jī)的高頻放大器、電視接收機(jī)等的各通道頻率特性，也可用于鑒頻器測(cè)試，是一種較為典型的頻率特性測(cè)試儀。其框圖如圖3.5-6所示，主要由掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻率標(biāo)尺、顯示裝置及電源等四部分組成。

BT-3型掃頻儀的面板圖如圖3.5-7所示。圖3.5-7

BT-3型掃頻儀的面板圖

BT-3型掃頻儀的主要技術(shù)性能如下：

(1)中心頻率：在1~300MHz內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分1~75MHz、75~150MHz、150~300MHz三個(gè)波段。

(2)掃頻頻偏：最大頻偏±7.5MHz。

(3)掃頻信號(hào)輸出：輸出電壓≥0.1V(有效值)，輸出阻抗為75Ω。

(4)寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時(shí)，<±7.5%。

(5)調(diào)頻非線性系數(shù)：最大頻偏時(shí)，<20%。

(6)頻標(biāo)信號(hào)：1MHz、10MHz和外接頻標(biāo)三種。3.6脈沖信號(hào)發(fā)生器3.6.1脈沖信號(hào)脈沖具有脈動(dòng)和沖擊的含義，脈沖信號(hào)通常指持續(xù)時(shí)間較短且有特定變化規(guī)律的電壓或電流信號(hào)。常見的脈沖信號(hào)有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形、數(shù)字編碼序列等，其中最基本的脈沖信號(hào)是矩形脈沖信號(hào)。圖3.6-1矩形脈沖信號(hào)

(1)脈沖幅度Um:脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。

(2)脈沖上升時(shí)間tr:脈沖波從0.1Um上升到0.9Um所經(jīng)歷的時(shí)間，也叫脈沖前沿。

(3)脈沖下降時(shí)間tf:脈沖波從0.9Um下降到0.1Um所經(jīng)歷的時(shí)間，也叫脈沖后沿。

(4)脈沖寬度τ：即脈沖的持續(xù)時(shí)間，一般指脈沖前、后沿分別等于0.5Um時(shí)相應(yīng)的時(shí)間間隔。

(5)平頂降落ΔU：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(duì)脈沖幅度的百分比值來表示。

(6)脈沖過沖：包括上沖和下沖。上沖指上升邊超過頂值Um以上所呈現(xiàn)的突出部分，如圖3.6-1(a)中的b；下沖是指下降邊超過底值以下所呈現(xiàn)的向下突出部分，如圖3.6-1(a)中的f。

(7)脈沖周期和重復(fù)頻率：周期性脈沖相鄰兩脈沖之間的時(shí)間間隔稱為脈沖周期，用T表示，脈沖周期的倒數(shù)稱為重復(fù)頻率，用f表示。

(8)脈沖的占空系數(shù)ε：脈沖寬度τ與脈沖周期T的比值稱為占空系數(shù)或空度比，即ε=

(3.6-1)3.6.2脈沖信號(hào)發(fā)生器的分類脈沖信號(hào)發(fā)生器是專門用來產(chǎn)生脈沖波形的信號(hào)源，它可用于測(cè)試視頻放大器、寬帶電路的振幅特性和過渡特性，邏輯元件的開關(guān)速度以及示波器的檢定與測(cè)試等。按照用途和產(chǎn)生脈沖的方法不同，脈沖信號(hào)發(fā)生器可分為通用脈沖發(fā)生器、快沿脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。3.6.3脈沖信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)

1.基本的脈沖信號(hào)發(fā)生器圖3.6-2基本脈沖信號(hào)發(fā)生器框圖

(1)主振級(jí)：

該單元是脈沖信號(hào)源的核心——振蕩源，一般采用恒流源射極耦合自激多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，調(diào)節(jié)振蕩器中電容和鉗位電壓可進(jìn)行振蕩頻率(頻段)粗調(diào)和細(xì)調(diào)。也可采用正弦振蕩、限幅放大和積分電路等構(gòu)成主振級(jí)。

