信号发生器
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可变频率 振荡器 f1 混频器
f0
M
低频滤波 器 LPF
放大器
输出 衰减器
输出
固定频率 振荡器 图 2-6 差频式低频信号发生器框图
Page 23
2.2 低频和超低频信号发生器Baidu Nhomakorabea
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 超低频信号发生器实际上仍然属于低频信号发生器，只 是它的输出信号频率低端比一般低频信号发生器更低一些， 通常将1Hz以下频率的信号源称为超低频信号发生器。目前 超低频信号发生器的频率低端已可低于10-8 Hz。下面介绍集 成运放产生超低频信号的方法。
（a） 正弦波
0 （d）阶梯波
0 （e）尖峰脉冲 图 2-1 几种典型的信号波形
0 （f）数字编码脉冲 串
Page 6
2.1 概述
2. 1. 2 信号发生器的基本构成 虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能各有不同， 但其基本的构成一般都可用图2-2的方框图描述。从图中可 以看出，信号发生器主要由以下五部分组成：（1）振荡器； （2）变换器；（3）输出级；（4）指示器；（5）电源 。
器
器
器
器
频率指示
电压指示
稳压电源
图 2-3
文氏 RC 低频信号发生器的组成
Page 16
框图
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-4（a）是文氏RC串并联选频电路
K R Ui C
1/3
f f0 0.03 f= f0 （b）幅频特性 文氏 RC 串并联选频电路 50
Page 20
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 另一路输出信号送反馈电阻 Rt 、Rf ，此时反馈系数 F = 1/3，只要后接的放大器的电压放大倍数 AV = 3，就能 满足振荡器的起振幅值条件，使振荡器维持频率由公式决定 的等幅正弦振荡；第三路输出信号送后接的电压放大器放大。
Page 24
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 图2-7是集成运放构成的积 分电路，R 为输入电阻，C为积 分电容，Ui是输入信号电压，Uo 是输出电压。根据运算放大器的 工作原理可知，Uo与Ui之间有以 下关系，
Uo 1 1 Ui j Ui jRC RC
式中 f0 为预调频率，fmax、fmin 分别为任意15min内信号 频率的最大值和最小值。频率长期稳定度也可以用上式来定
义，只是测量时间比较长。
Page 10
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 2. 输出特性 （1）非线性失真系数（失真度）：人们通常用信号频谱纯 度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真 系数γ 来表示，也称为失真度，它定义为
上式表明， 一级积分器 产生了π/2的相移，电压放大
倍数为1/ωRC 。
Page 25
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 图2-8是三级运放A1、A2、A3构成的超低频振荡电路， 其中A3是反相器，其输出电压即为A1的输入电压。因为A1、 A2两级移相为π，A3移相为π，因而振荡电路满足振荡的相位 条件。
超高频信号发生器，300～3000MHz，用于雷达、导航、气象。
Page 5
2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 2. 按输出波形分类
根据使用要求，信号发生器可以输出不同波形的信号按照输出 信号的波形特性，信号发生器可分为正弦信号发生器和非正弦信号 发生器。
0 0 0 （b）矩形波 （c ） 锯齿波
主振器 变换器 输出级 输出
电源
指示器
图 2-2
信号发生器的基本组成
Page 7
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 通常用频率特性、输出特性和调制特性（俗称三大特性） 来评价正弦信号发生器的性能，其中包括30余项具体指标。 本节仅介绍正弦信号发生器的几项最基本、最常用的性能指 标。 1. 频率特性 （1）频率范围：频率范围是指信号发生器所产生的信号频 率范围，在该范围内要求输出电信号频率可连续调节，又可 由若干个频段覆盖，且在此范围内应满足全部误差要求。
Page 28
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 在实际振荡器中，一般取R1 = R2 =R，C1 = C2 =C，并在 两级积分器（A1、A2）之前各加一个由同轴电位器RP构成的 分压电路，分压比均为 α，如图2-9所示，不难得出这时的振 荡频率为：
0
RC
电子测量技术
第二章 信号发生器
第二章 信号发生器
学习低频、超低频、函数、高频、脉冲等信发生器的基本 组成和工作原理。
低频信号发生器，函数信号发生器，锁相高频信号发生器。
理。
低频数字合成信号发生器和锁相高频信号发生器的工作原
Page 2
第二章 信号发生器
2.1 概述
2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 信号发生器是一种信号源，它能够产生不同频率、不同 波形、不同幅度的电压信号，为测试各种电子器件、电子部 件和整机设备的性能参数提供所需要的电信号。 几种常见的分类：
