3电子测量信号源解析.pptx

n n了解粗大误差的特点、判断方法和处理方法；了解粗大误差的特点、判断方法和处理方法；n n 掌握数据处理方法掌握数据处理方法 1 1、数据舍入规则；、数据舍入规则；2 2、等精度测量数据处理的步骤。、等精度测量数据处理的步骤。n n 了解信号源的功用、分类，理解信号源的基本结构。了解信号源的功用、分类，理解信号源的基本结构。n n理解信号源的各项性能指标理解信号源的各项性能指标 频率准确度频率准确度频率稳定度频率稳定度失真度失真度第3章 信号发生器 本章要点本章要点测量用测量用信号发生器信号发生器，通常称为，通常称为信号源信号源。u 信号源的功用、种类和主要性能指标信号源的功用、种类和主要性能指标 u 通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用通用低频、高频信号发生器的组成原理、特性和应用 u 合成信号源的组成原理、特性和应用合成信号源的组成原理、特性和应用u 频率合成技术的发展状况频率合成技术的发展状况 3.1 信号发生器概述信号发生器概述 3.2 正弦信号发生器的性能指标正弦信号发生器的性能指标 3.3 低频信号发生器低频信号发生器 3.4 射频信号发生器射频信号发生器 一、信号发生器的用途一、信号发生器的用途 3.1 3.1 信号发生器概述信号发生器概述1.1.作激励源作激励源 作为某些电气设备的激励信号。作为某些电气设备的激励信号。2.2.信号仿真信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同 特性的信号，测试设备的性能和参数。特性的信号，测试设备的性能和参数。3.3.校准源校准源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准（或比对）。（或比对）。图图 信号源的功用信号源的功用输输 入入激激 励励信信号号发发生生器器被被测测设设备备测测试试仪仪器器输输 出出响响 应应 除了电子技术尤其是电子测量，除了电子技术尤其是电子测量，信号发生信号发生信号发生信号发生器在其他领域也有广泛应用，器在其他领域也有广泛应用，器在其他领域也有广泛应用，器在其他领域也有广泛应用，例如机械部门的例如机械部门的超声波探伤，医疗部门的超声波诊断、频谱治超声波探伤，医疗部门的超声波诊断、频谱治疗仪等。疗仪等。二二 、信号发生器的分类、信号发生器的分类 1.1.按用途分按用途分 专用专用-电视信号发生器、电平振荡器、误码仪电视信号发生器、电平振荡器、误码仪 通用通用-产生正弦波等通用波形产生正弦波等通用波形 3.3.按性能分按性能分 普通普通-功率大，频率、电压刻度不大准确，功率大，频率、电压刻度不大准确，用于天线测试等用于天线测试等 标准标准-频率、电压刻度准确，屏蔽好，供计测用频率、电压刻度准确，屏蔽好，供计测用2.2.按波形分按波形分 正弦正弦-脉冲脉冲-函数函数-产生函数通用波形产生函数通用波形 噪声噪声-ttttt4.4.按频率产生办法分按频率产生办法分 谐振谐振-由频率选择回路控制正反馈由频率选择回路控制正反馈 产生振荡。产生振荡。合成合成-由基准频率通过加、减、乘、由基准频率通过加、减、乘、除组合一系列频率。除组合一系列频率。5.5.按频率范围分按频率范围分 无无低频低频高频高频微波微波频段频段频率范围频率范围主振电路主振电路调制方式调制方式RCRC电电路路1Hz1MHz1Hz1MHz磁磁控控管管、体体效效应管、应管、1MHz1GHz1MHz1GHz1GHz100GHz1GHz100GHzLCLC电路电路AMAM、FMFM、PMPMAMAM、FMFM表表 信号源按频率划分表信号源按频率划分表 名名 称称频频 率率 范范 围围主要应用领域主要应用领域超低频信号发生器超低频信号发生器低频信号发生器低频信号发生器视频信号发生器视频信号发生器高频信号发生器高频信号发生器甚高频信号发生器甚高频信号发生器超高频信号发生器超高频信号发生器30kHz30kHz以下以下30kHz300kHz30kHz300kHz300kHz6MHz300kHz6MHz6MHz30MHz6MHz30MHz30MHz300MHz30MHz300MHz300MHz3000M300MHz3000MHzHz电声学、声纳电声学、声纳电报通讯电报通讯无线电广播无线电广播广播、电报广播、电报电视、调频广播、导航电视、调频广播、导航雷达、导航、气象雷达、导航、气象三、信号发生器的基本构成 虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能各有不同，但其基本的构成一般都可用下图的框图描述。