第3章 信号源-01--09版.ppt

电子测量原理第1页第3章 信号源 内容提要：内容提要： 3.1 信号源概述 3.2 低频信号发生器3.3 函数信号发生器 3.4 高频信号发生器 3.5 合成信号发生器 电子测量原理第2页u重点：u 掌握各类测试信号源的特点、工 作原理和使用方法u难点：u 各类测试信号源的工作原理与电 路构成电子测量原理第3页常用信号发生器示例脉冲信号发生器电子测量原理第4页函数、任意波形发生器电子测量原理第5页功率函数信号发生器电子测量原理第6页函数发生器/计数器电子测量原理第7页视频和电视信号发生器u 电子测量原理第8页3.1 信号源概述u 信号源的作用和组成u 信号源的分类u 正弦信号源的性能指标电子测量原理第9页3.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成1.信号源的作用信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规 则或不规则波形的信号发生器信号源的用途主要有以下三方面：☆ 激励源测量用的激励信号☆ 信号仿真☆ 标准信号源 -校准测量仪器电子测量原理第10页2. 信号源的组成u 基本构成如图3.1所示，一般包括振荡器 、变换器、指示器、电源及输出电路等 部分 振荡器调制器输出电路电源指示器图3.1正弦信号发生器的基本组成框图输出正弦波用RC或LC电路 调节输出频率调频、调幅两个电路； 调频可直接由振荡器实现 ，调幅有专门电路完成衰减器电路、阻抗 变换器和电压表几 部分电子测量原理第11页1. 按频率范围 大致可分为六类： （1）超低频信号发生器 u 频率在0.0001~1KHz范围内。

（2) 低频信号发生器 u 频率在1Hz~20KHz(或1MHz)范围内其中 用得最多的是音频信号发生器，频率范围 在20Hz~20KHz之间 （3）视频信号发生器 u 频率在20KHz~10MHz范围内 3.1.2 信号源的分类电子测量原理第12页（4）高频信号发生器 u 频率在200KHz~30MHz范围内，大致相当于 长、中、短波段的范围-广播的波段 （5）甚高频信号发生器 u 频率在30MHz~300MHz范围内，相当于米波 波段 （6）超高频信号发生器 u 频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘 米波波段等 u 工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被 称为微波信号发生器 u 射频信号-易于辐射的无线电信号；大体为 30KHz~若干GHz的范围电子测量原理第13页2. 按输出波形,大致可分为： 正弦波形发生器； 脉冲信号发生器； 函数信号发生器； 噪声信号发生器 3. 按照信号发生器的性能指标 可分为： 一般信号发生器； 标准信号发生器； 电子测量原理第14页3.1.3 正弦信号源的性能指标 1. 频率特性 u （1）频率范围-上述 u （2）频率准确度 –度盘数值与实际输出信号频率间的 偏差u （3）频率稳定度-是指其它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。

u RC和LC信号源，频率准确度可达10 量级，稳定度可 达10 ~10 量级；利用晶体振荡器的合成信号源，频 率准确度和稳定度都可达到10 量级-2-3-8-4电子测量原理第15页u2．输出特性u 正弦信号源的输出特性一般包括输出电平 范围、输出电平的频响、输出电平的准确 度、输出阻抗等指标 u （1）输出电平范围u 指输出信号幅度的有效范围，也就是信号 发生器的最大和最小输出电平的可调范围 输出幅度可用电压(mV、V)和分贝(dB) 两种方式表示电子测量原理第16页u （2）输出电平的频率响应u 是指在有效频率范围内调节频率时，输出 电平的变化情况，也就是输出电平的平坦 度 u （3）输出电平准确度u 输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出 衰减器换档误差、0dB准确度和输出电平平坦 度等几项指标综合组成电子测量原理第17页u（４）输出阻抗 u 信号发生器的输出阻抗视其类型不同而 异 u 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗 一般为600Ω（或1KΩ）； u 功率输出端根据输出匹配变压器的设计 而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、 600Ω和5KΩ等； u 高频信号发生器一般有50Ω和75Ω两种 不平衡输出。

电子测量原理第18页u 3．调制特性u描述高频信号发生器输出正弦波的 同时，输出调频、调幅、调相或脉 冲调制信号的能力下一节结束返回电子测量原理第19页3.2 低频信号发生器u 低频信号发生器的输出信号频率范围通常 为20Hz~20KHz，也称为音频信号发生器u 低频信号发生器可用于测试调整低频放大 器、传输网络和广播、音响等电声设备， 还可以用于调制高频信号发生器或标准电 子电压表等 电子测量原理第20页u3．2．1 低频信号发生器的u 主要性能指标u （1）频率范围1Hz～20KHz或延伸到1MHzu （2）频率稳定度0.1～0.4）%/小时u （3）频率的准确度 ±(1～2)%u （4）输出电压0～10V连续可调u （5）输出功率0.5～5w连续可调u （6）输出阻抗50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和 5KΩu （7）非线性失真系数0.1～1)%u （8）平衡输出与不平衡输出方式电子测量原理第21页u 3．2．2 低频信号发生器的u 基本组成与工作原理u 如图3.2所示，包括振荡器、放大器、稳压电源 、电压表及输出级等部分。