(2)脈沖形成級(jí)：

脈沖形成級(jí)主要由延時(shí)級(jí)和形成級(jí)構(gòu)成。延時(shí)級(jí)將主振級(jí)送出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成形成單元所需的延時(shí)脈沖，形成級(jí)單元在延時(shí)脈沖的作用下，形成寬度準(zhǔn)確、波形良好的矩形脈沖，脈沖寬度可在該級(jí)進(jìn)行獨(dú)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。

(3)輸出級(jí)：

通常包括脈沖放大器、倒相器等。輸出信號(hào)的幅度、極性在輸出級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

XC-20型脈沖信號(hào)發(fā)生器采用上述基本結(jié)構(gòu)，性能指標(biāo)為：頻率范圍為3kHz~200MHz；延遲時(shí)間為2.5ns~100μs；脈沖寬度為2.5ns~100μs；輸出幅度為150mV~5V；前、后沿為1.5ns；輸出波形有正、負(fù)矩形脈沖，正、負(fù)倒置矩形脈沖，直流偏置為－1~+1V；有外觸發(fā)輸入端和手動(dòng)單次脈沖觸發(fā)。

2.前、后沿可調(diào)節(jié)的脈沖信號(hào)發(fā)生器除矩形脈沖外，有時(shí)還需要其他波形的脈沖信號(hào)，如梯形、三角形、鋸齒形等，這些信號(hào)可通過改變矩形脈沖的前、后沿寬度來實(shí)現(xiàn)。因此在前面所述的基本脈沖發(fā)生器中，增加相應(yīng)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(hào)輸出。圖3.6-3前、后沿寬度不同的波形圖3.6-4是XC-14型脈沖信號(hào)發(fā)生器的原理框圖。和XC-13、XC-19等型號(hào)一樣，XC-14屬于通用脈沖信號(hào)發(fā)生器門類。圖3.6-4中的外觸發(fā)電路，自激多諧振蕩器，延遲、比較、整形電路構(gòu)成觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元。延遲電路和前述延時(shí)級(jí)的電路形式及延時(shí)調(diào)節(jié)方法相同，輸出波形(c)比自激多諧振蕩器或外觸發(fā)脈沖信號(hào)(a)延遲了τd時(shí)間，(b)波形表示(a)信號(hào)進(jìn)行積分并與一比較電平E1相比較產(chǎn)生延遲脈沖的過程。圖3.6-4

XC-14型脈沖信號(hào)發(fā)生器的原理框圖圖3.6-5

XC-14型脈沖信號(hào)發(fā)生器中各單元的輸出波形圖3.6-4中的積分調(diào)寬電路和延遲、比較、整形電路及相減電路構(gòu)成脈沖形成單元。積分調(diào)寬電路和延遲、比較、整形電路的作用與前述延遲電路相似，形成比信號(hào)(c)延時(shí)τ的脈沖(e)，而后信號(hào)(c)、(e)共同作用在相減電路上輸出窄脈沖(f)，調(diào)節(jié)積分器電容C和積分器中恒流源可以使τ在10ns~1000μs間連續(xù)可變。圖3.6-4中的極性變換電路和前、后沿調(diào)節(jié)電路以及輸出電路構(gòu)成脈沖輸出單元。極性變換電路實(shí)際上是一個(gè)倒相器，用開關(guān)S選擇輸出脈沖的正、負(fù)極性。前、后沿調(diào)節(jié)電路和延遲電路中的積分器原理類似，調(diào)節(jié)積分電容C和被積恒流源來調(diào)節(jié)脈沖前、后沿，可使輸出脈沖變換為矩形、梯形、三角形、鋸齒形，以供不同的需要。輸出電路是由兩極電流放大器構(gòu)成的脈沖放大器，能保證在50Ω負(fù)載上獲得波形良好的脈沖輸出。輸出脈沖的幅度和直流偏置電平也在該級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

XC-13型、XC-14型和XC-19型脈沖信號(hào)發(fā)生器是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較普遍的通用型脈沖信號(hào)源。

