測量用信號發(fā)生器1課件

第5章測量用信號發(fā)生器

5.1信號發(fā)生器的種類、組成與技術(shù)指標(biāo)5.2低頻信號發(fā)生器5.3高頻信號發(fā)生器5.4函數(shù)信號發(fā)生器5.5脈沖信號發(fā)生器5.6專用(特殊)信號發(fā)生器5.7信號發(fā)生器的選擇測量用信號發(fā)生器又稱信號源，它可以產(chǎn)生不同頻率的高低頻率正弦信號、AM/FM等調(diào)制信號以及各種頻率的方波、三角波、鋸齒波、正負(fù)脈沖信號等，其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制度等參數(shù)均可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。信號源產(chǎn)生不同頻率、不同波形或調(diào)制的電壓/電流信號并加到被測電路與設(shè)備上，用其它測量儀器觀察、測量被測對象的輸出響應(yīng)，以分析確定被測對象的性能參數(shù)。

作用：1、測元件參數(shù)；2、測網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性；3、測試接收機(jī)的性能；4、測量網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應(yīng)；5、校準(zhǔn)儀表。測量用信號發(fā)生器5.1信號發(fā)生器的種類、組成與技術(shù)指標(biāo)5.1.1信號發(fā)生器的分類1.按頻率范圍分 按照輸出信號的頻率范圍對無線電測量用正弦信號發(fā)生器進(jìn)行分類是傳統(tǒng)的分類方法。2.按用途分 根據(jù)用途的不同，信號發(fā)生器可以分為通用信號發(fā)生器和專用信號發(fā)生器兩類。3.按輸出波形分根據(jù)所輸出信號波形的不同，信號發(fā)生器可分為正弦信號發(fā)生器、矩形信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、三角波信號發(fā)生器、鐘形脈沖信號發(fā)生器和噪聲信號發(fā)生器等。4.按調(diào)制方式分按調(diào)制方式的不同，信號發(fā)生器可分為調(diào)頻、調(diào)幅、脈沖調(diào)制、I-Q矢量調(diào)制等類型。5.按性能指標(biāo)分按信號發(fā)生器的性能指標(biāo)，可分為一般信號發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。5.1.3信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)1.頻率特性1)有效頻率范圍 各項指標(biāo)均能得到保證時的輸出頻率范圍稱為信號發(fā)生器的有效頻率范圍。2)頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指輸出信號頻率的實際值f與其標(biāo)稱值f0的相對偏差，其表達(dá)式為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)的最大變化，表示為4)頻譜純度 對于正弦信號發(fā)生器，頻譜純度也是其重要指標(biāo)之一。2.輸出特性1)輸出電平 輸出電平包括輸出電平范圍和輸出電平準(zhǔn)確度。輸出電平范圍是指輸出信號幅度的有效范圍，也就是信號發(fā)生器的最大和最小輸出電平的可調(diào)范圍，通常采用有效值來度量。2)輸出電平的頻率響應(yīng) 輸出電平的頻率響應(yīng)是指在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時，輸出電平的變化情況，也就是輸出電平的平坦度。3)諧波失真

式中，U1為輸出信號基波的有效值(或幅值)；4)輸出阻抗 輸出阻抗的高低隨信號發(fā)生器類型而異。低頻信號發(fā)生器一般有50Ω、600Ω、5kΩ等幾種不同的輸出阻抗，而高頻信號發(fā)生器一般只有50Ω(或75Ω)不平衡輸出，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 輸出波形是指信號發(fā)生器所能輸出信號的波形。3.調(diào)制特性

許多信號源還包含調(diào)制功能。如高頻信號發(fā)生器，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)頻信號，有些還帶有調(diào)相、脈沖調(diào)制、數(shù)字調(diào)制等功能。調(diào)制特性包括調(diào)制的種類、頻率、調(diào)幅系數(shù)或最大頻偏以及調(diào)制線性等。1.主振器是低頻信號發(fā)生器的核心部分，產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦信號，它決定了信號發(fā)生器的有效頻率范圍和頻率穩(wěn)定度。低頻信號發(fā)生器中產(chǎn)生振蕩信號的方法有多種，現(xiàn)代低頻信號發(fā)生器中，主振器常采用RC文氏電橋振蕩電路。2.緩沖放大器兼有緩沖和電壓放大的作用。緩沖是為了將后級電路與主振器隔離，防止后級電路、負(fù)載等的變化對主振器的影響，保證主振頻率穩(wěn)定，一般采用射極跟隨器或運放組成的電壓跟隨器。3.功率放大器用來對電平調(diào)節(jié)器送來的電壓信號進(jìn)行功率放大，使之達(dá)到額定的功率輸出，驅(qū)動低阻抗負(fù)載。通常采用電壓跟隨器或BTL電路等。4.輸出衰減器圖示為低頻信號發(fā)生器中最常用的輸出衰減器。由電位器RP取出一部分信號電壓加于R1~R8組成的步進(jìn)衰減器，調(diào)節(jié)電位器或調(diào)節(jié)波段開關(guān)S所接的擋位，均可使衰減器輸出不同電壓。5.阻抗變換器于匹配不同阻抗的負(fù)載，以便在負(fù)載上獲得最大輸出功率。6.輸出指示用來指示輸出端輸出電壓的幅度，或?qū)ν獠啃盘栯妷哼M(jìn)行測量，可能是指針式電壓表、數(shù)碼LED或LCD。 5.2.2低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)

