電子測量儀器-信號發(fā)生器

電子測量儀器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 概述 信號發(fā)生器的用途 信號發(fā)生器的分類 信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo) 低頻信號發(fā)生器 低頻信號發(fā)生器的組成 低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo) 低頻信號發(fā)生器的使用 第 2章 測量用信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器的組成 高頻信號發(fā)生器的使用 合成信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器的基本原理 合成信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo) 函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理 函數(shù)信號發(fā)生器的使用 本章重點(diǎn) 熟悉函數(shù)信號發(fā)生器的組成和原理 掌握信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 熟練掌握信號發(fā)生器的正確使用 本章難點(diǎn) 各種信號發(fā)生器的原理分析 合成信號發(fā)生器中倍頻式鎖相環(huán)、混頻式鎖相環(huán)、分頻式鎖相環(huán)電路的區(qū)別與理解 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 概 述 測量用信號發(fā)生器又稱測量用信號源，它能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的正弦信號、 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)。信號發(fā)生器使用靈活，廣泛應(yīng)用在試驗(yàn)、測量、校準(zhǔn)以及維修領(lǐng)域。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 信號發(fā)生器的用途 信號發(fā)生器有如下 3方面的用途。 激勵源作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。例如，激勵揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。 信號仿真是當(dāng)要研究一個電氣設(shè)備在某種實(shí)際環(huán)境下所受影響時，需要施加具有與實(shí)際環(huán)境相同特性的信號。例如，研究高頻干擾信號，就需要對干擾信號進(jìn)行仿真。 校準(zhǔn)源用于對一般信號源進(jìn)行校準(zhǔn)（或比對），有時稱為標(biāo)準(zhǔn)源。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 信號發(fā)生器的分類 信號發(fā)生器用途廣泛，種類繁多，按用途可分為通用和專用兩大類。專用信號源僅適用于某些特殊測量要求或者是為專用目的而設(shè)計(jì)制造的。本章只討論通用信號發(fā)生器。通用信號發(fā)生器可以從不同的角度進(jìn)行如下分類。 按輸出信號波形的不同，主要有正弦信號發(fā)生器和非正弦波信號發(fā)生器。非正弦波信號發(fā)生器又包括函數(shù)（波形）信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器和噪聲信號發(fā)生器等。 實(shí)際應(yīng)用中，正弦信號發(fā)生器應(yīng)用最廣泛。函數(shù)信號發(fā)生器也比較常用，因?yàn)樗粌H可以輸出多種波形，而且信號頻率范圍也較寬且可調(diào)。脈沖信號發(fā)生器主要用來測量脈沖數(shù)字電路的工作性能。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 按照輸出信號的頻率范圍，信號發(fā)生器可按表 中類型的劃分以及頻率的范圍不是絕對的。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 按調(diào)制方式不同，主要有調(diào)幅 (調(diào)頻 (調(diào)相及脈沖調(diào)制 (號發(fā)生器。 有諧振法和合成法等信號發(fā)生器。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo) 信號發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)較多，針對信號發(fā)生器的用途不同，其技術(shù)指標(biāo)也不相同。