第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器

1、第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 第2章 測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 知識(shí)要點(diǎn)：知識(shí)要點(diǎn)： 信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)與分類信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)與分類 各類信號(hào)發(fā)生器的工作原理及使用方法各類信號(hào)發(fā)生器的工作原理及使用方法 合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成技術(shù)合成信號(hào)發(fā)生器的頻率合成技術(shù) 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 2 2.1 概述概述 信號(hào)發(fā)生器即信號(hào)源，指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀 器器，是最基本、應(yīng)用最廣泛的電子測(cè)量?jī)x器之一。 2.1.1 信號(hào)發(fā)生器的分類信號(hào)發(fā)生器的分類 信號(hào)發(fā)生器分為通用信號(hào)發(fā)生器和專用信號(hào)發(fā)

2、生器兩大類。 專用儀器是為某種特殊專用目的而設(shè)計(jì)制作的，能夠提供特殊 的測(cè)量信號(hào)，如調(diào)頻立體聲信號(hào)發(fā)生器、電視信號(hào)發(fā)生器等。 通用信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用面廣，靈活性好，可以分為以下幾類： 1. 按發(fā)生器輸出信號(hào)波形分類按發(fā)生器輸出信號(hào)波形分類 正弦信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器和隨 機(jī)信號(hào)發(fā)生器 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 3 2. 按工作頻率分類按工作頻率分類 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍的頻率范圍 類型頻率范圍應(yīng)用 超低頻信號(hào)發(fā)生器0.0001Hz1kHz地震測(cè)量、電聲學(xué)、醫(yī)療設(shè)備維修 低頻信號(hào)發(fā)生器1Hz1MHz音頻、通信設(shè)備、家電測(cè)試、維修

3、 視頻信號(hào)發(fā)生器20Hz10MHz電視設(shè)備測(cè)試、維修 高頻信號(hào)發(fā)生器200kHz30MHz廣播、電報(bào)等無(wú)線通信測(cè)試與維修 甚高頻信號(hào)發(fā)生器30MHz300MHz超短波、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航測(cè)試 超高頻信號(hào)發(fā)生器300MHz以上雷達(dá)、微波、衛(wèi)星通信設(shè)備測(cè)試、維修 3. 按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式分類 按調(diào)制方式的不同，信號(hào)發(fā)生器分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、 脈沖調(diào)制等類型。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 4 2.1.2 信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)特性信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)特性 1. 頻率特性頻率特性 頻率特性包括有效頻率范圍、頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度。 （1）有效頻率范圍：各項(xiàng)指標(biāo)

4、均能得到保證的輸出頻率 范圍稱為信號(hào)發(fā)生器的有效頻率范圍。 （2）頻率準(zhǔn)確度：指頻率實(shí)際值對(duì)其標(biāo)稱值的相對(duì)偏差。 其表達(dá)式為： （3）頻率穩(wěn)定度：指在一定時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度的變 化，它表征信號(hào)源維持工作于恒定頻率的能力。 f f f ff a 00 0 x 0 minmax f ff 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 5 2. 輸出特性輸出特性 （1）輸出阻抗 低頻信號(hào)發(fā)生器一般有匹配變壓器，故有50、150、 600、5k等各種不同輸出阻抗 高頻信號(hào)發(fā)生器一般只有50或75一種輸出阻抗。 （2）輸出電平及其平坦度 輸出電平是表征信號(hào)發(fā)生器所能提供的最大和最

5、小輸出 電平調(diào)節(jié)范圍。目前正弦信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度采用有效 值或絕對(duì)電平來度量。 輸出電平平坦度是指在有效的頻率范圍內(nèi)，輸出電平隨 頻率變化的程度。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 6 （3）輸出形式 輸出形式包括平衡輸出（即對(duì)稱輸出u2）和不平衡輸出 （不對(duì)稱輸出u1）兩種形式。 （4）輸出波形及諧波失真 輸出波形是指信號(hào)發(fā)生器所能產(chǎn) 生信號(hào)的波形。正弦信號(hào)發(fā)生器應(yīng)輸 出單一頻率的正弦信號(hào)，但由于非線 性失真、噪聲等原因，其輸出信號(hào)中都含有諧波等其他成分， 即信號(hào)的頻譜不純。用來表征信號(hào)頻譜純度的技術(shù)指標(biāo)就是 諧波失真度。 信號(hào)發(fā)生器 + u1 + u2

