《電子測量技術基礎》課件第3章

第3章信號發(fā)生器3.1信號發(fā)生器概述3.2正弦信號發(fā)生器的性能指標3.3低頻、超低頻信號發(fā)生器3.4射頻信號發(fā)生器3.5掃頻信號發(fā)生器3.6脈沖信號發(fā)生器*3.7噪聲信號發(fā)生器小結

3.1信號發(fā)生器概述

3.1.1信號發(fā)生器的用途

在研制、生產、使用、測試和維修各種電子元器件、部件以及整機設備時，都需要有信號源，由它產生不同頻率、不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件、設備上，用其他測量儀器觀察、測量被測者的輸出響應，以分析和確定它們的性能參數，如圖3.1-1所示。圖3.1-1測試信號發(fā)生器3.1.2信號發(fā)生器的分類

信號發(fā)生器應用廣泛，種類、型號繁多，性能各異，分類方法也不盡一致，下面介紹幾種常見的分類。

1.按頻率范圍分類

按照輸出信號的頻率范圍，信號發(fā)生器的劃分如表3.1-1所示。

2.按輸出波形分類

根據使用要求，信號發(fā)生器可以輸出不同波形的信號，圖3.1-2是其中幾種典型波形。按照輸出信號的波形特性，信號發(fā)生器可分為正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。非正弦信號發(fā)生器又包括脈沖信號發(fā)生器、函數信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數字序列信號發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。圖3.1-2幾種典型的信號波形

3.按信號發(fā)生器的性能分類

按信號發(fā)生器的性能指標，可分為一般信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器。前者指對其輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類發(fā)生器；后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調制系數等在一定范圍內連續(xù)可調，并且讀數準確、穩(wěn)定，屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。3.1.3信號發(fā)生器的基本構成

雖然各類信號發(fā)生器產生信號的方法及功能各有不同，但其基本的構成一般都可用圖3.1-3的框圖描述。下面對框圖中各個部分作扼要介紹。圖3.1-3信號發(fā)生器原理框圖3.1.4信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢

電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術的迅速發(fā)展，促使信號發(fā)生器種類日益增多，性能日益提高，尤其近代微處理器的迅速發(fā)展更促使信號發(fā)生器向著自動化、智能化的方向發(fā)展。

3.2正弦信號發(fā)生器的性能指標

3.2.1頻率范圍

頻率范圍指信號發(fā)生器所產生的信號頻率范圍，該范圍內既可連續(xù)，又可由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內應滿足全部誤差要求。3.2.2頻率準確度

頻率準確度是指信號發(fā)生器度盤(或數字顯示)數值與實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示：

(3.2-1)3.2.3頻率穩(wěn)定度

頻率穩(wěn)定度指標要求與頻率準確度相關。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)定時間內，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預調值變化的大小。按照國家標準，頻率穩(wěn)定度又分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(wěn)定度。頻率短期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經過規(guī)定的預熱時間后，信號頻率在任意15min內所發(fā)生的最大變化，表示為

(3.2-2)式中，f0為預調頻率；fmax、fmin分別為任意15min信號頻率的最大值和最小值。頻率長期穩(wěn)定度定義為信號發(fā)生器經過規(guī)定的預熱時間后，信號頻率在任意3h內所發(fā)生的最大變化，表示為

(3.2-3)3.2.4由溫度、電源、負載變化引起的頻率變動量

1.溫度引起的頻率變動量

環(huán)境溫度每變化1℃所產生的相對頻率變化表示為預調頻率的x·10－6/℃，即

(3.2-4)

2.電源引起的頻率變動量

供電電源變化±10%所產生的相對頻率變化表示為

x·10－6，即

(3.2-5)

3.負載變化引起的頻率變動量

負載電阻從開路變化到額定值時所引起的相對頻率變化表示為x·10－6，即

(3.2-6)3.2.5非線性失真系數(失真度)

正弦信號發(fā)生器的輸出在理想情況下應為單一頻率的正弦波，但信號發(fā)生器內部放大器等元器件的非線性會使輸出信號產生非線性失真，除了所需要的正弦波頻率外，還有其