通常用以下幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來描述正弦信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)。 常用以下 4項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來描述信號發(fā)生器的頻率特性。 （ 1）有效頻率范圍：各項(xiàng)指標(biāo)均能得到保證的輸出頻率范圍。 （ 2）頻率準(zhǔn)確度：是指輸出信號頻率的實(shí)際值 表達(dá)式為 （ 3）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(nèi)，信號發(fā)生器輸出頻率相對預(yù)設(shè)值變化的大小。它表征信號發(fā)生器維持工作于恒定頻率的能力。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)頻率的穩(wěn)定度分為頻率短期穩(wěn)定度和頻率長期穩(wěn)定度。長期穩(wěn)定度是指長時間內(nèi)頻率的變化，如變化時間為 3小時、 12小時。短期穩(wěn)定度是指信號發(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。短期穩(wěn)定度的表達(dá)式為 式中， 5分鐘間隔內(nèi)的最大值和最小值。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 4）非線性失真和頻譜純度：實(shí)際中，信號發(fā)生器不易產(chǎn)生理想的正弦波。通常，用非線性失真來表征低頻信號發(fā)生器輸出波形的好壞，約為 1%；用頻譜純度表征高頻信號發(fā)生器輸出波形的質(zhì)量。頻譜不純的主要來源為高次諧波和非諧波。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 1）輸出電平調(diào)節(jié)范圍：低頻和高頻信號發(fā)生器的輸出電平通常用電壓電平表示，微波信號發(fā)生器則用功率電平表示。電平表示的方法可用電壓，也可用分貝表示。一般輸出電平并不高，但調(diào)節(jié)范圍較寬，可達(dá) 107。例如， 19 （ 2）輸出電平準(zhǔn)確度：一般在 3% 10%的范圍內(nèi)。 （ 3）輸出電平穩(wěn)定度和平坦度：輸出電平穩(wěn)定度是指輸出電平隨時間變化的情況，而平坦度是指調(diào)節(jié)頻率時輸出電平幅度的變化情況。例如 （ 4）輸出阻抗：低頻信號發(fā)生器的輸出阻抗有 50、 600、5000三種，而高頻信號發(fā)生器則為 50或 75兩種。使用高頻信號發(fā)生器時，要特別注意阻抗的匹配。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 1）調(diào)制類型：通常包含如下幾種類型。 調(diào)幅 (用于整個射頻頻段，但主要用于高頻段。 調(diào)頻 (要用于甚高頻或超高頻段。 脈沖調(diào)制 (要用于微波波段。 視頻調(diào)制 (要用于電視使用的頻段，即 30000 （ 2）調(diào)制頻率及其范圍 :調(diào)制頻率可以是固定的或連續(xù)可調(diào)的，可以是內(nèi)調(diào)制也可以是外調(diào)制（由外部向儀器提供調(diào)制信號）。調(diào)幅的調(diào)制頻率通常為 4001000調(diào)頻的調(diào)制頻率在1010 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 3）調(diào)制系數(shù)的有效范圍：調(diào)幅系數(shù)的范圍為 080%;調(diào)頻的頻偏通常不小于 75 （ 4）調(diào)制系數(shù)的準(zhǔn)確度：一般優(yōu)于 10%。 （ 5）調(diào)制線性度：一般在 1% 5%的范圍內(nèi)。 （ 6）寄生調(diào)制：寄生調(diào)制是指不加調(diào)制時，信號載波的殘余調(diào)幅、殘余調(diào)頻；或調(diào)幅時有感生的調(diào)頻、調(diào)頻時有感生的調(diào)幅。通常寄生調(diào)制應(yīng)低于 40 以上各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)主要是對正弦信號發(fā)生器而言的，至于函數(shù)發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、任意波形發(fā)生器等還有其他相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，以后再予敘述。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 低頻信號發(fā)生器 由于被測對象的性質(zhì)不同就需要不同頻段的信號發(fā)生器。幾乎所有的電子實(shí)驗(yàn)、測量和維修都需要低頻信號發(fā)生器。