电子测量与仪器第二章信号发生器[1]

•(具体振荡电路见“高频信号发生器”一节)
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电子测量与仪器第二章信号发生器[1]
•2、差频振荡器
•可变频率 •f1 振荡器
•固定频率 振 荡 器 •f2
•混频器 M
•f •LPF
•混频器产生差频信号：f=f1-f2
• 变(混) 频原理：当两个不同频率的信号， 同时作用到一个非线性元件上时，就会在它 的输出电流中，产生许多组合频率分量。
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电子测量与仪器第二章信号发生器[1]
• 八、调制特性 • 高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能 输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况 下是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲 调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时， 称为内调制，当调制信号由外部加到信号发生器进 行调制时，称为外调制。这类带有输出已调波功能 的信号发生器，是测试无线电收发设备等场合不可 缺少的仪器。
• 三、频率稳定度
• 频率稳定度指标要求与频率准确度相关。频率稳 定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定 时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的 大小。
•f0−−预调频率
•fmax 、fmin −−规定时间内输出的最大频率和最小频
率 •频率短期稳定度：规定预热后15分钟内的变化。 •频率长期稳定度：规定预热后３小时内的变化。
•产生振荡的两个条件：
•
(1) 回路的增益为1 (AF=1)
•
(2) 回路的相角为零
•后接一个放大倍数为3的放大器，可维持振荡条件，RC网络的选频特性。
•稳定放大器工作，引入负反馈。R3负温度系数热敏电阻。反馈应加在RC
网络上。
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•2、RC振荡式低频信号发生器
电子测量与仪器第二章 信号发生器
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2020/11/28
电子测量与仪器第二章信号发生器[1]
•2.1 信号发生器概述
•主 要 内 容 •一、 信号发生器的用途 •二、 信号发生器的分类 •三、 信号发生器的构成 •四、 信号发生器的发展趋势
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电子测量与仪器第二章信号发生器[1]
•一、信号发生器的用途 • 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、电流信号并加到 被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被 测设备的输出响应，以分析确定被测器件或设备的 性能参数。
• • •
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信 号 •输 发入 生 器
•电压输出
•主振 器
•电 压放大
器
•输 出衰减
器
•功 率放大
器
•阻 抗变换
器
•功 率输 出
•电
•S
压指示
表 •两种输出形式：电压输出，功率输出
•衰减器：调节衰减，保持阻抗
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• 二、RC振荡式低频信号发生器 • 振荡器是信号发生器里的最关键的部件。低频 信号发生器的振荡器有多种形式，包括RC、LC、 差频、及超低频中常采用的运放构成的振荡器。其 中又以RC振荡器的应用最为广泛。
•合成信号发生器：频率合成技术,DA数字合成技术
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•2.3.1 低频信号发生器
•主 要 内 容 •一、低频信号发生器的组成 •二、RC振荡式低频信号发生器 •三、其它振荡器 •四、使用方法
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• 一、低频信号发生器的组成 • 低频信号发生器一般是指频率在1Hz~1MHz的 信号发生器。它的组成框图如下：
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五、非线性失真系数(失真度)
失真原因：输出并非理想情况下的单一频率的正弦波， 由于信号发生器内部放大器等元器件的非线性，会使输出 信号产生非线性失真，输出信号中含有谐波分量。“频谱 纯度”，常用非线性失真系数 表示：
•U1基波有效值，U2、U3…谐波有效值。
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•三、信号发生器的发展趋势
•带CPU、自动化、智能化 •自校、自检、自动故障诊断 •带有RS232，IEEE-4888，LAN口，USB •波形可编程，可产生任意波形 •高频率，带宽达几十GHz，甚至上百GHz •仪器可上网
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•2.3.2 高频信号发生器
•主 要 内 容
•一、高频信号发生器的组成、分类 •二、调谐信号发生器 •三、高频信号发生器的使用 •四、高频信号发生器示例
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• 一、高频信号发生器的组成、分类
• 高频信号发生器：是指能产生正弦信号，频率 范围部分或全部复盖300kHz～土GHz(允许向外 延伸)，并且具有一种或一种以上调制或组合调制 (正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制)的信号发 生器，也称为射频信号发生器。
被 测 设
•响 应
测 试 仪
备
器
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•二、信号发生器的分类 • 常用分类方法: （频率，输出波形） •A、按频率范围分
名称
频率范围
主要应用领域
超低频信号发生器 30kHz以下
电声学、声纳
低频信号发生器 30 kHz～300 kHz 电报通讯
视频信号发生器 300 kHz～6 MHz 无线电广播（AM）
• 九、频率覆盖系数 k
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•2.3 通用信号发生器
•主 要 内 容
•2.3.1 低频信号发生器 •2.3.2 高频信号发生器 •2.3.3 脉冲信号发生器 •2.3.4 函数信号发生器 •2.3.5 扫频信号发生器 •2.3.6 噪声信号发生器
•通用的传统信号发生器是指以模拟电路单元构成的仪器.
