第8章 信號的產(chǎn)生

1、電子測量電子測量第1頁第第8 8章章 信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生8.1 8.1 信號源概述信號源概述 8.2 8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器 8.3 8.3 鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生 8.4 8.4 直接數(shù)字合成技術(shù)直接數(shù)字合成技術(shù) 8.5 8.5 合成信號源簡介合成信號源簡介 電子測量電子測量第2頁8.1.1 信號源在電子測量中的作用和組成信號源在電子測量中的作用和組成1.1.信號源的作用信號源的作用 信號源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓信號源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓電流信號的電流信號的信號發(fā)生器信號發(fā)生器。測試信號發(fā)生器被測電路測試儀器輸入

2、激勵輸出響應(yīng)電子測量電子測量第3頁8.1.1 信號源在電子測量中的作用和組成信號源在電子測量中的作用和組成1.1.信號源的作用信號源的作用 信號源的用途主要有以下三方面：信號源的用途主要有以下三方面： 激勵源：作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。激勵源：作為某些電氣設(shè)備的激勵信號。 信號仿真信號仿真: :在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬在設(shè)備測量中，常需要產(chǎn)生模擬實際環(huán)境相同特性的信號，如噪聲信號、高頻干實際環(huán)境相同特性的信號，如噪聲信號、高頻干擾等。擾等。 標(biāo)準(zhǔn)信號源標(biāo)準(zhǔn)信號源: :產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于1) 1) 為設(shè)備測試提供標(biāo)準(zhǔn)信號；為設(shè)備測試提供標(biāo)準(zhǔn)信號；2) 2) 對一般

3、信號源的對一般信號源的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)。電子測量電子測量第4頁信號信號輸出輸出主振器主振器緩沖緩沖調(diào)制調(diào)制輸出輸出電電 源源監(jiān)測監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖52021-11-21信號信號輸出輸出主振器主振器緩沖緩沖調(diào)制調(diào)制輸出輸出電電 源源監(jiān)測監(jiān)測信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖核心部分，產(chǎn)生核心部分，產(chǎn)生不同的信號不同的信號對信號進(jìn)行放對信號進(jìn)行放大和整形大和整形需要調(diào)制時進(jìn)需要調(diào)制時進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻行調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)節(jié)輸出電平調(diào)節(jié)輸出電平與與輸出輸出阻抗阻抗監(jiān)視輸出信號：電壓表、監(jiān)視輸出信號：電壓表、頻率計、功率計等，方頻率計、功率計等，方便使用便使用電子測量電子測量第6頁8.1.2

4、8.1.2 信號源的分類信號源的分類電子測量電子測量第7頁8.1.2 8.1.2 信號源的分類信號源的分類按頻率范圍按頻率范圍 大致可分為六類大致可分為六類：表2.1 信號源按頻率劃分表 名名 稱稱頻頻 率率 范范 圍圍主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域超低頻信號發(fā)生器超低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器視頻信號發(fā)生器視頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器甚高頻信號發(fā)生器甚高頻信號發(fā)生器超高頻信號發(fā)生器超高頻信號發(fā)生器30kHz30kHz以下以下30kHz300kHz30kHz300kHz300kHz6MHz300kHz6MHz6MHz30MHz6MHz30MHz30MHz300MHz30M

5、Hz300MHz300MHz3000MHz300MHz3000MHz電聲學(xué)、聲納電聲學(xué)、聲納電報通訊電報通訊無線電廣播無線電廣播廣播、電報廣播、電報電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航電視、調(diào)頻廣播、導(dǎo)航雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象92021-11-21ttttt電子測量電子測量第10頁3. 3. 按照信號發(fā)生器的性能指標(biāo)可分為：按照信號發(fā)生器的性能指標(biāo)可分為：電子測量電子測量第11頁8.1.3 8.1.3 正弦信號源的性能指標(biāo)正弦信號源的性能指標(biāo) 電子測量電子測量第12頁8.1.3 8.1.3 正弦信號源的性能指標(biāo)正弦信號源的性能指標(biāo)132.1.3 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 在各類信號發(fā)生器中，正弦信號