低頻信號發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率范圍為 11波信號、三角波信號和其他波形信號。低頻信號發(fā)生器以其多功能、寬量程的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于模擬電路的設(shè)計(jì)、測試和維修中。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 低頻信號發(fā)生器的組成 低頻信號發(fā)生器由主振器、電壓放大器、輸出衰減器和電壓表組成，如圖 第 2章 測量用信號發(fā)生器 主振器是低頻信號發(fā)生器的核心，它產(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)生振蕩信號的方法很多，但現(xiàn)代低頻信號發(fā)生器中主振器廣泛采用 氏電橋振蕩器由兩級 圖中 選頻網(wǎng)絡(luò)，它跨接于放大器的輸入端和輸出端之間，形成正反饋，產(chǎn)生正弦振蕩，振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)中的元件參數(shù)決定。為兩級放大器。 到穩(wěn)定輸出信號幅度和減小失真的作用。該電路的振蕩頻率 由式 (2見，調(diào)節(jié) R(2)的大小可以改變輸出信號的頻率，調(diào)節(jié) C（ 2）也可以改變頻率。通常 于粗調(diào)頻率范圍。輸出信號的幅度由輸出衰減器控制。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 電壓放大器兼有隔離和電壓放大的作用。隔離是為了不使后級電路影響主振器的工作；放大是把振動器產(chǎn)生的微弱振蕩信號進(jìn)行放大，使信號發(fā)生器的輸出電壓達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，要求其具有輸入阻抗高、輸出阻抗低（有一定的帶負(fù)載能力）、頻率范圍寬、非線性失真小等性能。一般采用射極跟隨器或運(yùn)放組成的電壓跟隨器。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 輸出衰減器用于改變信號發(fā)生器的輸出電壓或功率，通常分為連續(xù)調(diào)節(jié)和步進(jìn)調(diào)節(jié)。連續(xù)調(diào)節(jié)由電位器實(shí)現(xiàn)，也稱細(xì)調(diào)；步進(jìn)調(diào)節(jié)由電阻分壓器實(shí)現(xiàn)，并以分貝值為刻度，也稱粗調(diào)。 輸出電壓表用來指示輸出電壓或輸出功率的幅度，或?qū)ν獠啃盘栯妷哼M(jìn)行測量，可以是指針式電壓表、數(shù)碼 第 2章 測量用信號發(fā)生器 低頻信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo) 低頻信號發(fā)生器的主要工作特性包括以下幾項(xiàng)。 （ 1）頻率范圍：一般為 201連續(xù)可調(diào)。 （ 2）頻率準(zhǔn)確度： 1% 3%。 （ 3）頻率穩(wěn)定度：一般 小時。 （ 4）輸出電壓： 0 10 （ 5）輸出功率： 5 （ 6）輸出阻抗： 50、 75、 150、 600、 5 （ 7）非線性失真范圍： 1%。 （ 8）輸出形式：平衡輸出與不平衡輸出。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器也稱為射頻信號發(fā)生器，信號的頻率范圍在 300300泛應(yīng)用在高頻電路測試中。為了測試通信設(shè)備，這種儀器具有一種或一種以上的組合調(diào)制（包括正弦調(diào)幅、正弦調(diào)頻以及脈沖調(diào)制）功能。其輸出信號的頻率、電平、調(diào)制度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)并能準(zhǔn)確讀數(shù)。 高頻信號發(fā)生器的組成 高頻信號發(fā)生器的組成如圖 要包括主振級、緩沖級、調(diào)制級、內(nèi)調(diào)制振蕩器、輸出級、監(jiān)測器等部分。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 主振級是信號發(fā)生器的核心，用于產(chǎn)生高頻振蕩信號并可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻功能。它一般采用可調(diào)頻率范圍寬、頻率準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定度好的 頻是用調(diào)制信號控制高頻振蕩器回路中的某個電抗元件，使振蕩頻率隨調(diào)制信號的幅值變化。主振級電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率不大，一般在幾毫瓦到幾十毫瓦的范圍內(nèi)。 