电子测量技术课程论文

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题目：信号发生器与测量技术…………………………………………………………………………………

摘要：本文介绍了信号发生器在电子测量方面的用途，简要的分析了信号发生器的分类、基本构成、技术性能指标以及信号发生器的发展趋势，以及信号发生器在电子测量的方法。信号发生器又称信号源，它能够产生不同频率、不同幅度的正弦信号、AM/FM等调制信号以及方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的频率、幅度、调制度等参数均可按需要进行调节。由于测量信号发生器的种类、型号繁多，则根据在不同情况下信号发生器的选择。

关键词：信号发生器分类用途发展趋势技术指标

1.引言

信号发生器即信号源，它负责提供电子测量所需的各种电信号，是最基本、应用最广泛的电子测量仪器之一。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加入到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析和确定它们的性能参数。这种提供测试用电信号的装置统称为信号发生器，用在电子测量领域，也称为测试信号发生器。和示波器、电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量领域最基本、应用最广泛的一类电子仪器。信号发生器在其他领域

也有广泛应用，例如机械部门的超声波探伤，医疗部门的超声波诊断、频谱治疗仪等。

2.信号发生器

2.1 信号发生器的用途

1.激励源：作为电气设备的激励信号。例如，激励扬声器发出声音、测试放大器的基本参数、激励超声波探头等等。

2.信号仿真：信号仿真是当要研究一个电气设备在某种实际环境下所受影响时，需要施加具有与实际环境相同特性的信号。例如，研究高频干扰信号，就需要对干扰信号进行仿真；研究通信系统的性能；信道仿真；系统模型的辨识等等。

3.校准源：校准源用于对一般信号源进行校准（或比对），有时称为标准源。

2.2 信号发生器的分类

信号发生器用途广泛、种类繁多，它分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用仪器是为某种特殊专用目的而设计制作的，能够提供特殊的测量信号，如调频立体声信号发生器、电视信号发生器等。通用信号发生器应用面广，灵活性好，可以分为以下几类：

1. 按输出波形分类：按输出信号波形的不同，主要有正弦信号发生器和非正弦波信号发生器。非正弦波信号发生器又包括：函数（波形）信号发生器、脉冲信号发生器和噪声信号发生器等。

2. 按频率范围分：可以按照不同频率分为低频、高频等信号发生器。

3. 按性能指标分：按信号发生器的性能指标，可分为一般信号发生器和标准信号发生器。

4. 其他分类：按照使用范围，可分为通用和专用信号发生器；按照调节方式，可分为普通信号发生器、扫频信号发生器和程控信号发生器；按照频率产生方法，可分为谐振信号发生器、锁相信号发生器及合成信号发生器等。

2.3 信号发生器的基本构成

1. 振荡器：振荡器是信号发生器的核心部分，由它产生各种不同频率的信号，通常是正弦波振荡器或自激脉冲发生器。它决定了信号发生器的一些重要工作特性，如工作频率范围、频率的稳定度等。

2. 变换器：变换器可以是电压放大器、功率放大器或调制器、脉冲形成器等，它将振荡器的输出信号进行放大或变换，进一步提高信号的电平并给出所要求的波形。

3. 输出电路：输出电路为被测设备提供所要求的输出信号电平或信号功率，包括调整信号输出电平和输出阻抗的装置，如衰减器、匹配用阻抗变换器、射极跟随

器等电路。

2.4 信号发生器的技术指标

1. 频率特性：1）有效频率范围：各项指标均能得到保证时的输出频率范围称为

信号发生器的有效频率范围。2) 频率准确度：频率准确度是指输出信号频率的实际值f与其标称值f0的相对偏差。3) 频率稳定度：频率短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定的时间间隔内的最大变化。4) 频谱纯度：对于正弦信号发生器，频谱纯度也是其重要指标之一。

2. 输出特性：1) 输出电平：输出电平包括输出电平范围和输出电平准确度。

2) 输出电平的频率响应：输出电平的频率响应是指在有效频率范围内调节频率时，

输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。3) 输出阻抗：输出阻抗的高低随信号发生器类型而异。4) 输出波形：输出波形是指信号发生器所能输出信号的波形。

3.调制特性：许多信号源还包含调制功能。如高频信号发生器，一般还具有输

出一种或多种调制信号的能力，通常为调幅和调频信号，有些还带有调相、脉冲调制、数字调制等功能。调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏以及调制线性等。

2.5.1 低频信号发生器

1. 低频信号发生器的组成：低频信号发生器组成主要包括主振器、缓冲放大器、

电平调节器、功率放大器、输出衰减器、阻抗变换器和输出指示器等部分。

1）主振器：主振器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号，它决定了信号发生器的有效频率范围和频率稳定度。低频信号发生器中产生振荡信号的方法有多种，现代低频信号发生器中，主振器常采用RC文氏电桥振荡电路。

2）缓冲放大器：缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲是为了将后级电路与主振器隔离，防止后级电路、负载等的变化对主振器的影响，保证主振频率稳定，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。

3）功率放大器：功率放大器用来对电平调节器送来的电压信号进行功率放大，使之达到额定的功率输出，驱动低阻抗负载。通常采用电压跟随器或BTL电路等。 4）输出衰减器：输出不同电压。

5）阻抗变换器：阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便在负载上获得最大输出功率。

6）输出指示：输出指示用来指示输出端输出电压的幅度，或对外部信号电压进行测量，可能是指针式电压表、数码LED或LCD。

2.低频信号发生器的主要性能指标：

通常，低频信号发生器的主要工作特性如下：

频率范围：一般为20 Hz~1 MHz，连续可调；②频率准确度：±(1~3)%；