(1)頻率范圍：一般為20Hz~1MHz，連續(xù)可調(diào)。 (2)頻率準(zhǔn)確度：±(1~3)%。 (3)頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.1%。 (4)輸出電壓：0~10V連續(xù)可調(diào)。 (5)輸出功率：0.5~5W連續(xù)可調(diào)。 (6)非線性失真范圍：0.1%~1%。 (7)輸出阻抗：50Ω、75Ω、600Ω、5kΩ。 (8)輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出。5.2.3低頻信號發(fā)生器的使用要點1)了解面板2)注意正確的操作步驟 信號發(fā)生器的使用包括如下步驟： (1)開機(jī)準(zhǔn)備。 (2)選擇頻率。 (3)輸出阻抗的配接。 (4)選擇輸出電路的形式。 (5)輸出電壓的調(diào)節(jié)和測讀。5.3.2調(diào)諧信號發(fā)生器 根據(jù)反饋方式可分為變壓器反饋式、電感反饋式(也稱電感三點式或哈特萊式)及電容反饋式(也稱電容三點式或考畢茲式)三種振蕩形式。圖LC振蕩器電路的三種構(gòu)成形式(a)變壓器反饋式；(b)電感三點式；(c)電容三點式5.3.3合成信號發(fā)生器(1)直接合成法。分為模擬直接合成法和數(shù)字直接合成法。

模擬直接合成法采用基準(zhǔn)頻率通過諧波發(fā)生器，產(chǎn)生一系列諧波頻率，然后利用混頻、倍頻和分頻進(jìn)行頻率的算術(shù)運算，最終得到所需的頻率；數(shù)字直接合成法則是利用ROM和DAC結(jié)合，通過控制電路，從ROM單元中讀出數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，得到一定頻率的輸出波形。(2)間接合成法。通過鎖相技術(shù)進(jìn)行頻率的算術(shù)運算，最后得到所需的頻率。1.直接合成法模擬直接合成法：

將一個或多個基準(zhǔn)頻率通過倍頻、分頻、混頻技術(shù)實現(xiàn)運算，合成所需頻率信號，再用窄帶濾波器選出所要求的高性能信號。模擬直接合成法的例子直接頻率合成器的原理框圖。 與傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，DDS具有以下特殊優(yōu)點： (1)頻率分辨率高，頻點數(shù)多。 (2)頻率轉(zhuǎn)換快。 (3)相位連續(xù)。 (4)信號相干。 (5)相位噪聲小。 (6)便于實現(xiàn)復(fù)雜方式的信號調(diào)制。 (7)微處理器接口，控制容易，穩(wěn)定可靠。 (8)大規(guī)模集成，體積小，功耗低，重量輕。2.間接合成技術(shù)間接合成法即鎖項合成法。 基本鎖相環(huán)是個閉環(huán)相位負(fù)反饋環(huán)路，由鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)及壓控振蕩器(VCO)三大部分組成。將基本鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)稍加變化，在反饋回路中加入分頻比N可變的分頻器，就可得到頻率合成器中經(jīng)常使用的鎖相環(huán)。當(dāng)鎖相環(huán)鎖定時，鑒相器PD兩輸入端信號的頻率差為零， 即

fo=Nfr5.4函數(shù)信號發(fā)生器5.4.1函數(shù)信號發(fā)生器的基本組成與原理

1.脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器圖示二極管正弦波形成電路，為典型的二極管網(wǎng)絡(luò)變換電路，可將對稱的三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。2.正弦式函數(shù)信號發(fā)生器3.三角波式函數(shù)發(fā)生器5.5脈沖信號發(fā)生器最基本的脈沖信號是矩形脈沖信號。它的基本參數(shù)：(1)脈沖振幅A：指脈沖頂量值與底量值之差。(2)上升時間tr：指由10%電平處上升到90%電平處所需的時間，也叫脈沖前沿。(3)下降時間tf：指由90%電平處下降到10%電平處所需的時間，也叫脈沖后沿。(4)脈沖寬度τ(或tw)。(5)脈沖周期和重復(fù)頻率f。(6)脈沖的占空系數(shù)ε：指脈沖寬度τ與脈沖周期T的比值，即ε=τ/T。5.5.1脈沖信號發(fā)生器的分類 1、按照頻率范圍：射頻脈沖信號發(fā)生器視頻脈沖信號發(fā)生器 2、按照用途和產(chǎn)生脈沖的方法不同：通用脈沖發(fā)生器快沿脈沖發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器特種脈沖發(fā)生器5.5.2脈沖信號發(fā)生器的組成與基本原理一臺基本的脈沖信號發(fā)生器包括主振級、延遲級、脈寬形成級、整形級、輸出級等部分。5.6專用(特殊)信號發(fā)生器5.6.1任意波形發(fā)生器 (AWG，ArbitrarilyWaveGenerator)具備產(chǎn)生任意波形的能力。圖示為任意波形發(fā)