緩沖級主要起隔離放大的作用，用來隔離調(diào)制級對主振級產(chǎn)生的不良影響，保證主振級工作穩(wěn)定并將主振信號放大到一定的電平。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 調(diào)制級實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號對載波的調(diào)制，它包括調(diào)頻、調(diào)幅和脈沖調(diào)制等調(diào)制方式。調(diào)頻主要用于 301000幅多用于 30030沖調(diào)制多用于 300號發(fā)生器的調(diào)制方式通過面板上的選擇開關(guān)來進(jìn)行選擇。調(diào)制信號可來自內(nèi)調(diào)制振蕩器，也可來自外部。 內(nèi)調(diào)制振蕩器用于產(chǎn)生調(diào)制信號，供給符合調(diào)制級要求的音頻正弦調(diào)制信號。 高頻信號發(fā)生器的輸出級通常要滿足下列 3方面的要求。 （ 1）足夠的輸出功率，因此，輸出級應(yīng)該包含功率放大級。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 2）輸出信號的幅度大小可以任意調(diào)節(jié)，因此，輸出級必須具備輸出微調(diào)和步進(jìn)衰減電路；常采用電位器和電壓分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （ 3）必須工作在負(fù)載匹配的條件下，如果不是這樣，不僅要引起衰減系數(shù)誤差，而且還可能影響前級電路的正常工作，減少信號發(fā)生器的輸出功率，在輸出電纜中出現(xiàn)駐波。因此，必須在信號發(fā)生器輸出端與負(fù)載之間加入阻抗變換器，進(jìn)行阻抗匹配。 監(jiān)測器一般由調(diào)制計(jì)和電子電壓表組成，用于監(jiān)測輸出信號的載波幅度和調(diào)制系數(shù)。 用來供給各部分所需的電壓和電流。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 高頻信號發(fā)生器的使用 下面以 紹其主要性能和使用方法。 高頻信號發(fā)生器是無線電調(diào)試和修理的重要儀器，特別是在收音機(jī)的生產(chǎn)調(diào)試中，它得到了廣泛的應(yīng)用， 頻立體聲信號發(fā)生器和穩(wěn)定電源。高頻信號發(fā)生器采用穩(wěn)幅的調(diào)頻、調(diào)幅電路，性能穩(wěn)定，波形好，是一種高可靠多用途的信號發(fā)生器。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 (1)調(diào)頻立體聲信號發(fā)生器 工作頻率： 881081%。 導(dǎo)頻頻率： 191 1（ L）、右（ R）和左 +右（ L+R）。 外調(diào)輸入：輸入的信號發(fā)生器內(nèi)阻小于 600，輸入幅度小于15 輸入插孔：左聲道輸入和右聲道輸入。 高頻輸出：不小于 50高、低擋輸出連續(xù)調(diào)節(jié)。（ 2）調(diào)頻、調(diào)幅高頻信號發(fā)生器 工作頻率：范圍為 100150450分六個頻段。依次為 第 2章 測量用信號發(fā)生器 1 1110374150 1幅、載頻（等幅）和調(diào)頻。 高頻輸出：不小于 50高、低擋輸出連續(xù)調(diào)節(jié)。 (3)音頻信號發(fā)生器 工作頻率： 110%。 失真度：小于 1%。 音頻輸出：最大 高、中、低 3擋輸出連續(xù)可調(diào)，最小可達(dá)微伏數(shù)量級。 (4)正常工作條件 電源電壓： 220 22V； 50 電源功耗： 4W。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對信號頻率的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度提出了愈來愈高的要求。同樣，在電子測量領(lǐng)域中，如果信號發(fā)生器頻率的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度不夠高，就很難勝任對電子設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率測量。因此，信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度是尤為重要的技術(shù)指標(biāo)。而一個信號發(fā)生器輸出信號頻率的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度在很大程度上建立在主振器的輸出頻率的穩(wěn)定度基礎(chǔ)上。前面講的以 率準(zhǔn)確度達(dá) 10率穩(wěn)定度達(dá) 1010遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代電子測量和無線電通信等方面的要求。