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第2章测量用信号源•2.1概述•2.2低频信号发生器•2.3高频信号发生器•2.4函数信号发生器•2.5合成信号发生器•2.6脉冲信号发生器•2.7电视信号发生器第2章测量用信号源教学目的和要求信号源是最基本、应用最广泛的电子测量仪器之一。本章重点要求掌握低频信号发生器、高频信号发生器、函数信号发生器的基本组成原理和正确使用方法。关键词汇信号发生器(signalgenerator)、频率响应(frequencyresponse)、振荡器(oscillator)、压控振荡器(voltagecontrolledoscillator)、扫描(sweep)、滤波(filter)、占空比(dutycycle)、脉冲(pulse)、重复时间(repetitiontime)第2章测量用信号源2.1概述信号源是指测量用信号发生器。它是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号设备，是电子测量中最基本、最广泛的电子测量仪器之一。在电子测量技术领域内，几乎所有的电参数的测量都要使用信号发生器。在实验、检查、测量各种电子线路状态时，要用信号源来产生各种频率和波形的信号，利用它们来绘制各种设备的特性，如幅-频特性，噪声系数等；用比较法测量信号的频率，脉冲的重复频率等；测量仪器的定度，如电压表定度；模拟实际工作时信号通过被测设备；在给定的驻波系数和负载阻抗的情况下，试验被测电路等。第2章测量用信号源2.1概述1、发生器的分类（1）按输出波形分类①正弦信号发生器正弦波或受调制的正弦波。②脉冲信号发生器脉宽可调的重复脉冲波。③函数信号发生器正弦波、三角波、方波等信号。④噪声信号发生器各种模拟干扰的电信号。（2）按输出频率范围分类①超低频信号发生器范围为0.001Hz～1kHz。②低频信号发生器范围为1Hz～1MHz。③视频信号发生器范围为20Hz～10MHz。④高频信号发生器范围为200kHz～30MHz。⑤甚高频信号发生器范围为30～300MHz。⑥超高频信号发生器范围为300MHz以上。第2章测量用信号源2.1概述2、未来的发展趋势1.宽频率覆盖1.高精度1.多功能1.自动化1.智能化第2章测量用信号源2.2低频信号发生器在低频测量时，总是要用到低频信号发生器来作信号源。它们可以工作于固定频率上，也可以工作在一个连续可调变的频段上。当作固定频率的低频信号发生器时，通常不单独使用，而是在电子设备中作为一个组成单元。例如，在标准信号发生器中作为内调制振荡器。当作为可调变频率的低频信号发生器时，它是独立的电子测量仪器，其频率范围一般为1Hz～1MHz。低频信号发生器既可用来产生正弦波，也可以产生脉冲波和三角波。低频信号发生器可用于测量收音机、组合音响、电子仪器、无线电接收机等电子设备的低频放大器的频率特性。图2-1低频信号发生器框图缓冲放大电平调节功率放大衰减器阻抗变换电压指示表电压输出功率输出主振荡第2章测量用信号源2.2低频信号发生器一、基本组成部分低频信号发生器的基本组成框图如图2-1所示第2章测量用信号源2.2低频信号发生器1、主振荡主振荡用来产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。常见的电路形式有差频式和RC振荡两类。●差频式振荡器●RC振荡器第2章测量用信号源2.2低频信号发生器1、差频式振荡器两个高频振荡器分别产生一个频率固定的振荡信号ƒ1和一个频率可变的振荡信号ƒ2，同时进入混频器，产生低频差频信号，再经过低通滤波器去掉高频部分，最后通过低频放大器放大，即可。这种方法产生的的低频正弦信号，其频率覆盖面比较宽。缺点是频率稳定性差，特别是ƒ1与ƒ2接近时，极易产生干扰，这样也就很难获得较低的差频输出。图2-2差频式信号发生器原理框图混频器固定频率振荡器可变频率振荡器低通滤波器放大器1f2f第2章测量用信号源2.2低频信号发生器2、RC振荡器为了克服差频式振荡器的缺点，现代低频信号发生器普遍采用RC振荡器。RC振荡器又可以分为RC移相振荡器、RC双T振荡器、RC文氏电桥振荡器三种。由于频率特性不理想或调节不方便等原因，前两种振荡器一般不采用，而用得较多的是RC文氏电桥振荡器。