6、發(fā)生器是最普通、應(yīng)用最廣泛的一類，幾乎滲透到所有的電子學(xué)實驗及測量中。 一. 頻率特性 指信號發(fā)生器所產(chǎn)生信號的頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)又可由若干頻段或一系列離散頻率覆蓋，在此范圍內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。 2.頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指信號發(fā)生器度盤（或數(shù)字顯示）數(shù)值與實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示 %100000fffff（2.1） 1. 頻率范圍 電子測量電子測量第14頁8.1.3 8.1.3 正弦信號源的性能指標(biāo)正弦信號源的性能指標(biāo)1. 1. 頻率特性頻率特性%100ooofffff電子測量電子測量第15頁8.1.3 8.1.3 正弦信號源的性能指標(biāo)正弦信號源的性能指標(biāo)1.

7、 1. 頻率特性頻率特性 頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時間內(nèi)，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化的大小。時間內(nèi)，信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化的大小。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和長期按照國家標(biāo)準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度又分為短期頻率穩(wěn)定度和長期頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度。 16%1000minmaxfff短期：15分鐘內(nèi) 長期：3小時內(nèi) （8.2） 電子測量電子測量第17頁2. 2. 輸出特性輸出特性（1 1）輸出電平范圍。信號能提供的最大最小可調(diào)電壓輸出）輸出電平范圍。信號能提供的最大最小可調(diào)電壓輸出范圍；標(biāo)準(zhǔn)高

8、頻信號發(fā)生器的輸出電壓為范圍；標(biāo)準(zhǔn)高頻信號發(fā)生器的輸出電壓為0.1V1V。（2 2）輸出電平的頻響）輸出電平的頻響 在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時，輸在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時，輸出電平的變化，亦稱輸出電平平坦度。出電平的變化，亦稱輸出電平平坦度。（3 3）輸出電平準(zhǔn)確度）輸出電平準(zhǔn)確度 指輸出電平實際值對標(biāo)稱值的相對指輸出電平實際值對標(biāo)稱值的相對偏差。偏差。（4 4）輸出阻抗）輸出阻抗 低頻信號發(fā)生器輸出阻抗一般有低頻信號發(fā)生器輸出阻抗一般有5050、 7575、150150、600600及及5k5k等，高頻信號發(fā)生器輸出阻等，高頻信號發(fā)生器輸出阻抗一般為抗一般為5050或或7575。1. 輸出

9、阻抗 低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600（或1k）功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有50、75、150、600和5 k等檔 高頻信號發(fā)生器一般僅有50或75檔。 信號發(fā)生器輸出電壓的讀數(shù)是在匹配負(fù)載的條件下標(biāo)定的，若負(fù)載與信號源輸出阻抗不相等，則信號源輸出電壓的讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。 2.1.3 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 二. 輸出特性 電子測量電子測量第19頁（5 5）輸出信號的非線性失真系數(shù)和頻譜純度。由于非線性）輸出信號的非線性失真系數(shù)和頻譜純度。由于非線性失真而產(chǎn)生的諧波成分，混頻器（差頻器）輸出的組合波失真而產(chǎn)生的諧波成分，混頻器（差頻器）輸出的組合波以及噪聲等因數(shù)，

10、造成了頻譜不純，不能得到理想的正弦以及噪聲等因數(shù)，造成了頻譜不純，不能得到理想的正弦波。波。 一般信號源的非線性失真小于一般信號源的非線性失真小于1%1%，高穩(wěn)定信號源甚至，高穩(wěn)定信號源甚至要求優(yōu)于要求優(yōu)于0.1%0.1%。2.失真度與頻譜純度 定義 %100122322 UUUUn測量：低頻信號發(fā)生器用失真系數(shù)高頻信號發(fā)生器用頻譜純度 20lg80 100SnUdBUUSUnfAfAtU2.1.3 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo) 二. 輸出特性 %100.2222122322nnUUUUUU電子測量電子測量第21頁3. 3. 調(diào)制特性調(diào)制特性 高頻信號發(fā)生器除了能輸出正弦波，一般還能輸出一種高頻信

