ch2信號發(fā)生器(用)1課件

測量用信號發(fā)生器應(yīng)知1：什么是信號源及其作用應(yīng)知2：信號發(fā)生器的分類應(yīng)知3：信號發(fā)生器的基本要求應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理應(yīng)知1：什么是信號源及其作用信號發(fā)生器又叫信號源，它是在電子測量中提供符合一定技術(shù)要求的電信號的儀器。信號發(fā)生器可產(chǎn)生不同波形、頻率和幅度的信號，為測試各種模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)提供不同的信號源。應(yīng)用最為廣泛、基本，常以各種形式出現(xiàn)在其它設(shè)備中作為一個組成部分，或和其它設(shè)備一起組成一套測試系統(tǒng)。正弦信號發(fā)生器（A題）

一、任務(wù)

設(shè)計制作一個正弦信號發(fā)生器。二、要求1、基本要求（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz～10MHz；（2）具有頻率設(shè)置功能，頻率步進：100Hz；（3）輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；

（3）產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制(FM)信號：在100kHz~10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10kHz最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號頻率為1kHz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生；（4）產(chǎn)生二進制PSK、ASK信號：在100kHz固定頻率載波進行二進制鍵控，二進制基帶序列碼速率固定為10kbps，二進制基帶序列信號自行產(chǎn)生；（5）其他。

正弦信號發(fā)生器（A題）

三、評分標準應(yīng)知2：信號發(fā)生器的分類1．按輸出波形分類①正弦信號發(fā)生器：產(chǎn)生正弦波或受調(diào)制的正弦波。②脈沖信號發(fā)生器：產(chǎn)生脈寬可調(diào)的重復(fù)脈沖波。③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，即正弦波、三角波、方波等各種信號。應(yīng)知2：信號發(fā)生器的分類

③視頻信號發(fā)生器：

頻率范圍為20Hz～10MHz。

④高頻信號發(fā)生器：

頻率范圍為200kHz～30MHz。

⑤甚高頻信號發(fā)生器：

頻率范圍為30～300MHz。

⑥超高頻信號發(fā)生器：

頻率范圍為300MHz以上。

應(yīng)知3：信號發(fā)生器的基本要求①產(chǎn)生一個具有指定波形的振蕩信號；信號的頻率應(yīng)在其有效范圍內(nèi)可調(diào)(步進或連續(xù)可調(diào))，波形的參數(shù)已知；波形失真足夠小。②信號的振幅應(yīng)在其有效范圍內(nèi)可調(diào)(步進或連續(xù)可調(diào))。③有合適的輸出阻抗，高頻信號發(fā)生器通常為50Ω或75Ω，低頻信號發(fā)生器一般為600Ω或1k。具有功率輸出時，可以選擇50Ω，75Ω，150Ω，600Ω和5KΩ等檔應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標1.頻率特性主要包括頻率范圍、準確度和穩(wěn)定度。①頻率范圍信號發(fā)生器的頻率范圍是指各項指標都能得到保證的輸出頻率范圍，是“有效頻率范圍”的簡稱。有效頻率范圍，可以通過波段式或差頻式、或合成式方法獲得較寬頻率范圍的覆蓋。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標度盤讀數(shù)時，信號發(fā)生器的頻率準確度約為±(0.5%~10%)，采用數(shù)字式儀器，其輸出頻率的準確度可達10-8~10-10量級。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標③頻率穩(wěn)定度是指在一定的時間間隔內(nèi)，在其它環(huán)境條件不變時，頻率源維持其工作于恒定頻率的能力?？煞譃殚L期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標短期穩(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)定時間間隔內(nèi)(15分鐘)的最大變化，表示為式中，fmax，fmin分別是頻率在任何一個規(guī)定時間間隔內(nèi)的最大值和最小值。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標2.輸出特性信號發(fā)生器的輸出特性包括它的輸出阻抗、輸出電平、波形及輸出衰減等。①輸出阻抗低頻信號發(fā)生器一般為600Ω或1KΩ。高頻信號發(fā)生器一般使用50或75Ω檔。使用高頻信號發(fā)生器時，應(yīng)注意輸出阻抗與負載匹配。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標②電平特性