6、 信號(hào)發(fā)生器的輸出形式 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 7 3. 調(diào)制特性調(diào)制特性 高頻信號(hào)發(fā)生器在輸出正弦波的同時(shí)，一般還能輸出調(diào) 幅波和調(diào)頻波，有的還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。 當(dāng)調(diào)制信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，稱為內(nèi)調(diào)制。 當(dāng)調(diào)制信號(hào)由外部電路或低頻信號(hào)發(fā)發(fā)生器提供時(shí)，稱為 外調(diào)制。 高頻信號(hào)發(fā)生器的調(diào)制特性包括調(diào)制方式、調(diào)制頻率、調(diào) 制系數(shù)以及調(diào)制線性等。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 8 2.2 正弦信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)發(fā)生器 2.2.1 低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器 低頻信號(hào)發(fā)生器又稱為音頻信號(hào)發(fā)生器，用來產(chǎn)生

7、頻率 范圍為1Hz1MHz的低頻正弦信號(hào)、方波信號(hào)及其他波形信 號(hào)。 1. 低頻信號(hào)發(fā)生器的組成低頻信號(hào)發(fā)生器的組成 指示電壓表 主 振 器 電壓 放大 器 輸出 衰減 器 功率 放大 器 阻抗 變換 器 電壓輸出 S 功率輸出 電壓輸入 主振輸 出調(diào)節(jié) 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 9 （1）主振器）主振器 p作用：產(chǎn)生與輸出信號(hào)頻率一致低頻正弦信號(hào)。 p電路結(jié)構(gòu)：RC文氏橋式振蕩器、差頻式振蕩器 pRC文氏橋式振蕩器優(yōu)點(diǎn)：波形失真小、振幅穩(wěn)定、頻 率調(diào)節(jié)方便和頻率可調(diào)范圍寬。 pRC文氏橋式振蕩器缺點(diǎn)：頻率覆蓋系數(shù)（即最高頻率 與最低頻率之比）為10，

8、要覆蓋1Hz1MHz頻率范圍， 至少需要六個(gè)波段。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 10 （1）主振器）主振器 p差頻式振蕩器優(yōu)點(diǎn)：在不分波段的情況下得到很寬的 頻率覆蓋范圍。 p差頻式振蕩器缺點(diǎn)：對(duì)振蕩器頻率穩(wěn)定性要求很高， 兩個(gè)振蕩器應(yīng)遠(yuǎn)離整流管、功率管等發(fā)熱元件，彼此 分開，并良好屏蔽。 固定頻率高 頻振蕩器 可變頻率高 頻振蕩器 混頻器 低通濾波器 低頻放大器 差頻式低頻振蕩器 f2 f1 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 11 （2）電壓放大器 電壓放大器兼有緩沖與電壓放大的 作用。緩沖是為了使后級(jí)電路不影響主 振

9、器的工作，一般采用射極跟隨器或運(yùn) 放組成的電壓跟隨器。放大是為了使信 號(hào)發(fā)生器的輸出電壓達(dá)到預(yù)定技術(shù)指標(biāo)。 （3）輸出衰減器 輸出衰減器用于改變信號(hào)發(fā)生器的 輸出電壓或功率，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)，步進(jìn)調(diào) 節(jié)由步進(jìn)衰減器實(shí)現(xiàn)。 + C R1 + Ui Uo + R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 S RP 衰減器原理圖 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 12 （4） 功率放大器及阻抗變換器 功率放大器用來對(duì)衰減器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大， 使信號(hào)發(fā)生器達(dá)到額定功率輸出。為了能實(shí)現(xiàn)與不同負(fù)載匹配， 功率放大器之后與阻抗變換器相接，

10、這樣可以得到失真小的波 形和最大的功率輸出。 阻抗變換器只有在要求功率輸出時(shí)才使用，電壓輸出時(shí)只 需衰減器。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 13 2. XD-22A型低頻信號(hào)發(fā)生器 XD-22A型低頻信號(hào)發(fā)生器是一款多功能，寬頻帶的通用測(cè)量 儀器，它除了產(chǎn)生正弦波信號(hào)正弦波信號(hào)外，還能產(chǎn)生脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)和邏輯信號(hào)邏輯信號(hào)， 并采用3位LED數(shù)碼管來顯示頻率。 2.1 主要技術(shù)性能主要技術(shù)性能 （1）頻率范圍：1Hz1MHz，共分為六個(gè)波段。 波段：110Hz 波段：10100Hz 波段：100Hz1KHz 波段：1KHz10KHz 波段：10KHz100

11、KHz 波段：100KHz1MHz 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 14 （2）頻率誤差 波段小于1.5%輸出頻率，波段小于2%輸出頻率 （3）正弦信號(hào) 幅度：6V 頻率響應(yīng)： 1dB，這一技術(shù)性能的含義是，信號(hào)頻率在 1Hz1MHz范圍內(nèi)變化時(shí)，信號(hào)發(fā)生器對(duì)不同頻率的信號(hào)增益的偏差 要小于1dB 電壓表誤差： 5%滿刻度值 輸出阻抗： （600 10） 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 15 （4）脈沖信號(hào)（10Hz200KHz） 電壓幅度（峰-峰值）為010V，且連續(xù)可調(diào) 上升、下降時(shí)間：0.3s 上沖、下沖時(shí)間：7%