11、號發(fā)生器除了能輸出正弦波，一般還能輸出一種或多種調(diào)制后的信號，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等?；蚨喾N調(diào)制后的信號，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)制等。 調(diào)制特性的衡量指標(biāo)主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)，最調(diào)制特性的衡量指標(biāo)主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)，最大頻偏，調(diào)制線性等。大頻偏，調(diào)制線性等。電子測量電子測量第22頁 正弦信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號或受調(diào)制的正弦正弦信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號或受調(diào)制的正弦信號。它包括：低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、微波信號。它包括：低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器等。這里信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器等。這里對

12、低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器作簡單介紹。對低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器作簡單介紹。8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器8.2.1 8.2.1 正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器電子測量電子測量第23頁1. 1. 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器u 低頻信號發(fā)生器頻率范圍一般為低頻信號發(fā)生器頻率范圍一般為20Hz20Hz20KHz20KHz，故又稱音，故又稱音頻信號發(fā)生器?，F(xiàn)在頻信號發(fā)生器?，F(xiàn)在一般一般為為1Hz1Hz1MHz1MHz頻段頻段u 組成：圖組成：圖8-28-2為波段式，圖為波段式，圖8-38-3為差頻式。為差頻式。8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器8.2

13、.1 8.2.1 正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器主振級主振級緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理低頻信號發(fā)生器組成原理( (波段式）波段式）電子測量電子測量第24頁1. 1. 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器u 波段式組成：低頻信號發(fā)生器主要由主振級、緩沖放大器、波段式組成：低頻信號發(fā)生器主要由主振級、緩沖放大器、衰減器、功率放大器、阻抗變換器、指示電壓表及穩(wěn)壓電衰減器、功率放大器、阻抗變換器、指示電壓表及穩(wěn)壓電源等電路組成。源等電路組成。 8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦

14、、脈沖及函數(shù)發(fā)生器主振級主振級緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理低頻信號發(fā)生器組成原理電子測量電子測量第25頁1. 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器u 主振級：主振級： 主振級產(chǎn)生低頻正弦波，是低頻信號發(fā)生器的主振級產(chǎn)生低頻正弦波，是低頻信號發(fā)生器的最重要的電路，通常由最重要的電路，通常由RC振蕩電路產(chǎn)生低頻正弦波振蕩電路產(chǎn)生低頻正弦波。8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器主振級主振級緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換

15、變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理低頻信號發(fā)生器組成原理電子測量電子測量第26頁1. 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器u 由于由于RC振蕩電路的頻率覆蓋范圍小，故波段式信號發(fā)生振蕩電路的頻率覆蓋范圍小，故波段式信號發(fā)生器通常做成多波段的。器通常做成多波段的。8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器主振級主振級緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號發(fā)生器組成原理低頻信號發(fā)生器組成原理電子測量電子測量第27頁差頻式信號發(fā)生器組

16、成原理差頻式信號發(fā)生器組成原理高頻振蕩高頻振蕩器器緩沖緩沖放大放大混頻混頻器器低通低通濾波濾波器器功放功放衰減衰減固定頻率固定頻率振蕩器振蕩器緩沖緩沖放大放大f2f1f差頻式低頻信號發(fā)生器優(yōu)點：差頻式低頻信號發(fā)生器優(yōu)點： 頻率覆蓋范圍大，在整個低頻段內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)而不用更頻率覆蓋范圍大，在整個低頻段內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)而不用更換頻段，輸出電平比較平穩(wěn)。換頻段，輸出電平比較平穩(wěn)。電子測量電子測量第28頁 RC振蕩電路形成低頻信號的工作原理振蕩電路形成低頻信號的工作原理RC文氏電橋振蕩電路 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 電子測量電子測量第29頁在圖在圖a中，中，ui是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，u0是輸出電

17、壓，是輸出電壓，Z1為為R、C串聯(lián)阻抗，串聯(lián)阻抗，Z2為為R、C并聯(lián)阻抗。并聯(lián)阻抗。u0uiRCCR(a)文氏橋式網(wǎng)絡(luò)0.10.20.3=00.03501/3Kf/0(b)幅頻特性0.03=050/0900-900(c)相頻特性RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)文氏橋網(wǎng)絡(luò)電子測量電子測量第30頁A1A2衰減器電路表頭電路電壓放大器輸出幅度微調(diào)振蕩器輸出放大器RCRtRfCR+-使用熱敏電阻作為振蕩器控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖 圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R Rt t和電阻和電阻R Rf f就構(gòu)成了電壓負(fù)就構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。熱敏電阻反饋電路。熱敏電阻R Rt t的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電