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四、由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量 前述规定时间间隔内的频率漂移即稳定度，而
由温度、电源、负载变化等外界因素造成的频率 漂移(或变动)即为影响量. (l)温度引起的变动量 环境温度每变化1℃所产生的相对频率变化，即
• 式中△T为温度变化值，f0为预调值， f1为温度改变后 的频率值。
•显 示
•输 出
•放大器阻抗对RC网络的影响：Ri大(FET)，Ro小(射极跟随)。
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• 三、其它振荡器
•1、LC振荡器
•振荡频率：
•不用LC作低频SG的振荡器的原因： • (1) 体积大…. • (2) Q值不稳定 • (3) 覆盖系数小，难以调节。
•1、RC振荡 器
•(韦恩电桥、
•文氏电桥、
•Wien Bridge)
•Ui
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•U
•V
o
o
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•R1、C1、R2、C2构成的网络传递函数：
•当R1=R2=R、C1=C2=C时：
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•其中，
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•幅频特性与相频特性
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(2) 电源引起的频率变动量 供电电源变化±10％所产生的相对频率变化，
表示为：
• 式中f1为电源变化后的输出频率，f0为标准电源供 电时的输出频率。
(3)负载变化引起的频率变动量 负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相
对频率变化，表示为：
•式中f1为空载时的输出频率，f2为额定负载时的输出频率。
•A
•输 出 衰减器
•输 出
•缺点：电路复杂，频率准确度、稳定度较差，波形失真大； •优点：频率连续可调节，常用在扫频振荡器中。
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•3、用放大器构成振荡器(超低频SG)
•单级的传递函数：
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•两级级联的传递函数： •为满足振荡条件，串入反相器，并形成回路。
由于
等比U1小得多，为了测量上的
方便，也用下面公式定义：
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• 六、输出阻抗
• 信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。
• 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为 600Ω(或1 kΩ )，功率输出端依输出匹配变压器的设 计而定，通常有50Ω 、75Ω 、150Ω 、600Ω和5kΩ 等档。
• 高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω档。当使用 高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。否则 信号将产生失真和衰减。
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• 七、输出电平 • 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，包括 最大输出电压和最大输出功率及其衰减范围内所得 到输出幅度的有效范围。输出幅度可用电压(V， mV， V)或分贝表示。 • 如XD-1低频信号发生器的最大电压输出为lHz～ 1MHz，>5V，最大功率输出为10Hz～700kHz(50 Ω 、 75 Ω 、150 Ω 、600 Ω)，>4W。
•2.2 正弦信号发生器的性能指标
• 正弦信号发生器是最普遍、应用最广泛的一种 信号发生器。可用于任何线性双口网络的响应性 能测试。正弦信号容易产生。 • 常用三大指标共计30几项具体指标描述。
•频率特性 •输出特性 •调制特性
•下面介绍几项常用的指标。
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•二、频率准确度
• 频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示) 数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对 误差表示:
•f0−−预调频率， f1 −−实际输出频率
•通常用百分数%来表示
•提高频率准确度：←频率合成技术
•
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←高稳定度晶体振荡器
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•
函数信号发生器:三角、正弦、方波
•
扫频信号发生器
•
数字序列信号发生器
•
图形信号发生器
•
噪声信号发生器 等等
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•常见的信号波形
•其它的分类方法。
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•三、信号发生器的基本构成
•振荡 器
•变换 器
•输出 级
•调制 器
•电源
•指示 器
•调制器：信号的频率调整，如VCF。 •振荡器：产生不同频率不同波形的信号。不同频段、 不同波形的振荡器差别很大。
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•变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器 或整形器。 • 一般情况下，振荡器输出的信号都较微弱，需 在该部分加以放大。还有像调幅、调频等信号，也 需在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数 发生器，振荡器输出的是三角波，需在这里由整形 电路整形成方波或正弦波。
高频信号发生器 6 MHz～30 MHz 广播、电报
甚高频信号发生器 30 MHz～300 MHz 电视、FM广播、导航
超高频信号发生器 300 MHz～3GHz 雷达、导航、通讯
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•B、按输出波形分
•正弦信号发生器：
•非正弦信号发生器：
•
脉冲信号发生器
•输出问题：引自反相端；下方放大器为反相 放大器，In+接地.
•常用于超低频信号发生器。
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• 四、使用方法 •输出频率调节 •输出阻抗匹配 •偏置选择 •输出电压调节 •衰减器使用 60dB 20V/1000=0.02V
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• 输出级：调节输出信号的电平和输出阻抗，可以 是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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•指示器：指示器用来监视输出信号（如幅度、频率、 波形等）。可以是电子电压表、功率计、频率计和 调制度表等，有些脉冲信号发生器还附带有简易示 波器。
•电源：提供信号发生器各部分的工作电源电压。通 常是将50Hz交流市电整流成直流并有良好的稳压措 施。不同的信号发生器对电源的要求也是不同的。
•一、频率范围
• 指信号发生器所产生的信号频率范围，该 范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散 频率复盖，在此范围内应满足全部误差要求。
•XD1(天津产) •1HZ-1MHz •分六档六个频段
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•Agilent/HP 8660C •10kHz to 2600MHz 1Hz resolution (2Hz above 1300MHz) AM, FM, or Pulse Modulation