12、脈沖寬度：連續(xù)可調(diào) （5）邏輯信號(hào) 波形：方波（正極性） 幅度：高電平為（4.50.5）V，低電平0.3V 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 16 2、面板結(jié)構(gòu)圖及按鍵功能、面板結(jié)構(gòu)圖及按鍵功能 1)面板結(jié)構(gòu)圖及按鍵功能 XD-22A型低頻信號(hào)發(fā)生器的面板結(jié)構(gòu)： XD-22A型低頻信號(hào)發(fā)生器面板圖型低頻信號(hào)發(fā)生器面板圖 指示電壓表 XD-22A型低頻信號(hào)發(fā)生器輸出衰減dB 輸出 細(xì)調(diào) 頻率 開 電源 占空比 頻率顯示窗 接通電源 步進(jìn)旋鈕 微調(diào)旋鈕占空比調(diào)節(jié)旋鈕： 調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占 空比 波形輸 出開關(guān) 信號(hào)輸出插孔： S彈出：下輸出孔輸出 正弦波信號(hào) S按進(jìn)

13、：下：脈沖波信號(hào) 上：邏輯信號(hào) 波段 輸出細(xì)調(diào)旋鈕：調(diào)節(jié)電 壓指示表顯示的電壓 輸出衰減調(diào)節(jié)開關(guān)： 調(diào)節(jié)衰減器的衰減倍數(shù) 頻率單 位顯示 顯示輸出信 號(hào)的頻率值 電壓指示表：指示 緩沖放大器的輸出 電壓幅度值 波段選擇開關(guān)： 選擇調(diào)節(jié)波段 頻率調(diào)節(jié) 旋鈕 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 17 （1）電源開關(guān)。 （2）波段選擇開關(guān)。共有六個(gè)波段。 （3）頻率調(diào)節(jié)旋鈕。又包括三個(gè)步進(jìn)旋鈕和一個(gè)微調(diào)旋鈕。 （4）占空比調(diào)節(jié)旋鈕。用于調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比。 （5）輸出波形轉(zhuǎn)換開關(guān)S。 （6）信號(hào)輸出插孔。 （7）輸出細(xì)調(diào)旋鈕。用于調(diào)節(jié)電壓指示表所顯示的電壓。 （8）

14、輸出衰減調(diào)節(jié)開關(guān)。用于調(diào)節(jié)衰減器的衰減倍數(shù)。 （9）頻率單位指示。 （10）頻率顯示窗。 （11）電壓指示表。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 18 2）使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)： 開機(jī)前，把輸出細(xì)調(diào)旋鈕輸出細(xì)調(diào)旋鈕置于最小值最小值處，防止開機(jī)時(shí)因 起振幅度超過正常值而打壞表針 開機(jī)后，讓儀器預(yù)熱預(yù)熱片刻，等表頭指示穩(wěn)定后再開始使用 輸出波形由輸出波形開關(guān)S控制 信號(hào)輸出電纜的長(zhǎng)度以（110%）m為宜，太長(zhǎng)或太短都 會(huì)引起高頻段（f500KHz）電壓誤差 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 19 3）使用方法 （1）選擇波形。

15、由輸出波形轉(zhuǎn)換開關(guān)S控制。 （2）調(diào)頻率。先調(diào)波段開關(guān)先調(diào)波段開關(guān)，選擇待輸出信號(hào)頻率所在 的波段，再調(diào)頻率調(diào)節(jié)旋鈕及頻率微調(diào)旋鈕再調(diào)頻率調(diào)節(jié)旋鈕及頻率微調(diào)旋鈕。即由波段選擇開 關(guān)和三個(gè)頻率調(diào)節(jié)旋鈕配合使用，進(jìn)行調(diào)節(jié)；在數(shù)碼顯示窗上 將顯示出讀數(shù)，三個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)顯示三個(gè)頻率旋鈕的調(diào)節(jié)值； Hz、KHz指示燈指示所顯示頻率的單位。如，需要輸出頻率為 2370Hz的信號(hào)，首先將波段選擇開關(guān)置于波段，此時(shí)KHz指 示燈亮；然后分別調(diào)節(jié)三個(gè)頻率調(diào)節(jié)旋鈕，從左至右分別置于 “2”、“3”和“7”刻度；此時(shí)數(shù)碼顯示出2.37，即2.37KHz。 輸出即為2 370Hz。 （3）幅度調(diào)節(jié)。先調(diào)輸出細(xì)調(diào)旋鈕，