1 1、振荡器振荡器振荡器振荡器：振荡器是信号发生器的振荡器是信号发生器的振荡器是信号发生器的振荡器是信号发生器的核心部分，核心部分，核心部分，核心部分，由它产生由它产生由它产生由它产生不同频率、不同波形的信号。不同频率、不同波形的信号。不同频率、不同波形的信号。不同频率、不同波形的信号。产生不同频段、不同波形产生不同频段、不同波形信号的振荡器原理、结构差别很大。信号的振荡器原理、结构差别很大。2 2、变换器变换器变换器变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形器。器。器。器。振荡器输出的信号都较微弱，需在该部分加以放大。还有振荡器输出的信号都较微弱，需在该部分加以放大。还有像调幅、调频等信号，也需在这部分由调制信号对载频加以调像调幅、调频等信号，也需在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数发生器，振荡器输出的是三角波，需在这里由整制。而像函数发生器，振荡器输出的是三角波，需在这里由整形电路整形成方波或正弦波。形电路整形成方波或正弦波。4 4、指示器：指示器：指示器：指示器：指示器用来监视输出信号，可以是指示器用来监视输出信号，可以是电子电压表、功率计、频率计和调制度表等。电子电压表、功率计、频率计和调制度表等。3 3、输出级：输出级：输出级：输出级：其基本功能是调节输出信号的电平其基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。极跟随器等。n n5 5、电源：提供信号发生器各部分的工作电源、电源：提供信号发生器各部分的工作电源电压。电压。通常是将通常是将通常是将通常是将50Hz50Hz50Hz50Hz交流电整流成直流并有交流电整流成直流并有交流电整流成直流并有交流电整流成直流并有良好的稳压措施。良好的稳压措施。良好的稳压措施。良好的稳压措施。四、信号发生器的发展趋势四、信号发生器的发展趋势 信号发生器种类日益增多，性能日益提高，信号发生器种类日益增多，性能日益提高，尤其随着尤其随着尤其随着尤其随着70707070年代微处理器的出现，更促使信号年代微处理器的出现，更促使信号年代微处理器的出现，更促使信号年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着发生器向着发生器向着发生器向着自动化、智能化自动化、智能化自动化、智能化自动化、智能化方向发展。方向发展。方向发展。方向发展。当前当前信号发生器总的趋势信号发生器总的趋势信号发生器总的趋势信号发生器总的趋势:向着向着宽频率覆盖宽频率覆盖高频率精度高频率精度、多功能、多多功能、多用途、自动化和智能化用途、自动化和智能化方向发展。方向发展。3.2 3.2 正弦信号发生器正弦信号发生器的性能指标的性能指标 在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。1.1.频率范围频率范围 指信号发生器所产生信号的频率范围指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误差要求。差要求。2.2.频率准确度频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示 3.3.频率稳定度频率稳定度 频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率稳定度来保证的。稳定度来保证的。频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情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。的大小。按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和长期频率稳定度。长期频率稳定度。短期：短期：1515分钟内分钟内 长期：长期：3 3小时内小时内 4.4.失真度与频谱纯度失真度与频谱纯度 定义定义 U US SU Un nf fA Af fA At tU U5.5.