它具有输出波形好、振幅稳定、频率范围宽以及频率调节方便等优点。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器图2-3XD-22A型振荡器原理图图2-4串-并联正反馈选频网络A+_RtR1R2C1C2R11VoR1C1R2C2VoVi第2章测量用信号源2.2低频信号发生器图2-3是XD-22A型的振荡器的原理图。RC文氏电桥振荡器实际上是一种电压反馈式振荡器，它由两级负反馈放大器A及一个具有选频作用的正反馈支路组成。其中R1、R2、C1、C2等组成具有选频作用的正反馈支路（见图2-4），只能使0112212fRCRC的信号满足电路起振条件，确保频率稳定。由热敏电阻Rt组成的负反馈支路主要起稳幅作用。整个电路频率的调节是通过改变桥路电阻值和电容值来实现的，用波段开关改变R1、R2进行频率粗调，用同轴双联可变电容改变C1、C2进行频率细调。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器2、缓冲放大器缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲的目的是为了隔离后级电路对主振荡电路的影响，保证主振频率稳定，一般采用射（源）极跟随器或运放组成的电压跟随器，放大的目的是为了使主振荡的输出电压达到预定技术指标，要求频带宽、谐波失真小、工作稳定等。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器3、电平调节器R1R2R3R4R5R6R7R812345678SUiUORP+-C图2-5衰减器原理图相当于衰减器，用于改变信号发生器的输出电压或功率，通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由电阻分压器实现。图2-5所示电路是XD-22A型低频信号发生器中使用的输出衰减器。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器由电位器RP取出一部分信号电压加于R1～R8组成的步进衰减器，调节电位器在不同位置，或调节波段开关S处于不同档位，均可使衰减器输出不同的电压。信号发生器步进衰减量的表示通常有两种：一种是直接用步进衰减器的输出电压Uo与输入电压Ui的比值来表示，即Uo/Ui。例，当Uo/Ui=0.1时，表示为×0.1。另一种是将上述比值取对数在乘以20，即20lg(Uo/Ui),其单位为dB（分贝）。由于比值总是小于1，其对数必定为负值。在不造成混淆的情况下，可将负号省掉。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器4、功率放大器功率放大器对衰减器送来的电信号进行功率放大，使其能够达到额定的输出功率。要求功率放大器的工作效率高，谐波失真小。5、阻抗变换器阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便获得最大输出功率。6、电压指示表电压指示表用于指示电压放大器的输出电压幅度。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器二、XD-22A型低频信号发生器是一种多功能、宽频带的通用测量仪器，它可以产生正弦波信号、脉冲信号和逻辑信号。1、主要技术性能（1）频率范围1Hz～1MHz，分成六个波段Ⅰ波段：1～10HzⅡ波段：10～100HzⅢ波段：100Hz～1kHzⅣ波段：1～10kHzⅤ波段：10～100kHzⅥ波段：100kHz～1MHz（2）频率误差Ⅰ～Ⅴ波段(1.5%输出频率+1Hz),Ⅵ波段小于2%输出频率。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器（3）正弦波信号幅度：＞6V，频率响应：＜1dB。含义是说，信号频率在1Hz～1MHz范围内变化时，信号发生器对不同频率的信号增益的偏差要小于1dB。电压表误差：＜5%满刻度值输出阻抗：600Ω10Ω（4）脉冲信号（10Hz～200kHz）幅度：UP-P=0～10V连续可调。上升、下降时间：＜0.3µs。上冲、下冲时间：＜7%。宽度：可调。