18、的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時，由流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時，由于該電壓也直接接在于該電壓也直接接在R Rt t、R Rf f串聯(lián)電路，流過串聯(lián)電路，流過R Rt t的電流也隨的電流也隨之增加而導(dǎo)致之增加而導(dǎo)致R Rt t阻值降低，負(fù)反饋加大，放大器總增益降阻值降低，負(fù)反饋加大，放大器總增益降低，使輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出信號振幅的目的。而低，使輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出信號振幅的目的。而在振蕩器起振階段，由于在振蕩器起振階段，由于R Rt t溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，放大器實際總增益大于放大器實際總

19、增益大于3 3，振蕩器容易起振。，振蕩器容易起振。電子測量電子測量第31頁 1 XD1低頻信號發(fā)生器電子測量電子測量第32頁2. 2. 高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器u 高頻信號發(fā)生器輸出頻率范圍一般在高頻信號發(fā)生器輸出頻率范圍一般在300KHz1GHz，能，能輸出等幅正弦波和調(diào)制波信號，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及輸出等幅正弦波和調(diào)制波信號，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能脈沖調(diào)制等功能電子測量電子測量第33頁1.高頻信號發(fā)生器的基本組成高頻信號發(fā)生器的基本組成 高頻信號發(fā)生器是由主振級、緩沖級、調(diào)制級、輸高頻信號發(fā)生器是由主振級、緩沖級、調(diào)制級、輸出級、衰減級、內(nèi)調(diào)制振蕩級、出級、衰減級、內(nèi)調(diào)

20、制振蕩級、監(jiān)監(jiān)測級和電源等組成。測級和電源等組成。輸出輸出主振級主振級波段波段選擇選擇頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)緩沖緩沖調(diào)制級調(diào)制級輸出級輸出級調(diào)制振蕩器調(diào)制振蕩器監(jiān)測器監(jiān)測器外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖電子測量電子測量第34頁輸出輸出主振級主振級波段波段選擇選擇頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)緩沖緩沖調(diào)制級調(diào)制級輸出級輸出級調(diào)制振蕩器調(diào)制振蕩器監(jiān)測器監(jiān)測器外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖 各部分工作特點如下：各部分工作特點如下：電子測量電子測量第35頁輸出輸出主振級主振級波段波段選擇選擇頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)緩沖緩沖調(diào)制級調(diào)制級輸出級輸出級調(diào)制振蕩器調(diào)制振

21、蕩器監(jiān)測器監(jiān)測器外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入高頻信號發(fā)生器原理框圖高頻信號發(fā)生器原理框圖36l)主振級 主振級通常是LC三點式振蕩電路，產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號。 2)緩沖級 它主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級的影響。 3)調(diào)制級 為了測試各種接收機的靈敏度和選擇性等性能指標(biāo)，必須用已調(diào)制正弦信號作為測試信號，這個任務(wù)在調(diào)制級中完成。調(diào)制的方式主要有調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖調(diào)制。調(diào)幅多用于 100kHz35MHz的高頻信號發(fā)生器中，高頻信號發(fā)生器中的調(diào)幅，一般采用正弦調(diào)制。調(diào)頻主要用于30MHz1000MHz信號發(fā)生器中，脈沖調(diào)制多用于300MHz以上的微波信號發(fā)生器中。4)輸出級 輸出級

22、可進(jìn)一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達(dá)到V數(shù)量級。輸出電平的調(diào)節(jié)范圍寬，衰減量應(yīng)能準(zhǔn)確讀數(shù)，有良好的頻率特性，在輸出端有準(zhǔn)確且固定的輸出阻抗。電子測量電子測量第37頁XFC-6XFC-6型標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器能產(chǎn)生型標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器能產(chǎn)生4-300MHz4-300MHz的高頻信號，并可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)的高頻信號，并可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻頻 以及調(diào)幅調(diào)頻雙重調(diào)制適用于相應(yīng)頻率范圍的接收設(shè)備的校準(zhǔn)與測以及調(diào)幅調(diào)頻雙重調(diào)制適用于相應(yīng)頻率范圍的接收設(shè)備的校準(zhǔn)與測試等。試等。電子測量電子測量第38頁vEE1051EE1051高頻信號發(fā)生器，頻率覆蓋高頻信號發(fā)生器，頻率覆蓋100KHz 150MHz, 100KHz