C
R
UO
（a）文氏 RC 电路 图 2-4
Page 17
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 设Z1为其中的R、C串联阻抗，Z2为R、C并联阻抗，选频 电络的输出电压 Uo 与输入电压 Ui 之比（或传递函数）K 为:
K Uo Z2 U i Z1 Z 2
上式中的阻抗Z1和Z2可分别表示为:
可变频率 振荡器 f1 混频器
f0
M
低频滤波 器 LPF
放大器
输出 衰减器
输出
固定频率 振荡器 图 2-6 差频式低频信号发生器框图
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 2 差频式低频信号发生器 当可变频率振荡器的频率从 fmax 变成 fmin 时，经低通 滤波器后就得到 Fmax ～ Fmin 的低频信号，再经放大器和输 出衰减器后，就得到了所需要的低频信号。这种方法的主要 缺点是电路复杂，频率准确度和稳定度比较差，波形失真较 大。
f0
2 πRC
在实际振荡器中，用改变R或C的办法来改变频段，通 过改变电位器Rp分压比进行频率细调。
Page 29
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 在实际振荡器中，用改变R或C的办法来改变频段，通
Page 21
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 2 差频式低频信号发生器 差频式低频信号发生器原理方框如图2-6所示。框图中 可变频率振荡器和固定频率振荡器分别产生可变频率的高频 振荡 f1和固定频率的高频振荡 f0，经过混频器M产生两者的 差频信号，f = f1－f0，经后接的低通滤波器滤除混频器输出 信号中的高频分量。
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-3文氏RC低频信号发生器的组成方框图，它主要包 括文氏RC振荡器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、 阻抗变换器、频率指示、电压指示、电源等。振荡器由文氏 RC串并联电路和放大器组成，要求其输出频率和幅度稳定， 且频率连续可调。
电压输出 文氏振荡 电压放大 输出衰 减 功率放大 阻抗变换 功率输出
Page 8
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （2）频率准确度：频率准确度是指信号发生器刻度盘指示 （或数字显示）的频率与实际输出的频率之间的偏差，通常 用相对偏差 表示，即:
f 0 f1 100% f1
式中f0为刻度盘或数字显示的频率数值，也称为预调值， f1是输出正弦信号频率的实际值。
将上式分子、分母同除以 jωRC，上式变为： 1 K 1 3 j(RC ) RC 1 1 f 令 0 则有 0 2πRC RC
Page 19
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-5是利用文氏选频电路构成的RC 振荡器，它由文氏 RC 串并联选频电路、放大器A和反馈电阻Rt 、Rf 组成，其振 荡频率由公式决定。放大器输出端的信号分三路输出：一路 送RC 选频电络传输到放大器的同相端，形成正反馈，从而 满足振荡的相位条件；
Page 12
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （4）幅度稳定度：幅度稳定度是指信号发生器经规定时间 预热后，在规定时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相 对变化量。 （5）输出平坦度：平坦度是指温度、电源、频率等因素引 起的输出幅度变动量，现代信号发生器一般可使输出平坦度 保持在±10 %以内。
Page 4
2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 1. 按频率范围分类
超低频信号发生器，30kHz以下，应用于电声学、声纳； 低频信号发生器，30～300kHz，应用于电报通信； 视频信号发生器，300kHz～6MHz，用于无线电广播； 高频信号发生器，6～30MHz，用于广播、电报； 甚高频信号发生器，30～300MHz，用于电视、调频广播、导航；
2 2 U2 U U 2 3 n 100 % U1
γ 伽马
一般低频正弦信号发生器的失真度为0.1%～1%，高档
正弦信号发生器的失真度可低于0.005%。
Page 11
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （2）输出阻抗：低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一 般为600Ω（或1KΩ），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等几档。 高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω两档。 （3）输出电平：输出电平指是输出信号幅度的有效范围， 即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出 功率例如，XD-1型低频信号发生器的最大输出电压大于5V， 最大输出功率大于4W。