他諧波分量。人們通常用信號頻譜純度來說明輸出信號波形接近正弦波的程度，并用非線性失真系數γ表示：

(3.2-7)式中，U1為輸出信號基波有效值，U2、U3、…、Un為各次諧波有效值。由于U2、U3、…、Un等較U1小得多，因此為了便于測量，也用下面公式定義γ：

(3.2-8)3.2.6輸出阻抗

輸出阻抗的概念在“電路”或“電子線路”課程中都有說明。這里所述信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異：

低頻信號發(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計而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等幾擋；高頻信號發(fā)生器一般僅有50Ω或75Ω兩擋。當使用高頻信號發(fā)生器時，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幅度的有效范圍，即由產品標準規(guī)定的信號發(fā)生器的最大輸出電壓和最大輸出功率及其衰減范圍所得到的輸出幅度的有效范圍。3.2.8調制特性

高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一種以上已被調制的信號，多數情況下是調幅信號和調頻信號，有些還帶有調相和脈沖調制等功能。

3.3低頻、超低頻信號發(fā)生器

3.3.1低頻信號發(fā)生器

1.低頻信號發(fā)生器的主要性能指標

通用低頻信號發(fā)生器的主要性能指標：①頻率范圍為

1Hz~1MHz連續(xù)可調；②頻率穩(wěn)定度為(0.1%~0.4%)/h；

③頻率準確度為±(1%~2%)；④輸出電壓為0~10V連續(xù)可調；⑤輸出功率約為0.5~5W連續(xù)可調；⑥非線性失真為0.1%~1%；⑦輸出阻抗可為50Ω、75Ω、150Ω、600Ω

和5kΩ。

2.低頻信號發(fā)生器的組成框圖

通用低頻信號發(fā)生器的組成框圖如圖3.3-1所示。圖(a)

僅包括電壓輸出，帶負載能力弱；圖(b)除包括電壓輸出外，還有功率輸出能力。圖3.3-1低頻信號發(fā)生器的組成框圖

3.通用RC振蕩器

低頻信號發(fā)生器中產生振蕩信號(圖3.3-1中的主振器)的方法有多種。在通用信號發(fā)生器(如XD-1、XD-2、XD-7)中，主振器通常使用RC振蕩器，而其中應用最多的當屬文氏橋振蕩器。圖3.3-2給出了文氏橋式網絡及其傳輸函數的幅頻、相頻特性。我們簡要分析其工作原理。在圖(a)中，是網絡的輸入電壓，是輸出電壓，Z1為R、C串聯(lián)阻抗，Z2為R、C并聯(lián)阻抗，則網絡的傳輸函數：

(3.3-1)

式中：

(3.3-2)圖3.3-2RC文氏橋網絡由式(3.3-1)得到傳輸函數的幅頻特性N(ω)和相頻特性

分別為

(3.3-3)

(3.3-4)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使用熱敏電阻Rt作為增益控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖由式(3.3-2)可知，改變電阻R和電容C的數值可調節(jié)振蕩頻率?？梢允褂猛S電阻器改變電阻R來進行粗調，使得換擋時頻率變化10倍，而用改變雙聯(lián)同軸電容C的方法在一個波段內進行頻率細調。圖3.3-4是XD-2型低頻信號發(fā)生器中的RC振蕩器部分電路。圖3.3-4XD-2型低頻信號發(fā)生器中的RC振蕩器在上面的分析中，沒有考慮放大器的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的影響，Ri和Ro對RC網絡的影響如圖3.3-5所示。圖3.3-5放大器輸入、輸出阻抗對RC網絡的影響

4.其他低頻振蕩器

1)LC振蕩器

當談到正弦振蕩時，很容易想到用L、C構成諧振電路和晶體管放大器來實現。例如L固定，調節(jié)電容C改變振蕩頻率，設電容調節(jié)范圍為40~450pF，則頻率覆蓋系數為

(3.3-5)

如果用RC橋式振蕩器，仍以上面的情況為例，則根據式(3.3-2)可以得到頻率覆蓋系數：

(3.3-6)