23、150MHz, 電平連續(xù)可調(diào)，電平連續(xù)可調(diào)，并具有調(diào)頻、調(diào)幅功能。輸出頻率采用四位數(shù)顯示方式，頻率顯示精度并具有調(diào)頻、調(diào)幅功能。輸出頻率采用四位數(shù)顯示方式，頻率顯示精度較高；輸出電平采用較高；輸出電平采用ALCALC穩(wěn)幅方式，輸出穩(wěn)定便于使用。穩(wěn)幅方式，輸出穩(wěn)定便于使用。電子測量電子測量第39頁8.2.2 8.2.2 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器u 常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形和數(shù)字編常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形和數(shù)字編碼序列等碼序列等 ：u ut to o（a a）矩形波）矩形波u ut to o（b b）鋸齒波）鋸齒波u ut to o（c c）階梯波）階梯波u

24、 ut to o（d d）鐘形脈沖）鐘形脈沖u ut to o（e e）數(shù)字編碼序列）數(shù)字編碼序列 常見的脈沖信號常見的脈沖信號u 脈沖發(fā)生器專門用于產(chǎn)生脈沖波型的信號源。分類（根據(jù)脈沖發(fā)生器專門用于產(chǎn)生脈沖波型的信號源。分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。脈沖發(fā)生器等。電子測量電子測量第40頁電子測量電子測量第41頁電子測量電子測量第42頁1. 1. 通用脈沖發(fā)生器通用脈沖發(fā)生器u 通用脈沖發(fā)生器能夠滿

25、足一般測試的要求，可以產(chǎn)生頻率、通用脈沖發(fā)生器能夠滿足一般測試的要求，可以產(chǎn)生頻率、脈寬、極性、上升、下降時間可任意調(diào)節(jié)的矩形脈沖、窄脈寬、極性、上升、下降時間可任意調(diào)節(jié)的矩形脈沖、窄脈沖。脈沖。 輸出輸出脈寬，上升脈寬，上升/ /下降沿下降沿控制控制主振級主振級同步放大同步放大延時級延時級脈沖形成脈沖形成輸出級輸出級同步脈沖輸出同步脈沖輸出外同步外同步觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入外觸發(fā)外觸發(fā)同步脈沖輸出同步脈沖輸出脈沖信號發(fā)生器組成原理脈沖信號發(fā)生器組成原理電子測量電子測量第43頁2. 2. 快速（廣譜）脈沖發(fā)生器快速（廣譜）脈沖發(fā)生器u 在時域測試中，快速脈沖信號發(fā)生器用來提供廣譜的激勵在時域測試中，

26、快速脈沖信號發(fā)生器用來提供廣譜的激勵信號，尤其在微波網(wǎng)絡(luò)、寬帶元器件的時域測試中，脈沖信號，尤其在微波網(wǎng)絡(luò)、寬帶元器件的時域測試中，脈沖信號發(fā)生器相當(dāng)于頻域測試中的掃頻信號源。信號發(fā)生器相當(dāng)于頻域測試中的掃頻信號源。u 快速脈沖信號的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、快速脈沖信號的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及隧道二極管脈沖發(fā)生器等。隧道二極管脈沖發(fā)生器等。V VD DR RC CR RO OK KR RL L水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理電子測量電子測量第44頁 函數(shù)信號

27、發(fā)生器的三種組成方案：函數(shù)信號發(fā)生器的三種組成方案：第一種是施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得第一種是施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波；到三角波和正弦波；第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；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)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波第三種是先產(chǎn)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波。 函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號發(fā)生器。三角波等多種波形的信號發(fā)生器。 8.2.3 8.2.3 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器電子測量電子測量第45頁8.2.3 8.2.3 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器1