16、再調(diào)輸出衰減旋鈕。 即由輸出細(xì)調(diào)旋鈕和輸出衰減旋鈕配合使用，進(jìn)行調(diào)節(jié)；面板 左上方的表頭將顯示出電壓讀數(shù)；實(shí)際輸出值等于電壓讀數(shù)除實(shí)際輸出值等于電壓讀數(shù)除 以衰減倍數(shù)，即以衰減倍數(shù)，即U實(shí) 實(shí) U示 示/衰減倍數(shù)。 衰減倍數(shù)。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 20 例1：要用XD-22A輸出一個(gè)頻率為74 000Hz，電壓為 10mV(有效值)的正弦信號(hào)，如何調(diào)節(jié)？ 解：第1步，彈出輸出波形轉(zhuǎn)換開關(guān)S，使輸出為正弦信號(hào)。 第2步，將波段選擇開關(guān)置于波段，此時(shí)KHz指示燈亮； 然后分別調(diào)節(jié)三個(gè)頻率調(diào)節(jié)旋鈕，從左至右分別置于“7”、 “4”和“0”刻度；此時(shí)數(shù)碼

17、顯示出74.0，即74.0KHz。 第3步，調(diào)節(jié)輸出細(xì)調(diào)旋鈕使電壓讀數(shù)為“1”；再調(diào)節(jié)輸出 衰減旋鈕，使其置于“40”，即衰減40dB，由表2-1可知，衰 減了100倍（即為原值的0.01）；輸出有效電壓則為1V100 10mV。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 21 2.2.2 高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器 高頻信號(hào)發(fā)生器和甚高頻信號(hào)發(fā)生器統(tǒng)稱為高頻信號(hào)發(fā)生 器，它們?cè)诟哳l電路測(cè)試中應(yīng)用比較廣泛。高頻信號(hào)發(fā)生器通 常用來產(chǎn)生200kHz30MHz的正弦波或調(diào)幅波信號(hào)，如無(wú)特別 說明，均特指此種高頻信號(hào)發(fā)生器。甚高頻信號(hào)發(fā)生器用來產(chǎn) 生30MHz300MHz

18、的正弦波、調(diào)幅波或調(diào)頻波信號(hào)。 1. 高頻信號(hào)發(fā)生器的組成高頻信號(hào)發(fā)生器的組成 可變電抗器主振器緩沖級(jí)調(diào)制級(jí)輸出級(jí) 監(jiān)測(cè)器 內(nèi)調(diào)制振蕩器電源外調(diào)制輸入 輸出 高頻信號(hào)發(fā)生器組成框圖 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 22 （1）主振級(jí) 主振級(jí)是信號(hào)發(fā)生器的核心，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LC振蕩器，它用于產(chǎn)生高頻振蕩 信號(hào)。為了使信號(hào)發(fā)生器有較寬的工作頻率范圍，可以在主 振級(jí)之后加入倍頻器、分頻器或混頻器。主振級(jí)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，輸出功率不大，一般在幾到幾十毫瓦的范圍內(nèi)。 （2）緩沖級(jí) 緩沖級(jí)主要起阻抗變換的作用，用來隔離調(diào)制級(jí)對(duì)主振 級(jí)

19、產(chǎn)生的不良影響，以保證主振級(jí)穩(wěn)定工作。否則，由于調(diào) 制級(jí)輸入阻抗不高且在調(diào)幅過程中不斷變化，而使主振級(jí)振 蕩頻率不穩(wěn)定并產(chǎn)生寄生調(diào)頻。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 23 （3）調(diào)制級(jí) 調(diào)制級(jí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)對(duì)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。在輸出載波或調(diào)頻波時(shí)，圖2.12中的 調(diào)制級(jí)實(shí)際上是一個(gè)寬帶放大器；在輸出調(diào)幅波時(shí)，實(shí)現(xiàn)振 幅調(diào)制和信號(hào)放大。 （4）可變電抗器 可變電抗器與主振級(jí)的諧振回路相耦合，在調(diào)制信號(hào)作 用下，控制諧振回路電抗的變化而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 （5）內(nèi)調(diào)制振蕩器 內(nèi)調(diào)制振蕩器用于為調(diào)制級(jí)提供頻率為400Hz或1kHz的 內(nèi)調(diào)

20、制正弦信號(hào)，該方式稱為內(nèi)調(diào)制。當(dāng)調(diào)制信號(hào)由外部電 路提供時(shí)，稱為外調(diào)制。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 24 （6）輸出級(jí) 輸出級(jí)主要由放大器、濾波器、輸出微調(diào)器、輸出倍乘 器等組成，對(duì)高頻輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)以得到所需的輸出電平， 最小輸出電壓可達(dá)V數(shù)量級(jí)。輸出級(jí)還用來提供合適的輸出 阻抗。 （7）監(jiān)測(cè)器 監(jiān)測(cè)器用以監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)的載波幅度和調(diào)制系數(shù)。 （8）電源 電源用來供給各部分所需要的電壓和電流。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 25 主振器 高頻放大器 調(diào)制器 細(xì)調(diào) 衰減器 步進(jìn) 衰減器 電纜 分壓器 載波電壓 指示