它是指輸出波形的電平的有效范圍、頻率響應(yīng)及輸出電平的準確度。如，一般標準高頻信號發(fā)生器的輸出電壓為0.1μV~1V，電平振蕩器的輸出電平為+10~-60dB。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標③波形特性包括輸出波形的種類及其參數(shù)。信號發(fā)生器一般可以輸出正弦、脈沖等波形，函數(shù)信號發(fā)生器還可以輸出方波、三角波、鋸齒波、階梯波，甚至任意波形。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標

能夠輸出多種波形的信號發(fā)生器，對其它非正弦波的參數(shù)都有著不同的要求。輸出脈沖的，有脈寬可調(diào)、符合測試要求的上升時間、下降時間等參數(shù)指標。三角波輸出時，則要限制非線性等。電壓、電流中的非線性失真度是用基波成分除外的總諧波有效值與基波有效值之比化為百分數(shù)來表示。應(yīng)知4：信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標3.調(diào)制特性對高頻信號發(fā)生器來說，一般還具有輸出一種或多種調(diào)制信號的能力，通常為調(diào)幅和調(diào)頻。調(diào)制特性包括調(diào)制的種類、頻率、調(diào)幅系數(shù)或最大頻偏及調(diào)制線性等。高頻信號發(fā)生器中調(diào)幅的調(diào)制頻率一般固定為400或1000Hz。應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法；要點1：信號發(fā)生器的組成應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法

要點2：利用信號發(fā)生器的測量方法1.諧振法利用此法，借助信號發(fā)生器可以測試阻抗和品質(zhì)因數(shù)。如圖電路諧振時，可由示波器和電壓表監(jiān)測諧振狀態(tài)，信號發(fā)生器的輸出頻率就是諧振頻率。用諧振公式就可以計算出電感量大小。應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法2.二次測量法利用“二次測量”的方法，可以測試放大器的增益、幅頻特性、相頻特性以及輸出阻抗等參數(shù)。其輸出阻抗的測試過程如下。

先S1接1位，S2不接，測U0。然后閉合S2，測得U1。應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法則：因此，放大器的輸出阻抗R0為“半電壓法”介紹應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法3.比較法利用比較法，信號發(fā)生器可用來測量電壓、電流、功率、頻率和調(diào)制度等，如圖所示。

應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法4.替代法利用替代法可以測量衰減和相位等，如圖2-6所示。加上標準天線，可以測量場強，如圖2-7所示。

應(yīng)知5：信號發(fā)生器的組成和測量方法用替代法測量場強加上標準天線，可以測量場強，如下圖所示。

應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理要點1：低頻信號發(fā)生器的組成以輸出正弦波為主，工作頻率1HZ~1MHz范圍，多功能、寬量程的電子儀器。廣泛用于模擬電路設(shè)計，測試維修。例如，各種音頻設(shè)備的調(diào)試與測試。組成：主振器、連續(xù)衰減器（電位器RP）、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器（輸出變壓器）和監(jiān)測器（監(jiān)測電壓表）應(yīng)知6圖2-7低頻信號發(fā)生器的一般組成方框圖應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理要點2：主振級基本組成形式1、主振級主振級用來產(chǎn)生低頻正弦信號，其振蕩頻率范圍即為信號發(fā)生器的有效頻率范圍。常見的電路形式有差頻式和RC振蕩兩類。

(1)

差頻式振蕩器

差頻式振蕩器的原理見下圖。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理要點2：主振級基本組成形式(差頻式)產(chǎn)生差頻信號：f1-f2，如f2從3.3997MHz變?yōu)?.1MHz，f1=3.4MHz，則輸出頻率為300Hz~1.7MHz，頻率覆蓋范圍比較寬輸出波形失真較大、頻率準確度和穩(wěn)定性差，當f1和f2接近，易產(chǎn)生頻率牽引，難獲得較低的差頻輸出。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級基本組成形式(文氏電橋)

（2）RC振蕩器

為了克服以上差頻式振蕩器的缺點，現(xiàn)代低頻信號發(fā)生器普遍應(yīng)用RC振蕩器。

RC振蕩器又可分為RC移相振蕩器、RC雙T振蕩器、RC文氏電橋振蕩器三種。用得最多的是RC文氏電橋振蕩器，它具有輸出波形好、振幅穩(wěn)定、頻率范圍寬及頻率調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。RC文氏電橋電路