输出阻抗输出阻抗 低频低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600600（或（或1k1k）功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有5050、7575、150150、600600和和5 k5 k等档等档 高频高频信号发生器一般仅有信号发生器一般仅有5050或或7575档。档。R Ri iR R0 0R Rb bR Rb bR Rb bR Rb bR RL LR R0 0R Ra aR Ra aR Ra a 信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，下标定的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不准确的。源输出电压的读数是不准确的。6.6.输出电平输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围。输出电平指的是输出信号幅度的有效范围。讨论：讨论：信号源输出信号源输出100mv100mv，示波器上显示却为，示波器上显示却为200mv200mv，为什么会这样？，为什么会这样？信号源信号源100mv100mv示波器示波器200mv200mv 信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下按正弦波有效值标定的。有效值标定的。7.7.调制特性调制特性 高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅AMAM信号和调频信号和调频FMFM信号，有些还带有调相和脉冲调制信号，有些还带有调相和脉冲调制PMPM等功能等功能 本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号本节介绍的通用信号发生器是指一些常用的传统信号发生器，以区别后面介绍的合成信号发生器。发生器，以区别后面介绍的合成信号发生器。发生器，以区别后面介绍的合成信号发生器。发生器，以区别后面介绍的合成信号发生器。专业课专业课讲讲系统、整机系统、整机的组成的框图原理、特点及实例的组成的框图原理、特点及实例基础课基础课讲讲部件、单元电路部件、单元电路如振荡器、放大器等单元如振荡器、放大器等单元 模拟电路模拟电路 课程特点课程特点 高高 放放天线天线混频器混频器中中 放放检检 波波低低 放放功放功放本本 振振例例：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展，：超外差接收机已经历电子管、晶体管、集成电路几代发展，但但框图原理框图原理未变。未变。3.3 3.3 通用低频信号发生器通用低频信号发生器 一、低频信号发生器一、低频信号发生器 1 1低频信号发生器主要性能指标低频信号发生器主要性能指标 通用低频信号发生器的主要性能指标：通用低频信号发生器的主要性能指标：频率范频率范围为围为lHzlHz1MHz1MHz连续可调；连续可调；频率稳定度频率稳定度(0.1(0.10.4)0.4)h h；频率准确度频率准确度(1(12)2)；输出电压输出电压0 0 10v10v连续可调；连续可调；输出功率约输出功率约(0.5(0.55)w5)w连续可调；连续可调；非线性失真非线性失真(0.1(0.1 1)1)；输出阻抗可为输出阻抗可为50 50 、75 75 、150 150 、600 600 及及5k 5k 。图图 a 低频信号发生器框图低频信号发生器框图1低频信号发生器组成框图 图图(a)(a)仅包括电压输出，负载能力弱。仅包括电压输出，负载能力弱。图图b 低频信号发生器框图低频信号发生器框图图图(b)(b)除包括电压输出外，另有功率输出能力。除包括电压输出外，另有功率输出能力。3.3.主振荡器主振荡器主振荡器主振荡器 低频信号发生器中产生振荡信号的方法有低频信号发生器中产生振荡信号的方法有多种，在通用低频信号发生器中多种，在通用低频信号发生器中要什么振荡器要什么振荡器？为什么？为什么？最熟悉的正弦振荡器：最熟悉的正弦振荡器：LCLCLCLC振荡器，振荡器，振荡器，振荡器，RCRCRCRC振荡器振荡器振荡器振荡器 对对L L、C C振荡电路，振荡频率：振荡电路，振荡频率：(1)(1)当频率较低时当频率较低时当频率较低时当频率较低时，L L、C C的体积都相当大，的体积都相当大，分布电容、漏电导等也都相应很大，分布电容、漏电导等也都相应很大，从而使品质因数从而使品质因数QQ值降低很多，值降低很多，谐振特性变坏，且调节困难。谐振特性变坏，且调节困难。