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器是用頻率合成技術(shù)代替信號發(fā)生器中的主振器，即將一個 (或幾個 )基準(zhǔn)頻率通過合成產(chǎn)生一系列滿足實(shí)際需要頻率的信號發(fā)生器，其基準(zhǔn)頻率通常由石英晶體振蕩器產(chǎn)生。以石英晶體組成的振蕩器其穩(wěn)定度優(yōu)于 10是它只能產(chǎn)生某些固定的頻率，不能滿足對各種頻率的需求，為此需要采用頻率合成技術(shù)而得到頻率間隔較密的各種頻率。頻率合成技術(shù)是把一個或幾個高穩(wěn)定度基準(zhǔn)頻率源經(jīng)加減（混頻）、乘（倍頻）、除（分頻）四則運(yùn)算，得到一系列所要求的頻率。采用鎖相環(huán)也可實(shí)現(xiàn)加、減、乘和除運(yùn)算。合成信號發(fā)生器可工作于調(diào)制狀態(tài)，可對輸出電平進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可輸出各種波形。它是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的、性能較高的信號發(fā)生器。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器的基本原理 頻率合成的方法很多，但通常實(shí)現(xiàn)頻率合成的方法有兩種，即間接合成法和直接合成法。間接合成法又稱鎖相合成法，它是利用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行頻率的算術(shù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的，使輸出頻率與基準(zhǔn)頻率之間保持整數(shù)或分?jǐn)?shù)關(guān)系；直接合成法又分為模擬直接合成法和數(shù)字直接合成法兩種，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(yùn)算實(shí)現(xiàn)的；數(shù)字直接合成法則是利用 過控制電路從 進(jìn)行數(shù)、模轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，在一個信號發(fā)生器中可能同時采用多種合成方法。下面重點(diǎn)討論這兩種合成方法。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 間接合成法是基于鎖相環(huán) (原理實(shí)現(xiàn)的。鎖相環(huán)可以看作為中心頻率能自動跟蹤輸入基準(zhǔn)頻率的窄帶濾波器。如果在鎖相環(huán)內(nèi)加入相應(yīng)電路就可以對基準(zhǔn)頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生人們需要的各種頻率。由于它不是用電子線路直接對基準(zhǔn)頻率進(jìn)行運(yùn)算，故稱為間接合成法。 （ 1）鎖相環(huán)的組成 鎖相環(huán)由基準(zhǔn)頻率源（晶振）、鑒相器 (低通濾波器(及壓控振蕩器 (部分組成，如圖 第 2章 測量用信號發(fā)生器 鑒相器亦稱相位比較器，用來比較鑒別兩個輸入信號的相位關(guān)系，其輸出電壓與兩信號的相位差成比例關(guān)系。 低通濾波器是用來濾除相位比較器輸出電壓中的高頻成分和噪聲，以穩(wěn)定環(huán)路工作和改善環(huán)路性能。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 壓控振蕩器（ 振蕩頻率可用電壓控制，一般都 利用變?nèi)荻O管作為回路電容。這樣改變變?nèi)莨艿姆聪蚱珘?，?而使振蕩頻率隨反向偏壓而變化，故叫壓控振蕩器。 鎖相環(huán)的工作過程如下：壓控振蕩器輸出頻率 此與基準(zhǔn)頻率 晶體振蕩器產(chǎn)生 )進(jìn)行相位比較。鑒相器（ 輸出 相位差成正比。 環(huán)路穩(wěn)定時， 由式（ 2見，鎖相環(huán)的輸出頻率（ 基準(zhǔn)頻率（ 有同等穩(wěn)定度，也可以說輸出頻率的穩(wěn)定度可以提高到晶體振蕩器（ 10水平，這是 第 2章 測量用信號發(fā)生器 （ 2）鎖相環(huán)的頻率合成方法 下面敘述利用鎖相環(huán)進(jìn)行頻率運(yùn)算的方法，在鎖相環(huán)反饋回路中加入有關(guān)電路就可實(shí)現(xiàn)對基準(zhǔn)頻率 到各種所需頻率。 圖 圖 a）中，反饋支路接入 此在環(huán)路鎖定時 N= 由式（ 2知，圖 a）實(shí)現(xiàn)了倍頻作用，在圖 b）中，基準(zhǔn)頻率 以其 N用于鎖相環(huán)。因此有 頻式鎖相環(huán)的符號為 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 圖 于圖 2.7(a)或圖 2.7(b)均可得到 圖 謂數(shù)字環(huán)是由數(shù)字分頻器或倍頻器實(shí)現(xiàn)的，其數(shù)值可以為任意值，根據(jù) 謂脈沖環(huán)是以窄脈沖形成電路產(chǎn)生若干種諧波頻率，只取其 此得名于脈沖環(huán)。 