振荡器放大器输出衰减稳压电源电压表低频信号输出图3.2 低频信号发生器框图电子测量原理第22页u 1．振荡器u 振荡器是低频信号发生器的核心部分， 产生频率可调的正弦信号一般由RC 振荡电路或差频式振荡电路组成振荡 器决定输出信号的频率范围和稳定度电子测量原理第23页（（1 1）通用）通用RCRC振荡电路振荡电路 图图3.33.3为文氏电桥振荡器的原理框图为文氏电桥振荡器的原理框图R1R1、、C1C1、、R2R2、、C2C2组组 成成RCRC选频网络，可改变振荡器的频率；选频网络，可改变振荡器的频率；R3R3、、R4R4组成负反组成负反 馈臂，可自动稳幅馈臂，可自动稳幅 电子测量原理第24页u （2）差频式振荡电路u 差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图 所示主要包括固定高频振荡器、可变高频振 荡器、混频器、低通滤波器和放大、衰减器等 固定高频振 荡器混频器可变高频 振荡器低通滤 波电路放大电路 衰减电路输 出图3-5 差频式振荡电路框图l设固定高频振荡器的频率为 ，可变高频振荡器 的频率范围为 ，则混频器输出的基波差 频信号频率范围为 l差频信号的频率覆盖系数为Date25l式中 —— 可变高频振荡器的频率覆 盖系数；l ——可变高频振荡器的最低频率；l ——可变高频振荡器的最高频率。

l由式可以看出， 和 越大， 差频信号的频率覆 盖系数就越大，所得到的低频信号的频率范围也 就越宽Date26电子测量原理第27页u2．放大器u 低频信号发生器的放大器一般包括电压放 大器和功率放大器两级，以达到电压输出幅度 和功率的要求u 3．输出级u 输出级一般包括输出衰减器电路、阻抗变 换器和电压表几部分电子测量原理第28页3．2．3 低频信号发生器的应用u 1．使用方法 u （1）接通电源，频率应有显示 u （2）根据测试所要求信号的频率选择合适的波段 ，再通过频率开关得到所需的频率 u （3）通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅 度，并由电压表监测 u （4）低频信号发生器的输出阻抗一般为600Ω， 应注意与被测对象的匹配电子测量原理第29页u2．放大器放大倍数的测量u 测试电路如图3.6所示 l用毫伏表分别测出被测放大器输入、输出信号电 压的有效值，即可求出放大器的电压放大倍数l式中 lUO——被测放大器输入电压的有效值；lUi——被测放大器输出电压的有效值l3．功率放大倍数的测量( )/( ) Date303.3 函数信号发生器v 函数信号发生器实际上是一种多波形 信号源，可以输出正弦波、方波、三角波 、斜波、半波正弦波及指数波等。

v3.3.1函数信号发生器的基本组成与原理v 构成函数发生器的方案很多，通常有 三种Date311.方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案 v由外触发脉冲或内触发脉冲触发，触发施 密特电路产生方波，输出信号的频率由触 发脉冲决定，然后经积分输出线性变化的 三角波或斜波，调节积分时间常数RC值， 可改变积分速度，即改变输出的三角波斜 率，从而调节三角波的幅度，最后由正弦 波形成电路形成正弦波 v如图3.7所示Date32内触发 脉冲发生器施密特触发器积分器正弦波形 成电路缓冲放 大器外触发脉冲输入图3.7 方波-三角波-正弦波函数发生器的原理框图ooooDate33v2．三角波-方波-正弦波函数发生器的构 成方案如图3.8所示由三角波发生器先产生 三角波，然后经方波形成电路产生方波， 或经正弦波形成电路形成正弦波，最后经 过缓冲放大器输出所需信号三角波 发生器正弦波形成电路缓冲放大器方波变换电路缓冲放大器图3.8 三角波-方波-正弦波函数发生器的原理框图输出正弦波输出方波Date34v3.正弦波-方波-三角波函数发生器的构成 方案v由正弦波发生器先产生正弦波，然后经微 分电路产生尖脉冲，用脉冲触发单稳电路 形成方波，经三角波形成电路产生三角波 ，最后经过缓冲放大器输出所需信号。

正弦波 发生器微分电路三角波形 成电路方波形成 电路缓冲 放大器缓冲 放大器图3.9 正弦波-方波-三角波函数发生器的原理框图输出三角波输出方波Date35v3.3.2 函数信号发生器的典型电路v1.三角波形成电路v电路框图如图3.10所示，由恒流源控制电 路、恒流源、积分器（包括积分电容C和 运算放大器A）和幅度控制电路构成Date36v（1）电压斜升过程v输出电压可表示为 （ 3-10）v式中 UO1——斜升输出电压的瞬时值 ；v I1—— 正恒流源的的电流值；v C—— 积分电容的电容量v（2）电压斜降过程v输出电压可表示为 （ 3-13）v式中 UO2——斜升输出电压的瞬时值 ；I2—— 负恒流源的的电流值；C—— 积分电容的电容量v Date37v当正负恒流源的恒 流值相等时，即 I1=I2时，可得到左 右对称的三角波， 三角波的幅度取决 于幅度控制的极限 电平v若 ，v可得到正、负幅度 对称的波形。

Date382.正弦波形成电路如图3.12所示典型的二极管网络变换电 路，将三角波变换成正弦波Date39v（1）在三角波的正半周，当ui的瞬时值很 小时， uo = ui v（2）当三角波的瞬时电压ui 上升到u1 ，v（3）当三角波的瞬时电压ui 上升到u2 时 ，输入电压和输出电压分别为 Date40随着输入三角波的不断增大，二极管V3a、V4a 依次导通，使得分压器的分压比逐渐减小，输出 电压衰减幅度更大，使三角波趋近于正弦波同理，当三角波自正峰值逐渐减小时，二极管 V4a、V3a、V2a、V1a依次截止，分压器的分压 比又逐渐增大，输出电压衰减幅度依次变小.同理，在三角波负半周，二极管v1b、V2b、 V3b、V4b依。