对对R R、C C振荡电路，振荡频率：振荡电路，振荡频率：当频率较低时当频率较低时当频率较低时当频率较低时，R R的值容易做的比较大的值容易做的比较大（2 2）LCLC振荡器在同一频段内的振荡器在同一频段内的频率覆盖系数很小。频率覆盖系数很小。例如例如L L固定，调节电容固定，调节电容C C改变振荡频率，设电容调节范围为改变振荡频率，设电容调节范围为 40-450pF40-450pF，则频率覆盖系数：，则频率覆盖系数：如果用RC桥式振荡器，频率覆盖系数：所以实际上所以实际上所以实际上所以实际上基本不用基本不用基本不用基本不用LCLC电路做为低频信号发生电路做为低频信号发生电路做为低频信号发生电路做为低频信号发生器的主振荡器。器的主振荡器。器的主振荡器。器的主振荡器。低频信号发生器中的主振荡器低频信号发生器中的主振荡器低频信号发生器中的主振荡器低频信号发生器中的主振荡器大多都采用文氏大多都采用文氏大多都采用文氏大多都采用文氏桥式振荡器，桥式振荡器，桥式振荡器，桥式振荡器，其特点是频率稳定，易于调节，并且其特点是频率稳定，易于调节，并且其特点是频率稳定，易于调节，并且其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。波形失真小和易于稳幅。波形失真小和易于稳幅。波形失真小和易于稳幅。图 RC文氏桥网络 图 使用热敏电阻Rt作为增益控制器件的 文氏桥式振荡器方框图图 XD2低频信号发生器中的RC振荡器n 改变电阻改变电阻改变电阻改变电阻R R R R和电容和电容和电容和电容C C C C数值可调节振荡频率。数值可调节振荡频率。数值可调节振荡频率。数值可调节振荡频率。可以使用同轴电阻器改变可以使用同轴电阻器改变电阻电阻电阻电阻R R R R进行粗调进行粗调进行粗调进行粗调，使得，使得，使得，使得换档时频率变化换档时频率变化换档时频率变化换档时频率变化10101010倍，而用倍，而用倍，而用倍，而用改变双联同轴电容改变双联同轴电容改变双联同轴电容改变双联同轴电容C C C C的方法在一个波段内的方法在一个波段内的方法在一个波段内的方法在一个波段内进行频率细调。进行频率细调。进行频率细调。进行频率细调。n n 例如例如例如例如以以RCRC文氏桥电路构成振荡器的文氏桥电路构成振荡器的XD-1XD-1型型低频信号源，信号频率范围为低频信号源，信号频率范围为1Hz 1Hz 1MHz1MHz，分，分为为6 6个频段，每个频段内的频率覆盖系数均为个频段，每个频段内的频率覆盖系数均为1010。所以前面分析的信号发生器，也称为所以前面分析的信号发生器，也称为波段式波段式波段式波段式低频信号发生器。低频信号发生器。低频信号发生器。低频信号发生器。4 4、差频式振荡器、差频式振荡器 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：经过混频器经过混频器MM产生两者差频信号产生两者差频信号 f f f f1 1 f f2 2 ，后面的低通滤波器滤除混频器输出中含有，后面的低通滤波器滤除混频器输出中含有的高频分量。当可变频率振荡器频率从的高频分量。当可变频率振荡器频率从f f1max1max变成变成f f1min1min时，时，低通滤波器后就得到了低通滤波器后就得到了f fmaxmax f fminmin的低频信号，再经放的低频信号，再经放大器和输出衰减器后得到所需要的低频信号。大器和输出衰减器后得到所需要的低频信号。n n例：一差频信号发生器的可变频率振荡器输出频例：一差频信号发生器的可变频率振荡器输出频例：一差频信号发生器的可变频率振荡器输出频例：一差频信号发生器的可变频率振荡器输出频率为：率为：率为：率为：f f f f1 1 1 1=3.3997-5.1000MHz,=3.3997-5.1000MHz,=3.3997-5.1000MHz,=3.3997-5.1000MHz,固定频率振荡器输出频率为固定频率振荡器输出频率为固定频率振荡器输出频率为固定频率振荡器输出频率为f f f f2 2 2 2=3.4000MHz,=3.4000MHz,=3.4000MHz,=3.4000MHz,求求求求该信号发生器的输出频率范围和频率覆盖率。该信号发生器的输出频率范围和频率覆盖率。该信号发生器的输出频率范围和频率覆盖率。该信号发生器的输出频率范围和频率覆盖率。