3.多用信號(hào)源和前面的脈沖信號(hào)源不同，這里首先由文氏橋電路產(chǎn)生正弦振蕩，在正弦波單元經(jīng)緩沖、放大由按鍵開關(guān)S選擇輸出。圖3.6-6

XD-11型多用信號(hào)源的框圖3.6.4脈沖信號(hào)源的應(yīng)用頻域測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是系統(tǒng)正弦穩(wěn)態(tài)特性的測(cè)量，包括系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性。在正弦測(cè)量中，最重要的信號(hào)源就是正弦信號(hào)發(fā)生器，最常用的測(cè)量?jī)x器是電子電壓表(點(diǎn)頻法測(cè)量時(shí))或掃頻儀(掃頻法測(cè)量時(shí))。不過如前面所述，點(diǎn)頻法測(cè)量費(fèi)時(shí)、費(fèi)事，掃頻法測(cè)量用的掃頻儀又很昂貴，而且正弦測(cè)量不能直觀地表征系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性。

時(shí)域測(cè)量的原理如圖3.6-7所示。圖中的脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出方波等脈沖信號(hào)施加于被測(cè)系統(tǒng)，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的輸出波形，即可非常直觀地獲得被測(cè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性，而且可邊調(diào)試電路邊進(jìn)行觀測(cè)比較，這是正弦點(diǎn)頻法所不具有的。圖3.6-7時(shí)域測(cè)量的原理例：時(shí)域測(cè)量法考察圖3.6-8(a)中阻容分壓器的瞬態(tài)響應(yīng)特性。最常用的方法是由脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出方波脈沖施加于分壓器，這種阻容分壓器常用作示波器的輸入端。圖3.6-8阻容分壓器的瞬態(tài)響應(yīng)理想情況下的輸出波形u2應(yīng)與輸入波形u1完全相同，如圖(b)所示，可以證明此時(shí)R1C1=R2C2。一旦R1C1≠R2C2，u2相對(duì)于u1就產(chǎn)生失真，如圖(c)、(d)所示的有失真的波形。此時(shí)我們可以一邊調(diào)節(jié)輸入補(bǔ)償電容C1，一邊用示波器觀察輸出波形，一直到滿足要求為止，這顯然要比正弦法測(cè)量調(diào)節(jié)直觀、簡(jiǎn)捷得多。*3.7噪聲信號(hào)發(fā)生器噪聲和信號(hào)是兩個(gè)對(duì)立統(tǒng)一的概念。噪聲通常指干擾有用信號(hào)的、不期望的、不可預(yù)測(cè)的擾動(dòng)，它使有用信號(hào)受到干擾而造成失真，降低了信號(hào)觀察和測(cè)量的可靠性。噪聲信號(hào)發(fā)生器是噪聲測(cè)量中必需的儀器，它能在特定的頻率范圍內(nèi)提供足夠的輸出電平并具有所要求的統(tǒng)計(jì)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(hào)。在電子測(cè)量領(lǐng)域，噪聲發(fā)生器用來測(cè)量接收機(jī)的極限靈敏度，測(cè)量放大器及各有源器件的噪聲系數(shù)及電聲轉(zhuǎn)換器的頻響及失真度等。噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖3.7-1所示，主要由噪聲源、變換器及輸出衰減器等部分組成。圖3.7-1噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)3.7.1噪聲源噪聲源是噪聲發(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(jì)特性的噪聲信號(hào)。其中，應(yīng)用最多的是頻譜分布均勻的白噪聲(又稱無色噪聲)。1.電阻器噪聲源任何電阻在一定溫度下都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，這是由于導(dǎo)體中電子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而引起的噪聲，其大小取決于導(dǎo)體(電阻)的熱力學(xué)狀態(tài)。(3.7-1)式中，R為電阻值；k為玻耳茲曼常數(shù)(1.38×10－23J/K)；T為絕對(duì)溫度；Δf為系統(tǒng)工作帶寬。例如當(dāng)室溫17℃(T=290K)，R=50