2)差頻式振蕩器

差頻式低頻信號發(fā)生器框圖如圖3.3-6所示。圖3.3-6差頻式低頻信號發(fā)生器框圖

5.XD-1型低頻信號發(fā)生器

由于低頻信號發(fā)生器的應用非常廣泛和頻繁，下面我們以XD-1型低頻信號發(fā)生器為例，介紹其主要技術指標和簡要使用方法。圖3.3-7XD-1型低頻信號發(fā)生器框圖3.3.2超低頻信號發(fā)生器

1.用積分器構成的超低頻信號發(fā)生器

1)運算放大器及其理想化模型

內表示運算放大器，圖(b)中虛框內部圖3.3-8(a)中虛框分為其等效電路。圖3.3-8運算放大器及其理想化模型現在使用理想化運放模型分析圖3.3-9中三個電路的功能。圖3.3-9運算放大器的運算功能圖(a)中考慮虛開路i≈0，則i1=i2，聯(lián)系虛短路ui≈0，有u2=－R2i2，u1=R1i1，所以

(3.3-7)

因此圖(a)所示電路具有比例乘法功能。在圖(b)中，同樣考慮虛開路、虛短路的概念，有

i2=i11+i12，u11=R11i11，u12=R12i12，u2=－R2i2，所以

(3.3-8)

若取R2=R11=R12，則式(3.3-8)可寫為

(3.3-9)

由式(3.3-8)和式(3.3-9)可見，圖(b)電路具有加法功能。在圖(c)中，同樣考慮虛開路、虛短路的理想化條件，可以得到：

(3.3-10)

由式(3.3-10)可看到，圖(c)所示電路具有積分功能，積分時常數由R、C決定，如果在積分區(qū)間u1(t)為常數U，則輸出電壓u2為

(3.3-11)

2)用運放構成的超低頻信號發(fā)生器

仍考慮圖3.3-9(c)所示的積分電路和式(3.3-10)，當輸入u1(t)為角頻率ω的正弦函數時，u2(t)也為同頻率正弦函數，用相量表示為

或

(3.3-12)即積分器產生π/2相移，增益為1/(ωRC)。如果用兩級積分器級聯(lián)并在反饋環(huán)路中接一個反相器如圖3.3-10(a)所示，則閉環(huán)增益為

(3.3-13)

或者當

(3.3-14)在實際振蕩器中，為了調節(jié)方便，使結構簡單，一般取R1=R2=R，C1=C2=C，并在兩級積分器前各加一個由同軸電位器構成的分壓電路，分壓比均為α，如圖3.3-10(b)所示，不難得出其振蕩頻率為

(3.3-15)圖3.3-10用積分器構成的超低頻信號發(fā)生器

2.函數發(fā)生器

設開始工作時，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出端電壓為

－E，經過電位器RP分壓，設分壓系數根據式(3.3-11)，積分器輸出端D點電位隨時間t正比例上升，即

(3.3-16)圖3.3-11函數發(fā)生器的原理圖當經過時間t1，uD上升到Um時，比較器Ⅰ輸出觸發(fā)脈沖使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉，端輸出電壓為E并輸入給積分器，則積分器輸出端D點電位為

(3.3-17)圖3.3-12函數發(fā)生器波形圖圖3.3-13由三角波整形成正弦波圖3.3-14XD8B框圖

3.數字合成低頻信號發(fā)生器

RC文氏橋振蕩器以及以積分器為基礎的函數發(fā)生器，其突出優(yōu)點是電路簡單，但頻率準確度及穩(wěn)定度較差，非線性失真較大，而且輸出信號的幅頻特性不太平坦。數字合成低頻信號發(fā)生器可以有效地提高上述性能指標。設要產生的正弦波為u(t)=Umsin2πft，周期T=1/f，

我們把它的每個周期平均分成p個區(qū)間，每個區(qū)間間隔

為ΔT=T/p。在每個ΔT區(qū)間內，u(t)的值看作不變的常數，即認為當0≤t<ΔT時，u(t)=u(0)，當ΔT≤t<2ΔT時，

u(t)=Umsin2πf·ΔT，當2ΔT≤t<3ΔT時，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