圖 以壓控振蕩器 (輸出信號（頻率為 一個已知頻率為 后再至鑒相器與基準(zhǔn)頻率 圖 混頻器之后加一帶通濾波器 (消除由于混頻作用而引入的組合干擾。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 在圖 環(huán)路穩(wěn)定時有 得 在圖中混頻器若取“”為和頻混頻，相應(yīng)地“”為差頻混頻。 小結(jié)：從圖 于在鎖相環(huán)的反饋支路中加入數(shù)字頻率運(yùn)算電路，所以鎖相環(huán)的輸出信號頻率 式 (2式 (2的運(yùn)算結(jié)果。表達(dá)式中的運(yùn)算符號正好與運(yùn)算電路的相反。例如前者為乘（即倍頻環(huán)），則后者是除（即反饋支路中為分頻器）。在合成信號發(fā)生器中，倍頻式數(shù)字環(huán)和混頻環(huán)應(yīng)用更多。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 模擬直接合成法 如前所述，模擬直接合成法是借助電子線路直接對基準(zhǔn)頻率進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，輸出各種需要的頻率。鑒于采用模擬電子技術(shù)，所以又稱為直接模擬合成法（ 常見的電路形式有以下兩種。 （ 1）固定頻率合成法 圖 中石英晶體振蕩器提供基準(zhǔn)頻率 為分頻器的分頻系數(shù)， 此，輸出頻率 在式中， 和 出頻率 以稱為固定頻率合成法。 （ 2）可變頻率合成法 可變頻率合成法可以根據(jù)需要選擇各種輸出頻率，常見的電路形式是連續(xù)混頻分頻電路，如圖 該合成電路中，首先使用基準(zhǔn)頻率 生各種輔助基準(zhǔn)頻率： ， 后混頻器和分頻器進(jìn)行頻率運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)頻率合成。圖 值從 ， 中縱向的混頻分頻電路組成一個基本運(yùn)算單元，這里有個相同的單元，它們所產(chǎn)生的輸出頻率依次從左向右傳遞，并參與后一單元的運(yùn)算。例如從左邊開始的第一單元，首先 (=16行混頻，其結(jié)果再與輔助基準(zhǔn)頻率 次混頻得 + 2+16+( 第 2章 測量用信號發(fā)生器 經(jīng)分頻得（ 以該頻率作為第二單元的輸入頻率 左至右經(jīng)過次運(yùn)算，最后得到輸出信號的頻率 據(jù)頻率選擇開關(guān)的狀態(tài)，可以輸出 1000個頻率，頻率間隔F=為圖 果串接更多的合成單元，就可以獲得更細(xì)的頻率間隔，以進(jìn)一步提高頻率分辨力。 直接模擬合成技術(shù)有如下一些特點(diǎn)。 從原理來說，頻率分辨力幾乎是無限的。從圖 加一級基本運(yùn)算單元就可以使頻率分辨力提高一個量級 。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 合成單元由混頻器、分頻器及濾波器組成（有時也用倍頻器、放大器等電路），其頻率轉(zhuǎn)換時間主要由濾波器的響應(yīng)時間、頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)的響應(yīng)時間以及信號的傳輸延遲時間等決定。一般來說，轉(zhuǎn)換開關(guān)時間在微秒量級，傳輸延遲時間亦在微秒量級，所以只要輸出電路中濾波器的通帶不是太窄，就能得到很快的轉(zhuǎn)換速度，通常其轉(zhuǎn)換時間為微秒量級，這比采用鎖相環(huán)的間接合成法要快得多，間接合成的轉(zhuǎn)換時間為毫秒量級。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 由于采用混頻等電路會引入很多寄生頻率分量，帶來相位雜散，因此必須采用大量濾波器以改善輸出信號的頻譜純度。這樣將導(dǎo)致電路龐大、復(fù)雜、不易集成，這是直接模擬合成法的一大弱點(diǎn)。相比之下，在間接合成中由于采用鎖相環(huán)，它本身就相當(dāng)于一個中心頻率能自動跟蹤輸入基準(zhǔn)頻率的窄帶濾波器，因此具有良好的抑制寄生信號能力，而且鎖相環(huán)電路便于數(shù)字化、集成化，頻率范圍寬，調(diào)節(jié)方便且可在微機(jī)控制之下工作。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo) 合成信號發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)與通用信號發(fā)生器一樣，應(yīng)該包括頻率特性、頻譜純度、輸出特性、調(diào)制特性等。 （ 1）頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度：取決于內(nèi)部基準(zhǔn)源，一般能達(dá)到 1010 （ 2）頻率分辨力：指相鄰頻率之間的頻率間隔。