28、. 1. 多波形信號發(fā)生原理多波形信號發(fā)生原理方波方波三角波三角波正弦波正弦波函數(shù)發(fā)生器一般以某種波形為第一波形函數(shù)發(fā)生器一般以某種波形為第一波形正弦波正弦波方波方波三角波三角波三角波三角波正弦波正弦波方波方波 函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號發(fā)生器。等多種波形的信號發(fā)生器。 電子測量電子測量第46頁8.2.3 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器其基本原理是先由積分電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路其基本原理是先由積分電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。角波整形

29、成正弦波。電子測量電子測量第47頁C雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)電路電路V2AWRU1I1U2B方波、三角波發(fā)生器原理框圖方波、三角波發(fā)生器原理框圖V1)(2)(221121VVRCUVVCIfsc設(shè)充放電電流為I，輸出三角波的頻率為fsc，則：VC1VC2+_8.2.3 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器電子測量電子測量第48頁函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖其基本原理是先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和其基本原理是先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。觸發(fā)電路比較器比較器放大器衰減器二級管整形網(wǎng)絡(luò)波形選擇積分器_

30、+A輸出FCDRPR1R2QQ+UmK-Um電子測量電子測量第49頁utiustusct分段折線逼近波形綜合分段折線逼近波形綜合n其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。 分段逼近波形綜合電路分段逼近波形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BViVoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6B電子測量電子測量第50頁R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14D1D2D3D4D5D6E3E2E1-E1-E2-E3+E輸入輸入Ui(a)二極管

31、整形網(wǎng)絡(luò)輸出輸出Uo-E0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t14tu0ufE1E2E3ui(b)正弦波的折線近似n 正弦波形成電路51utiuiuot分段折線逼近波形綜合分段折線逼近波形綜合n其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。其電路實現(xiàn)原理如下圖所示。 分段逼近波形綜合電路分段逼近波形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BUiUoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6B輸入三角波輸出正弦波電子測量電子測量第52頁2、三角波正弦波變換原理 上圖為實際的正弦波形成網(wǎng)絡(luò)。電路中使用了

32、6對二極管。正、負(fù)直流電源和電阻為二用管提供適當(dāng)?shù)钠珘海钥刂迫遣ū平也〞r轉(zhuǎn)折點的位置。直流穩(wěn)壓電源uiuoR0R1R2R3R4R5R6R7R1R2R3R4R5R6R7VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7VD8VD9VD10VD11VD12+-電子測量電子測量第53頁TT2TUm0-Um00E-E0(Q)(Q非)(D)(F)(a)(Q)(Q非)(D)(b)函數(shù)發(fā)生器波形圖電子測量電子測量第54頁ut（a）ut（b）tu（c）tu（d）鋸齒波的獲得原理鋸齒波的獲得原理 鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（a a）所）所示三角波與圖（

33、示三角波與圖（b b）所示方波直接疊加就可得到圖（）所示方波直接疊加就可得到圖（c c）所）所示的交錯鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（示的交錯鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（d d）所示）所示的鋸齒波。的鋸齒波。電子測量電子測量第55頁2. 2. 函數(shù)發(fā)生器的性能和組成函數(shù)發(fā)生器的性能和組成u 函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，具有較寬的頻率范圍（具有較寬的頻率范圍（0.1Hz0.1Hz幾十幾十MHzMHz）及較穩(wěn)定的頻）及較穩(wěn)定的頻率。率。頻率頻率控制控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)三角波三角波緩沖器緩沖器正弦波綜正弦波綜合及緩沖合及

34、緩沖正恒正恒流源流源負(fù)恒負(fù)恒流源流源比較器比較器方波方波緩沖器緩沖器外外部部頻頻率率控控制制函數(shù)函數(shù)選擇選擇及其及其它波它波形產(chǎn)形產(chǎn)生生輸出輸出放大放大輸出輸出濾波濾波直流直流補償補償積分積分電路電路函數(shù)發(fā)生器基本組成原理函數(shù)發(fā)生器基本組成原理電子測量電子測量第56頁8.3 鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生8.3.1 8.3.1 頻率合成的基本概念頻率合成的基本概念信號源 主振級 頻率準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度 通用信號源 RC、LC振蕩器 10-2量級 10-310-4 合成信號源 晶體振蕩器 10-8量級 10-7量級 2.3 合成信號發(fā)生器 頻率合成的方法 直接模擬頻率合成法（DAF