输出输出固定频率固定频率振荡器振荡器可变频率可变频率振荡器振荡器混频器混频器滤波放大滤波放大衰减器衰减器f2=3.4000MHzf1=3.39975.1000MHzf0=300Hz1.7000MHzn n解：解：n n这种方法的最大的这种方法的最大的优点是容易做到在整个低频优点是容易做到在整个低频优点是容易做到在整个低频优点是容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换波段，段内频率可连续调节而不用更换波段，段内频率可连续调节而不用更换波段，段内频率可连续调节而不用更换波段，输出电输出电输出电输出电平也较均匀，所以常用在扫频振荡器中；平也较均匀，所以常用在扫频振荡器中；平也较均匀，所以常用在扫频振荡器中；平也较均匀，所以常用在扫频振荡器中；n n主要主要缺点缺点缺点缺点是电路复杂，频率准确度、稳定度较是电路复杂，频率准确度、稳定度较差，波形失真较大；差，波形失真较大；二、函数信号发生器 函数信号发生器，函数信号发生器，函数发生器是一种能够函数发生器是一种能够函数发生器是一种能够函数发生器是一种能够产生正弦波、方波、三角波等多种波形的信号产生正弦波、方波、三角波等多种波形的信号产生正弦波、方波、三角波等多种波形的信号产生正弦波、方波、三角波等多种波形的信号发生器。发生器。发生器。发生器。函数发生器函数发生器/计数器计数器函数发生器的基本工作原理函数发生器的基本工作原理函数发生器的基本工作原理函数发生器的基本工作原理 第一种第一种第一种第一种是施密特电路产生方波，然后经变换得是施密特电路产生方波，然后经变换得是施密特电路产生方波，然后经变换得是施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波；到三角波和正弦波；到三角波和正弦波；到三角波和正弦波；第二种第二种第二种第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波；是先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种第三种第三种第三种是先产生三角波再转换为方波和正弦波。是先产生三角波再转换为方波和正弦波。图图 函数信号发生器的基本组成函数信号发生器的基本组成正弦振荡器正弦振荡器缓冲级缓冲级放大级放大级输出级输出级方波形成方波形成积分器积分器（a a）（b b）积分器积分器外触发输入外触发输入施密特施密特触发器触发器脉脉 冲冲触发器触发器正正弦弦波波转转换电路换电路放大器放大器（a a）正弦式）正弦式（b b）脉冲式）脉冲式图函数发生器原理图 n n 设开始工作时，双稳设开始工作时，双稳设开始工作时，双稳设开始工作时，双稳 输出端电压为输出端电压为输出端电压为输出端电压为-E E，经，经，经，经过电位器过电位器过电位器过电位器P P分压，设分压系数分压，设分压系数分压，设分压系数分压，设分压系数 ，积分，积分，积分，积分器输出端器输出端器输出端器输出端DD点电位随时间点电位随时间点电位随时间点电位随时间t t正比上升正比上升正比上升正比上升 方波方波三角波的变换原理三角波的变换原理n n 当经过时间当经过时间 上升到上升到UUmm时，比较器时，比较器I I输出触发输出触发脉冲使双稳态电路翻转，端输出电压为脉冲使双稳态电路翻转，端输出电压为并输入给积并输入给积分器，则积分器输出端电位为分器，则积分器输出端电位为 ：n n两两两两 个问题：个问题：个问题：个问题：1 1、频率如何调节？、频率如何调节？、频率如何调节？、频率如何调节？2 2、如何生成锯齿波？、如何生成锯齿波？、如何生成锯齿波？、如何生成锯齿波？频率调节 三角波三角波三角波三角波正弦波变换原理正弦波变换原理正弦波变换原理正弦波变换原理 （1 1）基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：正弦波可看成是由许多斜率不同正弦波可看成是由许多斜率不同正弦波可看成是由许多斜率不同正弦波可看成是由许多斜率不同的直线段组成，的直线段组成，的直线段组成，的直线段组成，只要直线段足够多，由折线构成只要直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好地近似正弦波形。的波形就可以相当好地近似正弦波形。图图 由三角波整形成正弦波由三角波整形成正弦波n n(2)(2)实现方法：实现方法：实现方法：实现方法：斜率不同的直线段可由三角波经电斜率不同的直线段可由三角波经电阻分压得到阻分压得到(各段相应的分压系数不同各段相应的分压系数不同)。因此，只因此，只要将三角波通过分压网络，要将三角波通过分压网络，根据幅值的大小改变根据幅值的大小改变根据幅值的大小改变根据幅值的大小改变分压网络的分压系数，分压网络的分压系数，分压网络的分压系数，分压网络的分压系数，便可以得到近似的正弦波便可以得到近似的正弦波输出。