由于合成信號發(fā)生器頻率穩(wěn)定度較高，所以分辨力也較好，一般為 0 （ 3）相位噪聲：信號相位的不規(guī)則變化稱為相位噪聲，在合成信號發(fā)生器中，由于采用鎖相技術(shù)，相位的不規(guī)則變化要引起頻率穩(wěn)定度下降，使得輸出信號的頻率短期穩(wěn)定度低于基準(zhǔn)頻率短期穩(wěn)定度。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 所以在合成信號發(fā)生器中，雖然其長期頻率穩(wěn)定度較高，等于基準(zhǔn)頻率穩(wěn)定度，但短期穩(wěn)定度可能較低，使用中要引起注意。所以在電路設(shè)計(jì)時應(yīng)盡可能降低相位噪聲。 （ 4）相位雜散：信號相位的周期性變化稱為相位雜散。在頻率合成的過程中常常會產(chǎn)生各種寄生頻率分量，從而形成相位雜散。相位雜散一般限制在 （ 5）頻率轉(zhuǎn)換速度：指信號發(fā)生器的輸出從一個頻率變換到另一個頻率所需的時間。一般情況下，直接合成信號發(fā)生器的轉(zhuǎn)換時間的典型值為 20s，而間接合成則需 20 第 2章 測量用信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器實(shí)際上是一種寬帶頻率可調(diào)的多波形信號源，由于其輸出波形均可用數(shù)學(xué)函數(shù)描述，故命名為函數(shù)信號發(fā)生器。它可以輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波及指數(shù)波等。目前函數(shù)發(fā)生器輸出信號的重復(fù)頻率可達(dá) 50具有檢測數(shù)字電路用 空比調(diào)節(jié)等功能。除了作為正弦信號發(fā)生器使用之外，還可以用來測試各種電路和機(jī)電設(shè)備的瞬態(tài)特性、數(shù)字電路的邏輯功能、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）、壓控振蕩器的性能。它是科研生產(chǎn)、測試、維修和實(shí)驗(yàn)室必備的設(shè)備。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理 函數(shù)信號發(fā)生器的原理框圖如圖 數(shù)信號發(fā)生器為了產(chǎn)生各種輸出波形，利用各種電路通過函數(shù)變換實(shí)現(xiàn)波形之間的轉(zhuǎn)換，即以某種波形為第一波形，然后利用第一波形導(dǎo)出其他波形。通常有 3種波形：第一種方波式，先產(chǎn)生方波再轉(zhuǎn)換為三角波和正弦波；第二種正弦波式，先產(chǎn)生正弦波再轉(zhuǎn)換為方波和三角波；第三種是三角波式，先產(chǎn)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波。近來較為流行的方案是先產(chǎn)生三角波，然后產(chǎn)生方波和正弦波等。 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 下面介紹函數(shù)信號發(fā)生器的典型電路，以三角波產(chǎn)生電路和正弦波產(chǎn)生電路為例。 利用恒流源對電容器充電可以獲得正斜率的斜波。同理，利用恒流源將電容器上儲存的電荷放掉（放電）可以獲得負(fù)斜率的斜波，三角波的產(chǎn)生就基于這個原理。在圖 1、 括積分電容器 ）構(gòu)成三角波電路，其工作過程用圖 第一步：假設(shè)開始工作時開關(guān) 流源 充電，形成三角的斜升過程，積分器輸出電壓 第 2章 測量用信號發(fā)生器 第 2章 測量用信號發(fā)生器 因?yàn)槌潆婋娏魇请娏髟?上式可表示為 當(dāng) 電路將發(fā)出控制信號，使開關(guān) 于 角波的斜升過程就此結(jié)束。從圖 b)及式 (2知，三角波的斜升時間 第二步：由于 流源 充電，且充電方向與第一步時相反，形成三角波的斜降過程。當(dāng)下降到 度控制電路又使 復(fù)第一步的過程。假設(shè)斜降時間為 第 2章 測量用信號發(fā)生器 在圖 |+E|=| E|,如果 |I,則 2。 可以得到對稱三角波，其周期 三角波的周期 第 2章 測量用信號發(fā)生器 頻率 由式（ 2以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論。 （ 1）當(dāng) 2時可以產(chǎn)生對稱三角波，當(dāng)電流源 2時，即 三角波的斜升和斜降時間不等，當(dāng) 2，此時產(chǎn)生負(fù)斜率的鋸齒波，當(dāng) 2產(chǎn)生正斜率的鋸齒波。 （ 2）改變電流源 就可以改變?nèi)遣ǖ念l率，通常以 在積分電容為定值的情況下， 出信號的頻率越低。這時降低信號頻率已經(jīng)不像正弦信號發(fā)生器那樣受調(diào)諧元件限制了，只要 以使頻率