35、S ）直接數(shù)字頻率合成法（DDS ） 間接鎖相式合成法（ Direct Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Frequency Synthesis ） 信號源 主振級 頻率準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度 通用信號源 RC、LC振蕩器 10-2量級 10-310-4 合成信號源 晶體振蕩器 10-8量級 10-7量級 電子測量電子測量第58頁8.3 鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生鎖相頻率合成信號的產(chǎn)生1.1. 頻率合成原理頻率合成原理頻率的代數(shù)運算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實現(xiàn)。頻率的代數(shù)運算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實現(xiàn)。 8.3.1 8.3.1 頻率合成的

36、基本概念頻率合成的基本概念頻率頻率1 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數(shù)運算代數(shù)運算（加、減、乘、除）（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率合成原理頻率頻率n n輸出輸出基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率電子測量電子測量第59頁2. 2. 頻率合成分類及特點頻率合成分類及特點u 直接頻率合成直接頻率合成 通過頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來產(chǎn)生一系列頻率通過頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來產(chǎn)生一系列頻率信號并用窄帶濾波器選出，下圖是其實現(xiàn)原理。信號并用窄帶濾波器選出，下圖是其實現(xiàn)原理。 晶振晶振諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（分頻（1010）8MHz8MHz混頻（混頻（+ +）混頻（混頻（+ +）2MHz2MHz

37、濾波濾波分頻（分頻（1010）2.8MHz2.8MHz濾波濾波0.28MHz0.28MHz分頻（分頻（1010）混頻（混頻（+ +）濾波濾波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz優(yōu)點：優(yōu)點：頻率切換迅速，相位噪聲很低。頻率切換迅速，相位噪聲很低。缺點：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格昂貴，不便于集成化。缺點：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格昂貴，不便于集成化。輸出輸出3.628MHz3.628MHz電子測量電子測量第60頁

38、電子測量電子測量第61頁u 3. 3. 頻率合成技術(shù)的發(fā)展頻率合成技術(shù)的發(fā)展 各種頻率合成方式的綜合各種頻率合成方式的綜合: : 直接式、間接（鎖相環(huán)）式和直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)都直接式、間接（鎖相環(huán)）式和直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)都有其優(yōu)缺點有其優(yōu)缺點 ，單獨使用任何一種方法，很難滿足要求。，單獨使用任何一種方法，很難滿足要求。因此可將這幾種方法綜合應(yīng)用，特別是因此可將這幾種方法綜合應(yīng)用，特別是DDSDDS與與PLLPLL的結(jié)合的結(jié)合, ,可以實現(xiàn)快捷變，小步進(jìn)及較高的頻率上限?？梢詫崿F(xiàn)快捷變，小步進(jìn)及較高的頻率上限。電子測量電子測量第62頁8.3.2 8.3.2 鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（PLLPLL）

39、的基本概念）的基本概念u 1. 1. 鎖相環(huán)基本工作原理及性能鎖相環(huán)基本工作原理及性能 u 鎖相環(huán)是一個相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相鎖相環(huán)是一個相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（器（PDPD）、環(huán)路濾波器（）、環(huán)路濾波器（LPFLPF）、電壓控制振蕩器（）、電壓控制振蕩器（VCOVCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成 。鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測量電子測量第63頁鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測量電子測量第64頁u同步帶寬同步帶寬電子測量電子測量第65頁2.

40、 2. 鎖相環(huán)的基本形式鎖相環(huán)的基本形式 （a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波諧波形成形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字倍頻環(huán)VCOPDLPFfiN倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖fiNPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡化圖）倍頻環(huán)簡化圖電子測量電子測量第66頁分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）數(shù)字分頻環(huán)）數(shù)字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波諧波形成形成（a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán)fiNPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡化圖）分頻環(huán)簡化圖電子測量電子測量第67頁PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán)fo= fi1- fi2混頻鎖相