(3.3-20)圖3.3-15正弦波的階梯近似圖3.3-16數字合成低頻信號發(fā)生器框圖由式(3.3-19)看出，輸出信號的頻率與ΔT有關，改變ΔT即可得到不同的輸出頻率，這通過圖3.3-16中的晶體振

蕩器和分頻器實現。由分頻器輸出的計數脈沖周期為ΔT，設晶體振蕩器振蕩頻率為f0，分頻系數為q，則輸出信號頻率為

(3.3-21)3.3.3低頻信號發(fā)生器的發(fā)展現狀

隨著電子技術的發(fā)展，低頻信號發(fā)生器的性能指標也不斷得到改進與提高，表3.3-2列出了當前國外、國內代表性產品的主要性能指標，以給讀者一些數量上的概念。

3.4射頻信號發(fā)生器

射頻信號發(fā)生器是指能產生正弦信號，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制或組合調制(正弦調幅、正弦調頻、斷續(xù)脈沖調制)的信號發(fā)生器，也稱為高頻信號發(fā)生器。圖3.4-1高頻信號發(fā)生器框圖3.4.1調諧信號發(fā)生器

調諧信號發(fā)生器的振蕩器通常為LC振蕩器，根據反饋方式，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電容反饋式振蕩器圖3.4-5XFC-6標準信號發(fā)生器的組成框圖3.4.2鎖相信號發(fā)生器

鎖相信號發(fā)生器是在高性能的調諧式信號發(fā)生器中增加頻率計數器，并將信號源的振蕩頻率利用鎖相原理鎖定在頻率計數器的時基上，而頻率計數器又以高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器為基準，從而使鎖相信號發(fā)生器的輸出頻率的穩(wěn)定度和準確度大大提高，信號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)路的基本方框圖圖3.4-7QF1050型信號發(fā)生器部分電路框圖3.4.3合成信號發(fā)生器

頻率合成器是把一個(或少數幾個)高穩(wěn)定度頻率源fs經過加、減、乘、除及其組合運算，以產生在一定頻率范圍內，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。圖3.4-8相干式直接頻率合成器的原理框圖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分頻后得到頻率為f/n1的信號，該信號被送往鑒相器，與來自晶振輸出經n2次分頻的頻率為f0/n2的信號進行相位比較。由前面關于鎖相環(huán)路的介紹可知，當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3.4.4射頻信號發(fā)生器代表性產品的性能介紹

表3.4-1列出了當前幾類射頻信號發(fā)生器代表性產品的主要性能，以供參考。3.5掃頻信號發(fā)生器

3.5.1線性電路幅頻特性的測量

在測量技術分類中，頻域測量占有重要地位，其主要原因是線性電路對正弦激勵的響應仍是正弦信號，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。我們已經知道，正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數或傳輸函數

N(jω)反映了該系統(tǒng)激勵與響應間的頻率關系，即

(3.5-1)

1.點頻法測量幅頻特性

所謂點頻法，簡單地說就是“逐點”測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點頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性

2.掃頻法測量幅頻特性

掃頻法測量電路幅頻特性的原理圖如圖3.5-2所示，在圖(a)所示的原理框圖中，除被測網絡外，其余部分通常都安裝于稱為頻率特性測試儀(也稱掃頻儀)的同一儀器中，掃頻

信號發(fā)生器實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。圖3.5-2掃頻法測量電路幅頻特性的原理圖3.5.2掃頻儀的基本構成

1.掃頻儀的基本方框圖

圖3.5-3(a)是掃頻儀原理框圖，圖(b)是BT-4型低頻(200Hz~2MHz)掃頻儀框圖。圖3.5-3掃頻儀的基本框圖

2.掃頻振蕩器的工作原理

1)磁調電感法

磁調電感法原理圖如圖3.5-4所示，圖(a)中L2、C諧振回路的諧振頻率f0為

(3.5-2)若能用時基系統(tǒng)產生的掃描信號改變L2，那么也就改變了諧振頻率。由電磁學理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁

芯的導磁系數μ0成正比：

(3.5-3)圖3.5-4磁調電感法原理圖

2)變容二極管法

由式(3.5-2)可知，如果能用掃描信號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，變容二極管法掃頻振蕩器就是基于這一原理設計制造的。圖3.5-5是變

容二極管的特性曲線，這種二極管的特性可表示為

(3.5-4)圖3.5-5變容二極管的特性曲線若使用突變結的變容二極管，則r=1/2，此時電容為

(3.5-5)

因此，用掃描信號電壓U反向加于變容二極管，當U隨時間變化時，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。3.5.3BT-3型掃頻儀

1.對掃頻儀的主要性能要求

掃頻振蕩器除應具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外，還有下面幾個主要的性能要求。

(1)中心頻率范圍大且可連續(xù)調節(jié)。

(2)掃頻寬度(頻寬)要寬且可任意調節(jié)。

(3)寄生調幅要小。

(4)掃描線性度要好。

2.BT-3型頻率特性測試儀(掃頻儀)

BT-3型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、雷達接收機的高頻放大器、電視接收機等的各通道頻率特性，也可用于鑒頻器測試，是一種較為典型的頻率特性測試儀，其框圖如圖3.5-6所示，主要由掃頻信號發(fā)生器、頻率標尺、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3.5-7BT-3型掃頻儀的面板圖

3.6脈沖信號發(fā)生器

3.6.1脈沖信號

脈沖具有脈動和沖擊的含義，脈沖信號通常指持續(xù)時間較短且有特定變化規(guī)律的電壓或電流信號。常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形、數字編碼序列等(參見圖

3.1-2)，其中最基本的脈沖信號是矩形脈沖信號，如圖3.6-1所示。圖3.6-1矩形脈沖信號3.6.2脈沖信號發(fā)生器的分類

脈沖信號發(fā)生器是專門用來產生脈沖波形的信號源，是電子測量儀器中的一個重要門類。脈沖信號發(fā)生器廣泛應用于電子測量系統(tǒng)以及數字通信、雷達、激光、航天、計算機技術、自動控制等領域。具體來說，它可用于測試視頻放大器、寬帶電路的振幅特性和過渡特性，邏輯元件的開關速度，還可用于示波器的檢定與測試等。3.6.3脈沖信號發(fā)生器的結構

1.基本的脈沖信號發(fā)生器

一臺基本的脈沖信號發(fā)生器由圖3.6-2中的主要單元構成。XC-15型及XC-20型脈沖信號發(fā)生器均采用了這種結構，可輸出頻率、脈沖寬度可調的正、負極性矩形脈沖。圖3.6-2基本脈沖信號發(fā)生器框圖

2.前、后沿可調節(jié)的脈沖信號發(fā)生器

除矩形脈沖外，有時還需要其他波形的脈沖信號，如梯形、三角形、鋸齒形等，這些信號可通過改變矩形脈沖的前、后沿寬度來實現，如圖3.6-3所示。因此在前面所述的

基本脈沖發(fā)生器中，增加相應的脈沖前、后沿調節(jié)電路，即可獲得不同波形的脈沖信號輸出。圖3.6-3前、后沿寬度不同的波形圖3.6-4是XC-14型脈沖信號發(fā)生器的原理框圖。和

XC-13、XC-19等型號一樣，XC-14屬于通用脈沖信號發(fā)生

器門類。下面簡要介紹其工作原理，各單元電路的輸出波形如圖3.6-5所示。圖3.6-4XC-14型脈沖信號發(fā)生器的原理框圖圖3.6-5XC-14型脈沖信號發(fā)生器中各單元的輸出波形

3.多用信號源

在前面講述的脈沖信號源分類中包括函數發(fā)生器，實際上它是一種多用信號源，在一些要求不高的場合，這種“一機多用”而價格不高的信號源還是很受歡迎的。圖3.6-6給出了XD-11型多用信號源的框圖。圖3.6-6XD-11型多用信號源的框圖3.6.4脈沖信號源的應用