Page 9
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （3）频率稳定度：频率稳定度又分为频率短期稳定度和频 率长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定 的预热时间后，信号频率在任意15 min内所发生的最大相对 变化，用 δ 表示，
f max f min δ 100% f0
1 jRC 1 Z1 R jC jC
Z2
1 1 jC R
R 1 j RC
Page 18
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 将它们代入上式，经整理后得： R jRC 1 jRC K 2 2 2 jRC 1 R 3 j RC 1 RC j C 1 jRC
Page 26
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 设A1的输入电压为Ui，输出电压为Uo1，根据公式和上图 2-8可得：
U o1 j 1 Ui R1C1
式中Uo1是A1的输出电压，也是第二级A2的输入电压，因
而A2的输出电压Uo2为
U o2 j 1 1 1 1 U o1 j j Ui 2 U R2C2 R2C2 R1C1 R1R2C1C2 i
Page 13
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 3．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 种或几种被调制信号，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。
Page 14
第二章 信号发生器
2.2 低频和超低频信号发生器
2.2 低频和超低频信号发生器
A2的输出电压Uo2经A3反相后，得到A3的输出电压Uo3，
U o3 1 1 U ( 1 ) Ui i 2 2 R1R2C1C2 R1R2C1C2
Page 27
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 由上式可得到A1、A2、A3的总电压放大倍数AV为
AV U o3 1 2 U i R1R2C1C2
为了满足振荡的幅度条件，上式中的总电压放大倍数AV
应等于1，即：
1 1 2 R1 R2C1C2
这时的频率即为振荡器的输出频率，令ω=ω0，由上式可得
0
1 R1R2C1C2 f0 1 2π R1R2C1C2
这时正好同时满足振荡的相位条件和幅幅条件。
f0
M
低频滤波 器 LPF
放大器
输出 衰减器
输出
固定频率 振荡器 图 2-6 差频式低频信号发生器框图
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2.2 低频和超低频信号发生器Baidu Nhomakorabea
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 超低频信号发生器实际上仍然属于低频信号发生器，只 是它的输出信号频率低端比一般低频信号发生器更低一些， 通常将1Hz以下频率的信号源称为超低频信号发生器。目前 超低频信号发生器的频率低端已可低于10-8 Hz。下面介绍集 成运放产生超低频信号的方法。
（a） 正弦波
0 （d）阶梯波
0 （e）尖峰脉冲 图 2-1 几种典型的信号波形
0 （f）数字编码脉冲 串
Page 6
2.1 概述
2. 1. 2 信号发生器的基本构成 虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能各有不同， 但其基本的构成一般都可用图2-2的方框图描述。从图中可 以看出，信号发生器主要由以下五部分组成：（1）振荡器； （2）变换器；（3）输出级；（4）指示器；（5）电源 。
器
器
器
器
频率指示
电压指示
稳压电源
图 2-3
文氏 RC 低频信号发生器的组成
Page 16
框图
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-4（a）是文氏RC串并联选频电路
K R Ui C
1/3
f f0 0.03 f= f0 （b）幅频特性 文氏 RC 串并联选频电路 50
Page 20
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 另一路输出信号送反馈电阻 Rt 、Rf ，此时反馈系数 F = 1/3，只要后接的放大器的电压放大倍数 AV = 3，就能 满足振荡器的起振幅值条件，使振荡器维持频率由公式决定 的等幅正弦振荡；第三路输出信号送后接的电压放大器放大。
Page 24
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 图2-7是集成运放构成的积 分电路，R 为输入电阻，C为积 分电容，Ui是输入信号电压，Uo 是输出电压。根据运算放大器的 工作原理可知，Uo与Ui之间有以 下关系，
Uo 1 1 Ui j Ui jRC RC
式中 f0 为预调频率，fmax、fmin 分别为任意15min内信号 频率的最大值和最小值。频率长期稳定度也可以用上式来定
义，只是测量时间比较长。
Page 10
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 2. 输出特性 （1）非线性失真系数（失真度）：人们通常用信号频谱纯 度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真 系数γ 来表示，也称为失真度，它定义为