為了便于頻率調(diào)節(jié)，常選正反饋網(wǎng)絡(luò)電阻為R，電容為C，則傳輸系數(shù)可寫成應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級基本組成形式(文氏電橋)應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級基本組成形式(文氏電橋)此時，選頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)β最大，相移φ為零。要求放大器提供360°相移才能完成正反饋以滿足振蕩的相位平衡，即要有兩級放大器才行。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級基本組成形式(文氏電橋)可見振蕩器要輸出等幅振蕩正弦波，必須滿足兩個條件{振幅平衡條件相位平衡條件故A≥3，R1、Rt構(gòu)成的負反饋支路，利用負溫度系數(shù)Rt的非線性來完成穩(wěn)幅作用，避免晶體管工作到非線性區(qū)，減少輸出波形失真。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級基本組成形式(文氏電橋)

整個電路頻率的調(diào)節(jié)是通過改變橋路電阻值和電容值進行的。用波段開關(guān)改變R進行頻率粗調(diào)，用同軸雙聯(lián)可變電容器改變C進行頻率細調(diào)。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點3：緩沖放大器作用2．

緩沖放大器

緩沖放大器兼有緩沖和電壓放大的作用。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）極跟隨器或運放組成的電壓跟隨器。電壓放大的目的：使主振級的輸出電壓達到預(yù)定技術(shù)指標，要求頻帶寬、諧波失真小、工作穩(wěn)定等。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點4：衰減器組成與作用3．

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)。圖所示電路是XD22A型低頻信號發(fā)生器中采用的輸出衰減器。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點4：衰減器組成與作用調(diào)節(jié)電位器在不同位置，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)波段開關(guān)S處不同檔位，均可使衰減器輸出不同的電壓，實現(xiàn)步進調(diào)節(jié)應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點4：衰減器組成與作用信號發(fā)生器對步進衰減量的表示通常有兩種。(1)直接用步進衰減器的輸出電壓U0與輸入電壓UI的比值來表示，即

U0/UI。(2)將上述的比值取對數(shù)再乘以20，即20lg(U0/UI),單位為分貝（dB）。例如，當U0∕UI=0.1時，表示為×0.1,對數(shù)表示則為(－)２０dB。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點5：功率放大器的作用4．功率放大器

功率放大器對衰減器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到額定的功率輸出。要求功率放大器的工作效率高，諧波失真小。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點6：阻抗變換器的作用5．阻抗變換器

阻抗變換器用于匹配不同阻抗的負載，以便獲得最大輸出功率。

使輸出信號失真小，獲得最佳負載輸出。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點7：指示電壓表的讀數(shù)6．指示電壓表

指示電壓表用于指示電壓放大器的輸出電壓幅度。正弦波信號的輸出電壓，可通過“輸出衰減”和“輸出細調(diào)”旋鈕，根據(jù)實際需要進行調(diào)節(jié)。任務(wù)6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點7：指示電壓表的讀數(shù)衰減分貝數(shù)(dB)與衰減倍數(shù)的關(guān)系，見表2-1。實際輸出電壓應(yīng)是電壓表指示的電壓值被衰減的分貝數(shù)相對應(yīng)的倍數(shù)來除所得到的結(jié)果。應(yīng)知6：低頻信號發(fā)生器工作原理

要點7：輸出電壓調(diào)節(jié)和測讀[例2-1]將XD22A型低頻信號發(fā)生器的“輸出衰減”旋鈕置于50dB時，指示電壓表的讀數(shù)為6V，這時的實際輸出電壓是多少？[解]查上表，可知50dB所對應(yīng)的倍數(shù)為316，故實際輸出電壓為U=6/316=18.99mV應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