21、器 調(diào)幅度 指示器 內(nèi)調(diào)制信 號(hào) 發(fā)生器 外調(diào)制信號(hào)輸入 1kHz400Hz 等幅 S 01V 00.1V “1” “0.1” XFG-7型高頻信號(hào)發(fā)生器組成框圖 2. 高頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)例高頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)例 XFG-7型高頻信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)頻率與標(biāo)準(zhǔn)輸 出電壓的高頻信號(hào)發(fā)生器。它既能產(chǎn)生等幅波，又能產(chǎn)生調(diào)幅 波，可以方便地應(yīng)用于高頻放大器、調(diào)制器以及濾波器性能指 標(biāo)的測(cè)量，特別適用于無(wú)線電接收機(jī)性能指標(biāo)的測(cè)試。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 26 （1）整機(jī)組成 主振器是一個(gè)LC振蕩電路，它通過變換振蕩回路中的電 感線圈L來改變頻段，調(diào)節(jié)電容C來連

22、續(xù)改變頻率。 高頻放大器具有防大、調(diào)幅作用。細(xì)調(diào)衰減器用來連續(xù) 調(diào)節(jié)輸出幅度，調(diào)節(jié)范圍在01V之間。步進(jìn)衰減器由四節(jié) 型四端網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于對(duì)輸出信號(hào)作進(jìn)一步衰減，其輸 出電壓最大僅為0.1V。 為了獲得更小的輸出電壓，還配有一根內(nèi)藏分壓器的輸出電 纜，分壓比分別為11和110。 內(nèi)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)LC振蕩器，產(chǎn)生供調(diào)幅用的400Hz 或1kHz低頻正弦信號(hào)。當(dāng)高頻信號(hào)幅度一定時(shí)，調(diào)幅度的大 小由調(diào)制信號(hào)電壓決定。調(diào)幅度指示器是通過測(cè)量低頻信號(hào) 的振幅來指示調(diào)幅波的調(diào)幅度。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 27 VM% 00.1V 保險(xiǎn)絲 通 調(diào)幅度調(diào)

23、節(jié) 載波調(diào)節(jié) 輸出微調(diào) 01V 0 10 1 100 1000 10000 輸出倍乘 400 等幅 1000 調(diào)幅選擇 波段 外調(diào)幅輸入 V零點(diǎn) 1V校準(zhǔn) M%零點(diǎn) 指示燈 頻率粗調(diào) 頻率細(xì)調(diào) 圖2.14 XFG-7型高頻信號(hào)發(fā)生器面板圖 1 2 3 4 5 6 7 8 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 28 準(zhǔn)備工作 通電前將載波調(diào)節(jié)、調(diào)幅度調(diào)節(jié)和輸出微調(diào) 旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最小位置，將輸出倍乘開關(guān)置于1。 調(diào)零 通電前對(duì)指示電表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。通電后，將波 段開關(guān)置于任意兩擋之間，使主振器停振，調(diào)節(jié)零點(diǎn)旋鈕使 V表指針處在零點(diǎn)。接著將波段開關(guān)調(diào)至任意擋使振蕩器

24、振蕩 ，調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕，使V表指針指在紅線1上，調(diào)節(jié)M%零點(diǎn) 旋鈕使M%表指針指在零點(diǎn)。 調(diào)節(jié)頻率 將波段開關(guān)置于所需波段位置，調(diào)節(jié)頻率調(diào) 節(jié)粗調(diào)、細(xì)調(diào)旋鈕得到準(zhǔn)確頻率。 調(diào)節(jié)電壓 調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕使表指針指在紅線“1” 上，根據(jù)所需電壓選擇輸出插孔。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 29 輸出電壓在0.1V以上時(shí)選擇01V插孔。輸出電壓由 輸出微調(diào)旋鈕讀出，其讀盤最大讀數(shù)為1。調(diào)節(jié)輸出微調(diào)旋 鈕至所需的輸出電壓值。 輸出電壓在0.1V以下時(shí)選擇00.1V插孔，這時(shí)輸出電 壓等于輸出微調(diào)讀數(shù)與輸出倍乘開關(guān)讀數(shù)的乘積，單位為微 伏。 如果要求輸出低阻抗的微弱

