电子测量原理_王厚军_第8章信号的产生.doc

第8章 信号的产生 本章介绍： 介绍了信号源在电子测量中的作用、组成原理、种类及正弦信号源的性能指标；阐述了正弦信号发生器和脉冲发生器的原理与组成结构，多波形信号发生原理，函数发生器的基本组成结构等；详细阐述频率合成的基本概念，频率合成的基本方式，锁相环的工作原理及基本形式，介绍提高频率分辨力和频率上限的锁相合成技术以及直接数字合成的基本原理，对任意波形发生器和合成扫频信号源作了简单介绍。 信号发生器用途主要是：提供激励信号、信号仿真和用作标准信号源，可以按照频率范围、输出波形、性能指标以及用途、调制类型、频率调节方式等进行分类。信号源的主要组成部分包括：主振器、缓冲放大、调制、输出级以及电源等，正弦信号的性能指标主要包括频率特性、输出特性以及调制特性。由于正弦信号是分析线性系统频域特性的一种最基本的信号，而且也是最容易产生、描述和广泛应用的载波信号，因此正弦信号发生器具有特殊地位，它包括低频信号发生器和高频信号发生器。 脉冲信号发生器是专门用于产生脉冲波形的信号源，而函数发生器可以产生多种波形，如正弦波、三角波、方波和锯齿波等。正弦信号也可以通过频率合成的方式产生，频率合成是由一个或多个高稳定的基准频率，通过基本的代数运算得到一系列所需的频率。锁相频率合成技术是一种最常用的频率合成技术，锁相环实际上是一个负反馈相位控制系统，通过相位比较实现频率的锁定。锁相频率合成可以实现小步进，但切换时间长，而直接数字合成（DDS）可以在实现小步进的同时实现频率的快速切换，但它具有频率上限低、杂散较大等缺点。将几种频率合成技术综合应用，可以取长补短，同时实现快捷变，小步进及较高的频率上限。 8．1 信号源概述 本节要求： ① 了解信号源的作用、分类，掌握信号源的组成原理。 ② 掌握正弦信号源的主要性能指标的含义。 8．1．1 信号源的作用和组成 1．作用 信号源的用途主要有以下三方面： （1）激励源；（2）信号仿真；（3）标准信号源。 2．组成 信号源的组成结构如下图所示： 8．1．2 信号源的分类 按照输出信号的频率来分，大致可分为六类： 超低频信号发生器，频率范围为0.0001Hz～1000Hz； 低频信号发生器，频率范围为1Hz～1MHz； 视频信号发生器，频率范围为20Hz～10MHz； 高频信号发生器，频率范围为200KHz～30MHz； 甚高频信号发生器，频率在30KHz～300MHz； 超高频信号发生器，频率在300MHz以上 按输出波形可以分为： 正弦波形发生器，产生正弦波或受调制的正弦信号； 脉冲信号发生器，产生脉冲宽度不同的重复脉冲； 函数信号发生器，产生幅度与时间成一定函数关系的信号； 噪声信号发生器，产生模拟各种干扰的电压信号。 按照信号发生器的性能指标可分为：一般信号发生器和标准信号发生器。 8．1．3 正弦信号源的性能指标 1．频率特性 正弦信号源的频率特性可以用以下几项指标来表征： （1）频率范围。 （2）频率准确度。 （8-1） 其中----频率绝对偏差。 （3）频率稳定度。 短期稳定度： （8-2） 其中： ----15分钟内信号频率的最大值。 ----15分钟内信号频率的最小值。 ----预调频率（标称频率）。 长期稳定度是指信号源经过规定预热时间后，在任意3小时内信号频率发生的最大变化，同样可由式（8-2）表示。 2．输出特性 正弦信号源的输出特性指标主要有： （1）输出电平范围。 （2）输出电平的频响。 （3）输出电平准确度。 （4）输出阻抗。 （5）输出信号的非线性失真系数和频谱纯度 3．调制特性 调制特性的恒量指标主要包括调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。 思考题与习题： 1．什么叫信号源？按输出波形的不同可分为哪几类？ 2．正弦信号源的主要性能指标有那些？各有什么含义？ 8．2 正弦、脉冲及函数发生器 要求： ① 了解正弦信号发生器的组成原理 ② 了解脉冲信号发生器的原理与分类 ③ 掌握多波形信号发生原理，了解函数发生器的组成。 8．2．1 正弦信号发生器 1．低频信号发生器 低频信号发生器频率范围一般为20Hz～20KHz，故又称音频信号发生器。 图8-2 低频信号发生器组成原理 主振级一般采用RC正弦振荡器，其每一分波段的频率覆盖系数通常为10。因此要覆盖较宽的频率范围，需要多个分波段，而差频式低频信号发生器可以在不分波段的情况下得到较宽的频率覆盖范围。 高频振荡器输出频率为，固定频率振荡器输出频率为，设变化范围为～，则差频信号的频率范围为～，如果与的值都很高，则差频的频率覆盖系数/可以