高頻信號發(fā)生器是一種向電子設(shè)備和電路提供等幅正弦波和調(diào)制波的高頻信號源，其工作頻率一般為100kHz～35MHz，主要用于各種接收機的靈敏度、選擇性等參數(shù)的測量。高頻信號發(fā)生器按調(diào)制類型不同可分為調(diào)幅和調(diào)頻兩種。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點1：基本組成框圖產(chǎn)生的高頻正弦信號，經(jīng)調(diào)制級進行幅度調(diào)制，送至輸出級，由內(nèi)部的衰減電路衰減后輸出。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級作用與形式

1.主振級主振級就是載波發(fā)生器，或叫高頻振蕩器，其作用是產(chǎn)生高頻等幅信號。要求主振級的頻率范圍寬，有較高的準確度(優(yōu)于10-3)和穩(wěn)定度(優(yōu)于10-4)。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級作用與形式(變壓器反饋)應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級作用與形式(電感三點式)應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點2：主振級作用與形式(電容三點式)通過切換振蕩回路中電感L來改變頻段，改變電容C來對振蕩頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點3：調(diào)制信號發(fā)生器的作用

2.調(diào)制信號發(fā)生器調(diào)制信號分內(nèi)調(diào)制信號和外調(diào)制信號兩種。調(diào)制信號發(fā)生器就是產(chǎn)生內(nèi)調(diào)制信號的，也叫內(nèi)調(diào)制振蕩級。一般高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的內(nèi)調(diào)制信號有400Hz和1kHz兩種。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點4：調(diào)制級作用3.調(diào)制級將主振級產(chǎn)生的高頻等幅波（載波）與調(diào)制信號發(fā)生器產(chǎn)生的音頻調(diào)制信號（400Hz或1kHz）同時送到調(diào)制級后，從調(diào)制級輸出的就是載有音頻信號（400Hz或1kHz）的調(diào)制波了。

應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點5：輸出級作用4

.

輸出級輸出級的作用是對調(diào)制信號進行放大和濾波，在此基礎(chǔ)上通過衰減器對輸出電平進行較大范圍的調(diào)節(jié)和輸出阻抗的變換，以適應(yīng)各種不同的需要。其電路主要由放大器、濾波器和衰減器等組成。應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點6：YB1051高頻信號發(fā)生器性能指標

(1）頻率范圍：0.1～40MHz，數(shù)顯，誤差0.1%（2）輸出幅度：最大1V有效值，穩(wěn)幅，數(shù)顯，連續(xù)可調(diào)（3）輸出阻抗：50Ω應(yīng)知7：高頻信號發(fā)生器工作原理

要點6：YB1051高頻信號發(fā)生器性能指標

（4）調(diào)制方式：內(nèi)1kHz調(diào)頻：頻偏100kHz，連續(xù)可調(diào)調(diào)幅：深度0～50%，連續(xù)可調(diào)（5）低頻輸出：1kHz失真度：小于1%輸出幅度：最大2.5V有效值，連續(xù)可調(diào)衰減：10dB～40dB應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

函數(shù)信號發(fā)生器是一種多波形信號源，它能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形。工作頻率可以從幾毫赫茲（mHz）直至幾十兆赫（MHz）。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（寬度和重復(fù)周期可調(diào)）、正負脈沖等波形。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理函數(shù)信號發(fā)生器也能具有調(diào)頻、調(diào)幅等調(diào)制功能。它可在生產(chǎn)、測試、儀器維修和實驗時作信號源使用。除工作于連續(xù)狀態(tài)外，有的還能鍵控、門控、或工作于外觸發(fā)方式。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

函數(shù)信號發(fā)生器的構(gòu)成方式有三種：第一種是（脈沖式）用施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波。或產(chǎn)生三角波然后在變換正弦波和方波第二種是（正弦式）先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波。第三種是合成式。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點1：由方波產(chǎn)生三角波、正弦波

函數(shù)信號發(fā)生器原理方框圖之一

（1）它包括脈沖發(fā)生器、施密持觸發(fā)器、積分器和正弦波轉(zhuǎn)換電路等部分。其工作過程如下：在觸發(fā)脈沖的作用下，施密特觸發(fā)器產(chǎn)生方波，積分器將方波積分形成三角波，正弦波轉(zhuǎn)換電路將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。放大器選擇三個波形輸出。可單獨輸出一個波形，也可同時輸出三個波形。