25、信號(hào)，可在00.1V插孔上 加接帶有分壓器的電纜，并在“0.1”插口處引出信號(hào)，輸出 電壓為上述讀數(shù)方法所得結(jié)果的1/10。 高頻等幅信號(hào)輸出 將調(diào)幅選擇開關(guān)置于等幅位置。 調(diào)幅波輸出 根據(jù)調(diào)制信號(hào)來源分為內(nèi)調(diào)幅和外調(diào)幅。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 30 內(nèi)調(diào)幅時(shí)，將“調(diào)幅選擇”開關(guān)置于400Hz或1kHz位置， 在V表指示為1情況下，調(diào)節(jié)調(diào)幅度調(diào)節(jié)旋鈕使M%表指針指在 所需的位置上。最常用的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅度為30%。 外調(diào)幅時(shí)，將調(diào)幅選擇開關(guān)置于等幅位置，在外調(diào)幅 輸入接線柱上接入頻率在50Hz8kHz范圍的低頻正弦信號(hào)作 為外調(diào)制信號(hào)，其他操作與內(nèi)調(diào)幅相

26、同。 使用注意事項(xiàng) 使用00.1V插孔時(shí)，應(yīng)把01V插孔蓋住，反之亦然。 使用內(nèi)調(diào)幅時(shí)，不能在接線柱上加外調(diào)制信號(hào)。 使用高頻信號(hào)發(fā)生器還應(yīng)注意如下兩點(diǎn)： 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 31 接收機(jī)的測(cè)試 高頻信號(hào)發(fā)生器的典型應(yīng)用是用來測(cè)試接 收機(jī)的性能。為了使接收機(jī)符合實(shí)際工作情況，必須在接收機(jī) 與儀器間接一個(gè)等效的天線。等效天線接在電纜分壓器的分壓 接線柱與接收機(jī)的天線接線柱之間。 阻抗匹配 信號(hào)發(fā)生器只有在阻抗匹配情況下才能正常工 作。否則，除引起衰減系數(shù)誤差外，還影響前級(jí)電路的工作， 降低信號(hào)發(fā)生器的功率，在輸出電路中出現(xiàn)駐波。因此，在失 配的狀態(tài)

27、下，應(yīng)在信號(hào)發(fā)生器的輸出端與負(fù)載間加一個(gè)阻抗變 換器。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 32 2.2.3 合成信號(hào)發(fā)生器合成信號(hào)發(fā)生器 合成信號(hào)發(fā)生器是用頻率合成器代替主振級(jí)的正弦信號(hào) 發(fā)生器。頻率合成器是以一個(gè)或少量幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為基準(zhǔn)， 利用鎖相環(huán)（PLL）等進(jìn)行頻率合成的頻率振蕩器，頻率合成 器產(chǎn)生的信號(hào)具有很高的頻率穩(wěn)定度和極純的頻譜。 1. 工作原理工作原理 （1）射頻部分 該部分主要由壓控振蕩器、調(diào)制器、放大器、晶體振蕩 器和混頻器等組成。壓控振蕩器可直接輸出75MHz110MHz 的頻率信號(hào)，也可與80MHz晶體振蕩信號(hào)混頻后，取出 0.3MHz

28、30MHz的差頻信號(hào)輸出。輸出信號(hào)經(jīng)緩沖、放大和 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 33 內(nèi)調(diào)制 振蕩器 外調(diào)制輸 入放大器 內(nèi)外調(diào)制 開關(guān) 調(diào)幅調(diào)頻 開關(guān) 調(diào)制度顯示 射頻部分 鎖相部分 衰減器 控制部分 頻 率 顯 示 、衰 減 顯 示 外調(diào)制 輸入 圖2.15 QF1050型信號(hào)發(fā)生器原理方框圖 輸 出 衰減后送至輸出插孔輸出。 調(diào)制信號(hào)經(jīng)電容分壓后加到壓控振蕩器中變?nèi)荻O管上實(shí) 現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)幅時(shí)，調(diào)制信號(hào)經(jīng)放大后控制調(diào)制器中PIN二極管 實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 34 （3）調(diào)制部分 由內(nèi)調(diào)制振蕩器、

29、內(nèi)外調(diào)制開關(guān)、調(diào)幅調(diào)頻開關(guān)、調(diào)制 度顯示和外調(diào)制輸入放大器等組成。內(nèi)調(diào)制振蕩器產(chǎn)生400Hz 或1kHz的低頻正弦信號(hào)，經(jīng)內(nèi)外調(diào)制開關(guān)、調(diào)幅調(diào)頻開關(guān)加 到射頻部分，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅或調(diào)頻。調(diào)制度顯示器通過測(cè)量調(diào)制 信號(hào)的振幅來顯示調(diào)制度的大小。 （4）控制部分 該部分包括頻率控制器、輸出電平的置定及其碼組變換 電路、存儲(chǔ)器及其外圍電路、顯示電路。該部分主要完成輸 出頻率與電平的置定，調(diào)制狀態(tài)的選擇、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)用 等功能。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 35 2. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) QF1050型信號(hào)發(fā)生器是采用鎖相技術(shù)制成的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā) 生器。它可提供載