输出。图图 由三角波整形成正弦波由三角波整形成正弦波理解信号源的基本结构理解信号源的基本结构理解信号源的各项性能指标理解信号源的各项性能指标理解通用低频信号源的基本结构、基本工作原理和优缺点理解通用低频信号源的基本结构、基本工作原理和优缺点 1 1、差频式低频信号源、差频式低频信号源 2 2、波段式低频信号源、波段式低频信号源 3 3、函数信号发生器、函数信号发生器频率范围频率范围频率稳定度频率稳定度频率失真度频率失真度调制级调制级 变换器变换器主振器主振器 输出级输出级显示器显示器电源电源n n 射频信号发生器是指能产生射频信号发生器是指能产生正弦信号正弦信号正弦信号正弦信号，频率，频率范围部分或全部复盖范围部分或全部复盖300kHz300kHz1GHz1GHz左右左右，并且，并且具有具有一种或一种以上调制或组合调制一种或一种以上调制或组合调制(正弦调幅、正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制正弦调频、断续脉冲调制)的信号发生器，也称为的信号发生器，也称为高频信号发生器。高频信号发生器。3.4 射频信号发生器射频信号发生器一、高频信号发生器的特点：一、高频信号发生器的特点：一、高频信号发生器的特点：一、高频信号发生器的特点：1 1 1 1、输出、输出、输出、输出幅度调节范围幅度调节范围幅度调节范围幅度调节范围较大。较大。较大。较大。2 2、要求高频信号发生器要求高频信号发生器要求高频信号发生器要求高频信号发生器能有可调节的微弱信号的能有可调节的微弱信号的能有可调节的微弱信号的能有可调节的微弱信号的输出输出输出输出(可小于可小于可小于可小于1uV)1uV)1uV)1uV)。3 3 3 3、出于对各类接收设备性能测试的需要，出于对各类接收设备性能测试的需要，出于对各类接收设备性能测试的需要，出于对各类接收设备性能测试的需要，高频信高频信高频信高频信号发生器应有调制功能，号发生器应有调制功能，号发生器应有调制功能，号发生器应有调制功能，以输出所需的已调高频以输出所需的已调高频以输出所需的已调高频以输出所需的已调高频信号。信号。信号。信号。n nXFC-6XFC-6标准信号发生器，其主要技术性能为：标准信号发生器，其主要技术性能为：n n频率范围频率范围4 4300MHz300MHz，分八档；，分八档；输出电压在输出电压在端接端接7575负载上为负载上为0.05 V-50mV0.05 V-50mV连续可调；连续可调；具有内调幅、外调幅、内调频、外调频及外部具有内调幅、外调幅、内调频、外调频及外部视频信号调幅等功能。视频信号调幅等功能。n n该信号发生器主要用来该信号发生器主要用来该信号发生器主要用来该信号发生器主要用来测试调整及维修相应频测试调整及维修相应频测试调整及维修相应频测试调整及维修相应频率范围内的各种无线电接收设备。率范围内的各种无线电接收设备。率范围内的各种无线电接收设备。率范围内的各种无线电接收设备。二、基本组成框图二、基本组成框图二、基本组成框图二、基本组成框图图高频信号发生器原理框图图高频信号发生器原理框图主振级主振级缓冲级缓冲级调制级调制级输出级输出级监测器监测器输输出出电电 源源内调制内调制振荡器振荡器可可 变变电抗器电抗器外调制输入外调制输入AMAMFMFM内内外外（1 1）主振级：产生频率可调的高频正弦信号，一般）主振级：产生频率可调的高频正弦信号，一般采用采用采用采用LCLCLCLC振振振振荡电路荡电路荡电路荡电路，信号发生器的频率特性主要有主振级决定。，信号发生器的频率特性主要有主振级决定。（2 2）缓冲级缓冲级：放大放大放大放大主振级输出的高频信号；主振级输出的高频信号；隔离隔离隔离隔离主主振级与后续电路，提高振荡频率的稳定性振级与后续电路，提高振荡频率的稳定性，并兼，并兼有电压放大的作用，减轻后级功放的负担。有电压放大的作用，减轻后级功放的负担。（3 3）调制级调制级：对主振信号调幅，：对主振信号调幅，输出调幅信号输出调幅信号输出调幅信号输出调幅信号，满，满足某些测量需要。足某些测量需要。（4 4）内调制信号发生器：内调制信号发生器：输出内调制信号，频率为输出内调制信号，频率为400HZ400HZ或或1000HZ1000HZ。（5）输出级）输出级 输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出级可进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压达到输出电压达到输出电压达到输出电压达到VVVV数量级。