上式表明， 一级积分器 产生了π/2的相移，电压放大
倍数为1/ωRC 。
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 图2-8是三级运放A1、A2、A3构成的超低频振荡电路， 其中A3是反相器，其输出电压即为A1的输入电压。因为A1、 A2两级移相为π，A3移相为π，因而振荡电路满足振荡的相位 条件。
超高频信号发生器，300～3000MHz，用于雷达、导航、气象。
Page 5
2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 2. 按输出波形分类
根据使用要求，信号发生器可以输出不同波形的信号按照输出 信号的波形特性，信号发生器可分为正弦信号发生器和非正弦信号 发生器。
0 0 0 （b）矩形波 （c ） 锯齿波
主振器 变换器 输出级 输出
电源
指示器
图 2-2
信号发生器的基本组成
Page 7
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 通常用频率特性、输出特性和调制特性（俗称三大特性） 来评价正弦信号发生器的性能，其中包括30余项具体指标。 本节仅介绍正弦信号发生器的几项最基本、最常用的性能指 标。 1. 频率特性 （1）频率范围：频率范围是指信号发生器所产生的信号频 率范围，在该范围内要求输出电信号频率可连续调节，又可 由若干个频段覆盖，且在此范围内应满足全部误差要求。
Page 28
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 在实际振荡器中，一般取R1 = R2 =R，C1 = C2 =C，并在 两级积分器（A1、A2）之前各加一个由同轴电位器RP构成的 分压电路，分压比均为 α，如图2-9所示，不难得出这时的振 荡频率为：
0
RC
电子测量技术
第二章 信号发生器
第二章 信号发生器
学习低频、超低频、函数、高频、脉冲等信发生器的基本 组成和工作原理。
低频信号发生器，函数信号发生器，锁相高频信号发生器。
理。
低频数字合成信号发生器和锁相高频信号发生器的工作原
Page 2
第二章 信号发生器
2.1 概述
2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 信号发生器是一种信号源，它能够产生不同频率、不同 波形、不同幅度的电压信号，为测试各种电子器件、电子部 件和整机设备的性能参数提供所需要的电信号。 几种常见的分类：
C
R
UO
（a）文氏 RC 电路 图 2-4
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 设Z1为其中的R、C串联阻抗，Z2为R、C并联阻抗，选频 电络的输出电压 Uo 与输入电压 Ui 之比（或传递函数）K 为:
K Uo Z2 U i Z1 Z 2
上式中的阻抗Z1和Z2可分别表示为:
可变频率 振荡器 f1 混频器
f0
M
低频滤波 器 LPF
放大器
输出 衰减器
输出
固定频率 振荡器 图 2-6 差频式低频信号发生器框图
Page 22
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 2 差频式低频信号发生器 当可变频率振荡器的频率从 fmax 变成 fmin 时，经低通 滤波器后就得到 Fmax ～ Fmin 的低频信号，再经放大器和输 出衰减器后，就得到了所需要的低频信号。这种方法的主要 缺点是电路复杂，频率准确度和稳定度比较差，波形失真较 大。
f0
2 πRC
在实际振荡器中，用改变R或C的办法来改变频段，通 过改变电位器Rp分压比进行频率细调。
Page 29
2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 在实际振荡器中，用改变R或C的办法来改变频段，通
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 2 差频式低频信号发生器 差频式低频信号发生器原理方框如图2-6所示。框图中 可变频率振荡器和固定频率振荡器分别产生可变频率的高频 振荡 f1和固定频率的高频振荡 f0，经过混频器M产生两者的 差频信号，f = f1－f0，经后接的低通滤波器滤除混频器输出 信号中的高频分量。
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-3文氏RC低频信号发生器的组成方框图，它主要包 括文氏RC振荡器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、 阻抗变换器、频率指示、电压指示、电源等。振荡器由文氏 RC串并联电路和放大器组成，要求其输出频率和幅度稳定， 且频率连续可调。
电压输出 文氏振荡 电压放大 输出衰 减 功率放大 阻抗变换 功率输出
Page 8
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （2）频率准确度：频率准确度是指信号发生器刻度盘指示 （或数字显示）的频率与实际输出的频率之间的偏差，通常 用相对偏差 表示，即:
f 0 f1 100% f1
式中f0为刻度盘或数字显示的频率数值，也称为预调值， f1是输出正弦信号频率的实际值。