應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點2：由方波產(chǎn)生三角波(2)積分器：由線性很好的密勒積分電路組成，在積分器輸出端可得到三角波信號。當雙穩(wěn)觸發(fā)器輸出為+U1時，此時，積分器的輸出電壓U2將線性下降，應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點2：由方波產(chǎn)生三角波當U2下降到-Er2，電壓比較器VC2輸出控制信號，雙穩(wěn)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)至第二穩(wěn)態(tài)，輸出為U1=-KE，由上面分析可知，此時積分器的輸出電壓U2將線性上升，上升速率仍由RC決定。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點2：由方波產(chǎn)生三角波當U2上升至參考電位Er1時，電壓比較器VC1使雙穩(wěn)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)回第一穩(wěn)態(tài)，從而開始下一個振蕩周期。調(diào)節(jié)積分器的積分時間常數(shù)RC的值，可改變積分速度，即改變輸出的三角波斜率，從而調(diào)節(jié)三角波的幅度。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波

正弦波形通常是令三角波經(jīng)過非線性成形網(wǎng)絡(luò)，用分段折線逼近的方法來實現(xiàn)。例如一個電路具有如下圖（a）所示的電路特性，將三角波加到該電路后，能得到如圖（b）所示的波形。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波三角波逼近正弦波

應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波這種網(wǎng)絡(luò)對信號的衰減會隨三角波幅度的加大而增加，產(chǎn)生削頂，從而使輸出波形向正弦波逼近；如果折線段選得足夠多，并適當選擇轉(zhuǎn)折點的位置，便能得到非常逼真的正弦波。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波正弦波可以看成是許多不同的頻率的直線段組成。當直線段足夠多時，由折線近視的構(gòu)成大的波形就很好的近視正弦波。因此，將三角波經(jīng)分壓系數(shù)不同的電路網(wǎng)絡(luò)，便可得到近似的正弦波輸出。上圖VD3、VD2、VD1完成正弦波的正半周；VD4、VD5、VD6完成正弦波的負半周應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波在正半周時，一對二極管可獲得三段折線；負半周也有三段折線。即使用1對二極管可獲得6段折線。在三角波的正峰值后，隨著輸入三角波電壓瞬時值的降低，二極管VD1、VD2、VD3會相繼截止，分析法同上。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點3：由三角波產(chǎn)生正弦波在輸出端得到如前圖所示的正弦波。以后每增加一對二極管，正負半周可各增加二段。由這種正弦波成形網(wǎng)絡(luò)獲得的正弦信號失真小，用5對二極管時失真度可小于1%，用6對時可小于0.25%。應(yīng)知8：函數(shù)信號發(fā)生器原理

要點4：正弦波產(chǎn)生方波、三角波輸出正弦波，在20Hz～20kHz范圍內(nèi)，諧波失真度可小于0.1%。正弦信號送整形電路限幅，再微分、單穩(wěn)態(tài)調(diào)寬、放大，得到幅度可調(diào)的正負矩形脈沖，寬度可在0.1～10000μs內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。脈沖前沿小于40ns。負矩形脈沖送鋸齒波電路，得到掃描時間連續(xù)調(diào)節(jié)的鋸齒波信號。掃描時間為0.1～10000μs。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理合成信號發(fā)生器是用頻率合成器代替信號發(fā)生器中的主振蕩器。它既有信號發(fā)生器良好的輸出特性和調(diào)制特性，也有頻率合成器的高穩(wěn)定度、高分辨力的優(yōu)點，同時輸出信號的頻率、電平、調(diào)制深度等均可程控，是一種先進高檔次的信號發(fā)生器。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點1：什么是頻率合成技術(shù)？合成信號發(fā)生器的核心是頻率合成器。頻率合成器是把一個（或少數(shù)幾個）高穩(wěn)定度頻率源?s經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運算，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。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點2：直接合成法頻率合成的方法分為直接合成法和間接合成法兩種。直接合成法是將基準晶體振蕩器產(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。常見的有諧波法、連續(xù)混頻—分頻法。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點2：直接合成法由于直接合成法需要大量的混頻器、分頻器和濾波器，因而體積大，難于集成，價格昂貴。但是，直接頻率合成法具有切換頻率的速度快，輸出頻率的穩(wěn)定度、準確度與基準頻率相等的優(yōu)點。