30、頻、調(diào)頻、調(diào)幅信號(hào)，并可接受立體聲調(diào) 制，主要用于調(diào)頻、調(diào)幅接收機(jī)的檢驗(yàn)和維修，也可用于移 動(dòng)通信和其他接收設(shè)備的調(diào)試與維修。其主要性能指標(biāo)如下： （1）載頻 頻率范圍 0.3MHz30MHz和75MHz110MHz兩個(gè)頻 段。 頻率顯示位數(shù) 六位。 顯示分辨率 0.3MHz30MHz和75MHz110MHz兩個(gè) 頻段的分辨率分別為100Hz、1kHz。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 36 頻率穩(wěn)定度 短期：經(jīng)30min預(yù)熱后，為510-6/15min+ 30Hz；長(zhǎng)期：5010-6/3h+30Hz。 （2）調(diào)頻、調(diào)幅 外調(diào)制頻率范圍 調(diào)頻，20Hz100

31、kHz；調(diào)幅， 20Hz10kHz。 內(nèi)調(diào)制頻率 400Hz、1kHz。 頻偏范圍 099kHz，兩位數(shù)字顯示。 調(diào)幅系數(shù) 080%，兩位數(shù)字顯示。 （3）輸出電平 有效輸出電平 1999dB（終端開路），1dB步進(jìn) （0dB=1V）。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 37 輸出電平總誤差 輸出電平0dB時(shí)，為2.5dB；輸出 電平0dB時(shí)，為3dB。 輸出阻抗 50。 （4）預(yù)置功能 載頻（F）、輸出電平（L）和調(diào)制功能（M）組合存 儲(chǔ)與調(diào)用（32組數(shù)據(jù)）。 輸出電平單獨(dú)預(yù)置，輸出電平（L）可獨(dú)立存儲(chǔ)與調(diào)用 （4組數(shù)據(jù)），此時(shí)，F(xiàn)-L-M組合預(yù)置的數(shù)據(jù)減少

32、到28組。 3. 面板結(jié)構(gòu)面板結(jié)構(gòu) QF1050型信號(hào)發(fā)生器面板結(jié)構(gòu)如圖2.16所示，其使用方 法參見產(chǎn)品說明書。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 38 圖2.16 QF1050型信號(hào)發(fā)生器面板圖 輸出Z=50 工作方式 調(diào)用 VA 存儲(chǔ) 增量 清零 寫 通 斷 電源 調(diào)制 外通調(diào)頻 外 調(diào)幅 斷 外調(diào)制輸入 調(diào)幅調(diào)頻 內(nèi)調(diào)制頻率 1kHz 400Hz 調(diào)幅(%) 調(diào)頻（kHz） 頻段 0.130/75110 頻率 A B C D 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D 輸出電平 存儲(chǔ)/調(diào)用 增增 2.3 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

33、是一種產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等函 數(shù)波形的儀器，其頻率范圍約幾毫赫至幾十兆赫。現(xiàn)代函數(shù) 信號(hào)發(fā)生器一般具有調(diào)頻、調(diào)幅等調(diào)制功能和壓控頻率 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 39 （VCF）特性，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)測(cè)試、儀器維修等工作中。 2.3.1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的方法有三種：一種是由施密特 電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形；第二種是 先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；第三種是先產(chǎn)生三角波再 變換為方波和正弦波。在此主要介紹第一種方法，即脈沖式函 數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 1. 脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 脈

34、沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的組成如圖2.17(a)所示。它包括雙 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、積分器和正弦波變換電路等部分，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 通常采用施密特觸發(fā)器，積分器則采用密勒積分器。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 40 脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的工作過程如圖2.17(b)所示，假設(shè) 開關(guān)S1懸空，當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出為u1=U1時(shí)，積分器輸出u2將 開始線性下降，當(dāng)u2下降到等于參考電平Ur時(shí)，比較器使雙 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， u1由U1變?yōu)?U1，同時(shí)，u2將開始以與線性 下降相等的速率線性上升。當(dāng)u2上升到等于參考電平Ur時(shí)，雙 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回去，于是完成一個(gè)循環(huán)周期。不斷重復(fù)上