将上式分子、分母同除以 jωRC，上式变为： 1 K 1 3 j(RC ) RC 1 1 f 令 0 则有 0 2πRC RC
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 图2-5是利用文氏选频电路构成的RC 振荡器，它由文氏 RC 串并联选频电路、放大器A和反馈电阻Rt 、Rf 组成，其振 荡频率由公式决定。放大器输出端的信号分三路输出：一路 送RC 选频电络传输到放大器的同相端，形成正反馈，从而 满足振荡的相位条件；
Page 12
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （4）幅度稳定度：幅度稳定度是指信号发生器经规定时间 预热后，在规定时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相 对变化量。 （5）输出平坦度：平坦度是指温度、电源、频率等因素引 起的输出幅度变动量，现代信号发生器一般可使输出平坦度 保持在±10 %以内。
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2.1 概述
2. 1. 1 信号发生器的用途和分类 1. 按频率范围分类
超低频信号发生器，30kHz以下，应用于电声学、声纳； 低频信号发生器，30～300kHz，应用于电报通信； 视频信号发生器，300kHz～6MHz，用于无线电广播； 高频信号发生器，6～30MHz，用于广播、电报； 甚高频信号发生器，30～300MHz，用于电视、调频广播、导航；
2 2 U2 U U 2 3 n 100 % U1
γ 伽马
一般低频正弦信号发生器的失真度为0.1%～1%，高档
正弦信号发生器的失真度可低于0.005%。
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2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （2）输出阻抗：低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一 般为600Ω（或1KΩ），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等几档。 高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω两档。 （3）输出电平：输出电平指是输出信号幅度的有效范围， 即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出 功率例如，XD-1型低频信号发生器的最大输出电压大于5V， 最大输出功率大于4W。
Page 9
2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 （3）频率稳定度：频率稳定度又分为频率短期稳定度和频 率长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定 的预热时间后，信号频率在任意15 min内所发生的最大相对 变化，用 δ 表示，
f max f min δ 100% f0
1 jRC 1 Z1 R jC jC
Z2
1 1 jC R
R 1 j RC
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 1 文氏低频信号发生器 将它们代入上式，经整理后得： R jRC 1 jRC K 2 2 2 jRC 1 R 3 j RC 1 RC j C 1 jRC
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 设A1的输入电压为Ui，输出电压为Uo1，根据公式和上图 2-8可得：
U o1 j 1 Ui R1C1
式中Uo1是A1的输出电压，也是第二级A2的输入电压，因
而A2的输出电压Uo2为
U o2 j 1 1 1 1 U o1 j j Ui 2 U R2C2 R2C2 R1C1 R1R2C1C2 i
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2.1 概述
2. 1. 3 正弦信号发生器的性能指标 3．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 种或几种被调制信号，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。
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第二章 信号发生器
2.2 低频和超低频信号发生器
2.2 低频和超低频信号发生器
A2的输出电压Uo2经A3反相后，得到A3的输出电压Uo3，
U o3 1 1 U ( 1 ) Ui i 2 2 R1R2C1C2 R1R2C1C2
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2.2 低频和超低频信号发生器
2. 2. 3 运放超低频信号发生器 由上式可得到A1、A2、A3的总电压放大倍数AV为
AV U o3 1 2 U i R1R2C1C2
为了满足振荡的幅度条件，上式中的总电压放大倍数AV
应等于1，即：
1 1 2 R1 R2C1C2
这时的频率即为振荡器的输出频率，令ω=ω0，由上式可得
0
1 R1R2C1C2 f0 1 2π R1R2C1C2
这时正好同时满足振荡的相位条件和幅幅条件。