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要點3：間接合成法間接合成法也稱鎖相合成法，它是通過鎖相環(huán)來完成頻率的加、減、乘、除。鎖相環(huán)具有濾波作用，其通頻帶可以做得很窄，并且中心頻率易調(diào)，又能自動跟蹤輸入頻率?？梢允∪ブ苯雍铣煞ㄖ惺褂玫拇罅繛V波器，有利于簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，便于集成。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點3：間接合成法（基本鎖相環(huán)路）基本鎖相環(huán)路是由相位比較器(PD)，壓控振蕩器(VCO)和環(huán)路濾波器(LPF)組成的閉合環(huán)路，如圖2—19(a)所示。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點3：間接合成法（基本鎖相環(huán)路）相位比較器即鑒相器，它比較兩個輸入信號f0和fi的相位差△φ，輸出與相位差成比例的電壓，這個電壓稱為誤差電壓ud。其鑒相特性如圖2—19(b)所示。

環(huán)路濾波器是一種RC低通濾波器，它濾去誤差電壓中的高頻成分及噪聲，用以改善環(huán)路的性能。

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要點3：間接合成法（基本鎖相環(huán)路）壓控振蕩器是在外加電壓的作用下能改變其輸出頻率的振蕩器。其壓控持性如圖2—19(c)所示。誤差電壓經(jīng)濾波后送VCO，改變VCO的固有振蕩頻率f0，并使f0向輸入信號的頻率靠攏，這個過程稱為頻率牽引。

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要點3：間接合成法(基本鎖相環(huán)路)當f0=fi，這種狀態(tài)稱為環(huán)路的鎖定狀態(tài)，或稱為同步狀態(tài)。鎖相環(huán)的工作過程就是通過頻率的牽引，達到相位鎖定的過程。當環(huán)路鎖定，f0=fi，Δφ=C。fi是石英晶體振蕩器的振蕩頻率，在環(huán)路鎖定時，其輸出頻率f0具有與輸入頻率fi相同的頻率特性（準確度和穩(wěn)定度）。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點3：間接合成法(基本鎖相環(huán)路)綜上所述，鎖相環(huán)的工作過程就是通過頻率的牽引，達到相位的鎖定的過程。當環(huán)路鎖定時通常，是石英晶體振蕩器的振蕩頻率。因此，在環(huán)路鎖定時，其輸出頻率具有與輸入頻率相同的頻率特性。這就是鎖相環(huán)的基本原理。顯然，基本鋇相環(huán)路的意義在于：它能夠使普通振蕩器(VCO)輸出頻率的指標與基準頻率的指標相同。

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要點4：間接合成法(倍頻式鎖相環(huán))倍頻鎖相環(huán)可對輸入信號頻率進行乘法運算，它有兩種基本形式，如圖2—20所示應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點4：間接合成法(倍頻式鎖相環(huán))圖2—20(a)是數(shù)字倍頻環(huán)。它將VCO的輸出頻率進行N分頻后，在PD中與輸入頻率比較，因此環(huán)路鎖定時，PD兩輸入信號的頻率相等，即。因此，倍頻環(huán)的輸出頻率為應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點4：間接合成法(倍頻式鎖相環(huán))

圖2—20(b)是脈沖倍頻環(huán)。脈沖形成電路將輸入信號變換為含有豐富諧波成分的窄脈沖，因而，環(huán)路的輸入信號中包含了多種諧波。但環(huán)路只可能鎖定在其中的一個頻率上。改變VCO中可變電容（變?nèi)荻O管）的偏置電壓，調(diào)諧其固有振蕩頻率，選擇某一高次諧波，則同樣可以達到倍頻的目的。脈沖倍頻環(huán)的優(yōu)點是可以獲得高達幾百次，甚至上千次以上的倍頻。

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要點4：間接合成法(倍頻式鎖相環(huán))