（5）逻辑信号波形：方波（正极性）。幅度：高电平为4.5V±0.5V，低电平＜0.3V。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器2、使用方法ⅠⅡⅣⅢⅤⅥ1101001K10K100K1M0123456789012345678901234567891550515+-305070波段开频率占空比SXD-22A型低频信号发生器HzKHz0102030405060708090..........输出衰减dB输出细调V图2-6XD-22A型低频信号发生器面板图第2章测量用信号源2.2低频信号发生器（1）注意事项①开机前把输入微调旋钮置于最小值处，防止开机时引起振幅度超过正常值而打坏表针；②开机后，让仪器预热片刻，使表头指示稳定才开始使用；③输出波形由转换开关S控制，按下为脉冲波，弹出为正弦波；④脉冲占空比是指脉冲电压宽度与脉冲周期之比，其值小于1；⑤信号输出电缆的长度以1±10%米为宜，太长或太短都会引起高频段（ƒ＞500kHz）电压误差。第2章测量用信号源2.2低频信号发生器（2）频率调节由波段选择旋钮和三个频率调节旋钮配合使用，进行调节；三个数码管对应显示三个频率旋钮的调节值；Hz、kHz指示灯指示所显示频率的单位。（3）幅值调节由输出细调旋钮和衰减旋钮配合使用，进行调节；面板左上方的表头将显示出电压读数；输出值等于电压读数乘以衰减。表2.1输出衰减dB与电压衰减倍数的关系表输出衰减dB102030405060708090电压衰减倍数3.161031.6100316100031601000031600第2章测量用信号源2.3高频信号发生器高频信号发生器是一种向电子设备提供等幅正弦波和调制波的高频信号源。其工作频率一般为100kHz～35MHz，主要用于各种接收机的灵敏度，选择性等参数的测量。高频信号发生器按照用途的不同可以分为标准信号发生器和信号发生器两种。高频信号发生器按照调制方式的不同又可以分为调幅和调频两类。第2章测量用信号源2.3高频信号发生器一、基本组成和工作原理主要包括主振级、调制级、内调制振荡器、输出级、监测器和电源组成。主振级产生的高频正弦信号，送入调制级用内调制振荡器或外调制输入的音频信号调制，再送到输出级，以保证有一定的输出电平调节范围和恒定的源阻抗。监视器用来测量输出信号的载波的电平和调幅系数。图2-7高频信号发生器的基本框图主振级调制级输出级内调制振荡器监视器电源输出外调制输入外内S第2章测量用信号源2.3高频信号发生器1、主振级主振级就是载波发生器，也叫高频振荡器，其作用是产生高频等幅信号。振荡电路通常采用LC振荡器。可以分为变压器反馈式、电感反馈式（又称为电感三点式）及电容反馈式（又称为电容三点式）三种。而高频信号发生器的主振级一般采用电感反馈和变压器反馈振荡电路，如图2-8、图2-9所示。通常通过切换振荡回路中不同的电感L来改变频段，通过改变振荡回路中的电容C来改变振荡频率的调节。第2章测量用信号源2.3高频信号发生器C1LLC1L2L1212()dfLLC振荡频率12dfLC振荡频率图2-8变压器反馈式振荡器图2-9电感反馈式振荡器第2章测量用信号源2.3高频信号发生器2、调制级高频信号发生器中的调制，多采用正弦波幅度调制、脉冲调制、视频幅度调制和正弦波频率调制等。调幅主要用于高频段，调频主要用于甚高频和超高频段，脉冲调制多用于微波信号发生器，视频调制主要用于电视使用的频段。3、输出级主要由放大器、滤波器、连续可调衰减器、步级衰减器等组成。对输出级的要求是：输出电平调节范围宽，能准确读出衰减量，良好的频率特性，输出端有固定而准确的内阻。4、调制信号发生器分为内调制信号和外调制信号两种。第2章测量用信号源2.3高频信号发生器二、YB1051高频信号发生器1、主要性能指标（1）频率范围0.1～40MHz，数字显示，误差0.1%（2）输出阻抗50Ω（3）输出幅度最大1V有效值，稳幅，数字显示，连续可调（4）调制方式内调制信号1kHz调幅：深度0～50%，连续可调调频：频偏100kHz，连续可调（5）低频输出1kHz失真度：小于1%输出幅度：最大2.5V有效值，连续可调衰减：10～40dB第2章测量用信号源2.3高频信号发生器2、面板说明YB1051高频信号发生器频率幅度KHzMHzV电源频率400Hz衰