35、 述過程，即得到方波信號(hào)u1、三角波信號(hào)u2，以及由u2經(jīng)過正 弦波成形電路變換成的正弦波。三種波形再經(jīng)過輸出級(jí)放大后 即可在輸出端得到所需的波形。圖中A、B點(diǎn)波形極性相反。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 41 C 圖2.17 脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器組成框圖 雙穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器 比較器 正弦波 成形電路 輸出級(jí) + + Ur R1 R2R3 RP VD1 VD2 S1 S2 + u1 u2 (a) u1(t) u2(t) U1 U1 0t t0 Ur Ur (b) Ur Ur U1 U2 0 0 u1(t) u2(t) (c) AB 積分電路 輸出uo t t

36、Ur 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 42 如果S1與VD2相接，當(dāng)觸發(fā)器輸出為U1時(shí)，VD2導(dǎo)通，電 阻R3被短路，積分器很快下降，當(dāng)下降到Ur時(shí)，觸發(fā)電路翻 轉(zhuǎn)，觸發(fā)器輸出為U1，VD2截止，R3接入電路，積分器輸出 緩慢上升，形成正向鋸齒波u2(t)，觸發(fā)器輸出為矩形波u1(t)， 如圖2.17(c)所示。如果S1與VD1相接，將得到反向鋸齒波和極 性相反的矩形波。 由上述分析得出：脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器無(wú)獨(dú)立的主振 級(jí)，而是由施密特觸發(fā)器、積分器和比較器構(gòu)成的閉合回路 組成的自激振蕩器，它產(chǎn)生的最基本波形是方波和三角波。 調(diào)換積分電容或改變電位器RP可

37、以改變輸出信號(hào)的頻率。如 果用壓控元件（如場(chǎng)效應(yīng)管）代替電阻R2，可使振蕩電路 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 43 成為壓控振蕩器，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻或脈寬調(diào)制。如果在電阻R3兩端 并接一支二極管VD1（或VD2），可使積分器充放電時(shí)間常數(shù) 不等，由此得到矩形波和反向鋸齒波（或正向鋸齒波），如 果再改用電位器調(diào)整比較器參考電壓，調(diào)整該電位器可以改 變矩形波的占空比。 正弦波成形電路一般采用分段折線逼近的方法將三角波 變換成為正弦波。圖2.18(a)，圖2.18(b)和圖2.18(c)分別為電路 輸出特性、輸入波形、輸出波形，由于該網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)的衰減 隨三角波幅度的加大

38、而增加，而使輸出波形向正弦波逼近。 如果折線段選得足夠多，并適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置，便能得 到非常逼真的正弦波。 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 44 圖2.19為實(shí)際正弦波成形 電 路，電路中使用了6對(duì)二極 管。 正、負(fù)直流電源和電阻 R1R7及R1R7為二極管提 供 適當(dāng)?shù)钠珘?，以控制三角?逼近正弦波時(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。 隨著輸入電壓的變化，6對(duì)二極 管依次導(dǎo)通和截止，并把電阻 R8R13依次接入電路或從電路斷開，這樣就改變了電路輸入 輸出比例。電路中每個(gè)二極管可產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在正半周時(shí)， 一對(duì)二極管可獲得3段折線；負(fù)半周也得到3段折線。即1對(duì)二 極管可獲

39、得6段折線。以后每增加1對(duì)二極管，正負(fù)半周可 t 0 0 0 ui uo uo ui (a) t (c) (b) 圖2.18 正弦波成形電路原理 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 45 各增加2段折線，因此它可以產(chǎn)生由26段折線逼近而成的正弦 波，其波形失真小于0.25%。 直流 穩(wěn)壓 電源 + ui uo R1R2R3R4R5R6R7 R8R9R10R11R12R13 R0 VD1 VD2 VD3 VD4 VD5VD7VD9VD11 VD6VD8VD10VD12 R1R2R3R4R5R6R7 圖2.19 正弦波成形電路實(shí)例 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā)

40、 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 46 2. 正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 圖2.20為正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器基本原理框圖。它包括 正弦振蕩器、緩沖級(jí)、方波形成器、積分器、放大器和輸出 級(jí)等部分。其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖 級(jí)隔離后，分為兩路信號(hào)，一路送放大器輸出正弦波，另一 路作為方波形成器的觸發(fā)信號(hào)。方波形成器通常是施密特觸 發(fā)器，它輸出兩路信號(hào)，一路送放大器，經(jīng)放大后輸出方 波；另一路作為積分器的 輸入信號(hào)。積分器通常為 密勒積分器，積分器將方 波變換為三角波，經(jīng)放大 正弦 振蕩器 緩沖級(jí) 方波形成器 放大器 積分器 輸出級(jí) 圖2.20 正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理框圖 第 2 章 測(cè) 量 用 信 號(hào) 發(fā) 生 器 第2章測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器 47 后輸出。三個(gè)波形的輸出由選擇開關(guān)控制。 2.3.2 AS101D型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介 AS101D型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是由集成電路和晶體管構(gòu)成的 通用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，能產(chǎn)生0.2Hz2