倍頻環(huán)實現(xiàn)寬頻范圍內(nèi)的點頻覆蓋，擴展了合成器的高端頻率。它特別適合用于制作頻率間隙較大的高頻及甚高頻合成器，可以獲得高達幾百次，甚至上千次以上的倍頻。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點5：間接合成法(分頻鎖相環(huán))對輸入信號頻率進行除法運算的鎖相環(huán)叫分頻鎖相環(huán)。分頻環(huán)可用于向低端擴展合成器的頻率范圍。與倍頻環(huán)類似，它也有兩種形式，如圖2—2l所示。環(huán)路鎖定時，有

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要點5：間接合成法(分頻鎖相環(huán))應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))混頻鎖相環(huán)

圖2—22是一種最簡單的混頻鎖相環(huán)。它由混頻器(M)、帶通濾波器(BPF)和基本鎖相環(huán)組成，可以實現(xiàn)頻率的加、減運算。

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要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))⑴當混頻器是差頻(-)時，環(huán)路的輸出頻率f0=fi1+fi2，為兩輸入頻率之和；⑵當混頻器是和頻(+)時，環(huán)路的輸出頻率f0=fi1-fi2，為兩輸入頻率之差；應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))當兩個輸入頻率之和或之差超出了允許范圍時，環(huán)路不能進入鎖定狀態(tài)，也無法控制VCO的輸出頻率，即環(huán)路“失鎖”。此時，需要調(diào)整VCO的工作參數(shù)以改變其固有振蕩頻率，或調(diào)整輸入頻率，以達到鎖定的目的。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))下面舉例說明混頻鎖相環(huán)在頻率合成中的作用。在圖2—22中，設(shè)為晶體振蕩器的輸出頻率＝10000kHz，頻率穩(wěn)定度為。為內(nèi)插振蕩器的輸出頻率，且的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍在100~110kHz之間，頻率穩(wěn)定度。按差頻式混頻器合成有，

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要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))因此f0=10100~10110KHz。且輸出頻率誤差Δf0=Δfi1+Δfi2=10Hz+(10~11)Hz=20~21Hz取Δf0最大值21Hz時，Δf0/f0≈2.1×10-6/d。

利用混頻鎖相環(huán)，不僅實現(xiàn)了10KHz范圍內(nèi)頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)，而且f0的頻率穩(wěn)定度與晶體振蕩器的穩(wěn)定度在同一量級上。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點6：間接合成法(混頻鎖相環(huán))在這些基本鎖相環(huán)路中，倍頻系數(shù)N或分頻系數(shù)N，能在頻率預(yù)置時置定，使這些鎖相環(huán)路中的壓控振蕩器處于鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)。于是在環(huán)路的輸出端可得到輸入信號的分頻、倍頻、和頻或差頻等信號。

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要點７：合成信號發(fā)生器的工作特性1.合成信號發(fā)生器的特點

合成信號發(fā)生器的最大特點是將基準頻率源的準確度轉(zhuǎn)移到所需的任意頻率。這種轉(zhuǎn)移是通過算術(shù)運算來實現(xiàn)的。頻率的步進和控制多采用程控電子開關(guān)，以十進制方式改變其輸出頻率。并使用內(nèi)插振蕩器，以獲得輸出頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)。

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要點７：合成信號發(fā)生器的工作特性2.合成信號發(fā)生器的工作特性

合成信號發(fā)生器是一種通用信號發(fā)生器，其工作特性也包括；頻率待性、輸出特性和調(diào)制特性等方面。但是，合成信號發(fā)生器對頻率特性，以及頻譜純度的要求更為嚴格。(1)頻率特性頻率準確度和長期穩(wěn)定度，一般都能達到以上?？勺鳂藴暑l率源使用。應(yīng)知9：合成信號發(fā)生器原理

要點７：合成信號發(fā)生器的工作特性(2)頻率分辨力輸出離散頻率時，相鄰兩頻率之間的最小間隔。一般在0.1～10Hz的范圍內(nèi)。(3)相位噪聲

相位不規(guī)則的變化叫相位噪聲。由于相位的變化必然引起頻率的變化。常用相位噪聲來表征頻率的短期穩(wěn)定度。其帶寬相位噪聲應(yīng)低于－60dB。

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要點７：合成信號發(fā)生器的工作特性由前述混頻環(huán)一例可知，加入內(nèi)插振蕩器之后，其輸出頻率的穩(wěn)定度