数量级。数量级。数量级。输出电平的调节范围宽，衰减输出电平的调节范围宽，衰减输出电平的调节范围宽，衰减输出电平的调节范围宽，衰减量应能准确读数，有良好的频率特性，在输出端有准确且量应能准确读数，有良好的频率特性，在输出端有准确且量应能准确读数，有良好的频率特性，在输出端有准确且量应能准确读数，有良好的频率特性，在输出端有准确且固定的输出阻抗。固定的输出阻抗。固定的输出阻抗。固定的输出阻抗。图 电感反馈式振荡器 图 电容反馈式振荡器图 XFC6标准信号发生器组成框图1 1、频率合成的基本概念、频率合成的基本概念、频率合成的基本概念、频率合成的基本概念（1 1）为什么要频率合成）为什么要频率合成）为什么要频率合成）为什么要频率合成 设计设计设计设计既有高频率稳定度、准确度，又有频既有高频率稳定度、准确度，又有频既有高频率稳定度、准确度，又有频既有高频率稳定度、准确度，又有频率可调范围宽和频率分辨率高率可调范围宽和频率分辨率高率可调范围宽和频率分辨率高率可调范围宽和频率分辨率高的信号发生器。的信号发生器。的信号发生器。的信号发生器。二、射频合成信号发生器二、射频合成信号发生器信号源信号源 主振级主振级 频率准确度频率准确度 频率稳定度频率稳定度 通用信号源通用信号源 RCRC、LCLC振荡器振荡器 1010-2-2量级量级 1010-3-31010-4-4 合成信号源合成信号源 晶体振荡器晶体振荡器 1010-8-8量级量级 1010-7-7量级量级 （2 2 2 2）频率合成的基本原理）频率合成的基本原理）频率合成的基本原理）频率合成的基本原理 频率合成器是把一个频率合成器是把一个频率合成器是把一个频率合成器是把一个(或少数几个或少数几个或少数几个或少数几个)高稳定度高稳定度高稳定度高稳定度频率源频率源频率源频率源f f f fs s s s经过加、减、乘、除及其组合运算，以产经过加、减、乘、除及其组合运算，以产经过加、减、乘、除及其组合运算，以产经过加、减、乘、除及其组合运算，以产生在一定频率范围内，按一定的频率间隔生在一定频率范围内，按一定的频率间隔生在一定频率范围内，按一定的频率间隔生在一定频率范围内，按一定的频率间隔(或称频或称频或称频或称频率跳步率跳步率跳步率跳步)的一系列离散频率的信号发生器。的一系列离散频率的信号发生器。的一系列离散频率的信号发生器。的一系列离散频率的信号发生器。频率频率1 1输出输出石英晶体石英晶体代数运算（加、减、代数运算（加、减、乘、除）乘、除）频率合成原理频率合成原理频率频率n n输出输出基准频率基准频率（3 3 3 3）频率合成方法）频率合成方法）频率合成方法）频率合成方法 直接法：直接法：直接法：直接法：1 1 1 1、直接模拟频率合成法；、直接模拟频率合成法；、直接模拟频率合成法；、直接模拟频率合成法；2 2 2 2、直接数字频率合成法（、直接数字频率合成法（、直接数字频率合成法（、直接数字频率合成法（DDSDDSDDSDDS）间接法间接法间接法间接法：3 3 3 3、间接锁相环合成法。、间接锁相环合成法。、间接锁相环合成法。、间接锁相环合成法。2 2 2 2、直接模拟频率合成法、直接模拟频率合成法、直接模拟频率合成法、直接模拟频率合成法 直接模拟频率合成法是直接模拟频率合成法是直接模拟频率合成法是直接模拟频率合成法是将将将将基准晶体振荡器基准晶体振荡器基准晶体振荡器基准晶体振荡器产生的标准频率信号，产生的标准频率信号，产生的标准频率信号，产生的标准频率信号，利用倍频器、分频器、利用倍频器、分频器、利用倍频器、分频器、利用倍频器、分频器、混频器及滤波器混频器及滤波器混频器及滤波器混频器及滤波器等进行等进行等进行等进行一系列四则运算一系列四则运算一系列四则运算一系列四则运算以获得以获得以获得以获得所需要的频率输出。所需要的频率输出。所需要的频率输出。所需要的频率输出。n n（1 1）固定频率合成）固定频率合成）固定频率合成）固定频率合成n nf f0 0=（N/DN/D）*fr frn n例：例：例：例：2MHz*3/7=0.86MHz2MHz*3/7=0.86MHz（2 2）可变频率合成）可变频率合成 图中晶振产生图中晶振产生1MHz1MHz基准信号，并由谐波基准信号，并由谐波发生器产生相关的发生器产生相关的1MHz 1MHz、2MHz 2MHz、9MHz9MHz等基准频率，然后通过十进制分频器等基准频率，然后通过十进制分频器(完完成成1010运算运算)、混频器和滤波器、混频器和滤波器(完成加法或减完成加法或减法运算法运算)，最后产生，最后产生4 4628MHz628MHz输出信号。