點頻法測量費時、費事，掃頻法測量用的掃頻儀又很昂貴，而且正弦測量不能直觀地表征系統(tǒng)的瞬態(tài)響應特性，時域測量恰在這方面有其突出的優(yōu)點。時域測量的原理如圖3.6-7所示，圖中的脈沖信號發(fā)生器輸出方波等脈沖信號施

加于被測系統(tǒng)，用示波器觀測系統(tǒng)的輸出波形(為便于分析比較，通常使用雙蹤示波器以便同時顯示輸入和輸出波形)，即可非常直觀地獲得被測系統(tǒng)的瞬態(tài)響應特性，而且可邊調試電路邊進行觀測比較，這是正弦點頻法所不具有的。圖3.6-7時域測量的原理作為一個簡單的例子，我們考察圖3.6-8(a)中阻容分壓器的瞬態(tài)響應特性，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*3.7噪聲信號發(fā)生器

噪聲和信號是兩個對立統(tǒng)一的概念。噪聲通常指干擾有用信號的、不期望的、不可預測的擾動，它使有用信號受到干擾而造成失真，降低了信號觀察和測量的可靠性。圖3.7-1噪聲發(fā)生器的結構3.7.1噪聲源

1.電阻器噪聲源

任何電阻在一定溫度下都會產生熱噪聲，這是由于導體中電子無規(guī)則的熱運動而引起的噪聲，其大小取決于導體(電阻)的熱力學狀態(tài)。噪聲電壓的均方根值為

(3.7-1)式中，R為電阻值；k為玻耳茲曼常數(1.38×10-23J/K)；

T為絕對溫度；Δf為系統(tǒng)工作帶寬。例如當室溫17℃

(T=290K)，R=50Ω，Δf=1MHz時，噪聲電壓的均方根

值為

2.飽和二極管(噪聲二極管)噪聲源

在真空二極管飽和區(qū)，如陰極溫度一定，則電流也維持恒定，在單元時間內，陰極發(fā)射的電子數圍繞著平均值起伏變化，這種現象稱為“散彈效應”。電子發(fā)射的時間、速度

和運動過程是隨機的，因而陽極直流電流上就疊加有隨機起伏的噪聲電流，其均方值為

(3.7-2)

3.氣體放電管噪聲源

氣體放電管是一種離子器件，由燈絲(陰極)和陽極構成，管內充有一定氣壓的惰性氣體(氬或氖)，當放電管點燃后，管內氣體放電，在電場的作用下，電子不斷地加速，

在高速運動中又與其他離子和中性粒子碰撞，在碰撞中，一方面使氣體進一步電離，另一方面電子本身運動速度急劇減慢，損失掉的能量就轉化成一定形式的電磁輻射。

4.固態(tài)噪聲源

固態(tài)噪聲源的主要器件是固態(tài)噪聲二極管，它是一種

P-N結器件，當工作于反偏壓，處于雪崩擊穿狀態(tài)時，載流子倍增的電流起伏產生雪崩散彈噪聲，這種噪聲在工作頻率

遠低于雪崩頻率時，近似為白噪聲。固態(tài)噪聲源除頻率覆蓋范圍寬外，還具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。3.7.2變換器

噪聲源輸出的噪聲功率有限，頻譜密度等也由噪聲源類型決定。為了使輸出的噪聲滿足一定的要求，包括輸出功率、譜密度特性等，需要在噪聲源后連接變換器，它包括寬帶放大器、非線性電路(改變噪聲特性，如概率密度函數)、濾波器、頻譜變換器等。3.7.3輸出衰減器

在噪聲發(fā)生器中，常用已校準好刻度的衰減器作為輸出級，其衰減量在系統(tǒng)工作頻率范圍內保持恒定。信號電平指示儀表接在衰減器之前，由電平指示儀表的示值和輸出衰減倍乘即可得知輸出噪聲的均方根值或均方值。當需要的噪聲電平較小時，也可直接由噪聲源輸出噪聲信號。小結