输出信号。图 直接式频率合成器原理框图返回n n 只要只要选取不同次谐波进行合适的组选取不同次谐波进行合适的组合，合，就能得到所需频率的高稳定度信号，就能得到所需频率的高稳定度信号，频率间隔可以做到频率间隔可以做到0.1Hz以下。以下。目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动测试等领域。测试等领域。测试等领域。测试等领域。（3 3）直接模拟合成技术直接模拟合成技术特点：特点：1)1)频率稳定度、分辨力高频率稳定度、分辨力高 2)2)频率切换快频率切换快 -用于跳频通信对抗用于跳频通信对抗 （因频率点不太多因频率点不太多）3)3)电路庞大、复杂电路庞大、复杂 -现不用它做信号源现不用它做信号源 （因信号源频率范围宽因信号源频率范围宽）频率合成3 3 3 3 锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成锁相式频率合成 一种间接式的频率合成技术一种间接式的频率合成技术一种间接式的频率合成技术一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（它利用锁相环（它利用锁相环（它利用锁相环（PLLPLLPLLPLL）把压控振荡器（）把压控振荡器（）把压控振荡器（）把压控振荡器（VCOVCOVCOVCO）的输出频率的输出频率的输出频率的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形锁定在基准频率上，这样通过不同形锁定在基准频率上，这样通过不同形锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。不同的频率。不同的频率。不同的频率。1.1.锁相环基本工作原理及性能锁相环基本工作原理及性能 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。锁相环是一个相位环负反馈控制系统。锁相环是一个相位环负反馈控制系统。锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该该环路由鉴相器（环路由鉴相器（PDPD）、环路滤波器（）、环路滤波器（PLFPLF）、）、电压控制振荡器（电压控制振荡器（VCOVCO）及基准晶体振荡器等）及基准晶体振荡器等部分组成部分组成。电压控制振荡器电压控制振荡器电压控制振荡器电压控制振荡器(简称简称简称简称VCOVCOVCOVCO），），），），其振荡频率可其振荡频率可其振荡频率可其振荡频率可由偏置电压改变。由偏置电压改变。由偏置电压改变。由偏置电压改变。比如改变变容二极管两端直比如改变变容二极管两端直比如改变变容二极管两端直比如改变变容二极管两端直流电压，就可改变其等效电容，从而改变由它流电压，就可改变其等效电容，从而改变由它流电压，就可改变其等效电容，从而改变由它流电压，就可改变其等效电容，从而改变由它构成的振荡器的频率。构成的振荡器的频率。构成的振荡器的频率。构成的振荡器的频率。鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器(简称简称简称简称PDPDPDPD），其输出端直流电压随其两），其输出端直流电压随其两），其输出端直流电压随其两），其输出端直流电压随其两个输入信号的相位差改变。个输入信号的相位差改变。个输入信号的相位差改变。个输入信号的相位差改变。低通滤波器低通滤波器低通滤波器低通滤波器(简称简称简称简称PLFPLFPLFPLF），在这里的），在这里的），在这里的），在这里的 作用是滤作用是滤作用是滤作用是滤除高频成分，留下随相位差变除高频成分，留下随相位差变除高频成分，留下随相位差变除高频成分，留下随相位差变 化的直流电压。化的直流电压。化的直流电压。化的直流电压。f f i i LPFLPFVCOVCOPDPDf f o o u ud do oo of f o o u ud df f (a a)(b b)(c c)开始：开始：f f0 0ffi iPD PD LPF VCOLPF VCO最后：最后：f f0 0=f=fi i(a a)锁相环锁相环(b b)PD)PD的鉴相特性的鉴相特性(c c)VCO)VCO的压控特性的压控特性n n如果当压控振荡器输出信号频率如果当压控振荡器输出信号频率如果当压控振荡器输出信号频率如果当压控振荡器输出信号频率f f f f2 2 2