信号的产生-成都中凯电子仪器有限公司微波测量元器件参数测量安规.PDF

信号的产生信号的产生 信号的产生信号的产生 一、一、概述概述 一一、、概述概述 何谓信号以及如何对其进行表征呢？最简单而有用的定义如下：信号是随时间变化的电压 （或电流）。为 了表征信号，直观而又精确的概念就是定义信号的波形。通过想象一支记录笔以与信号电压成比例的方式 上下移动，在与笔移动相垂直的方向平稳拉动的纸带上绘出曲线，就不难直观的得到波形的图像。下图示 出一种典型的周期波形及其大小。 信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。信号源用来满足在工程和科学工作中用特性为 已知的信号激励电路或系统的经常性需要。 二、二、信号波形的种类信号波形的种类 二二、、信号波形的种类信号波形的种类 大多数信号都可分为两大类，即周期信号和非周期信号。周期信号具有重复的波形：记录笔在画出信号波 形的一个周期之后，仍处在与起始相同的垂直位置，然后再精确重复相同的画线，正弦波是人们最熟知的 周期信号。相反，非周期信号的波形不重复，人们最熟知的非周期信号是随机信号。信号源既可以产生周 期信号，也可以产生非周期信号，甚至有时产生两种信号。 1. 基本周期信号波形正弦波 正弦曲线是电学中最常用的信号。为了确定对正弦波进行表征的一些特性，可以考察它的最简单 的数学表示形式： S（t）=Asin（2πft） 式中 s 代表信号，为时间的函数； T 为时间，单位为秒； A 为信号的峰值幅度，单位为伏特 （V）或安培（A）； F 为信号频率，单位为赫兹 （Hz）。 根据这个表达式，可以定义出正弦波的一些重要特性 （或参数）。 相位相位：即正弦函数的幅角： 2πft。它随时间线性增大，这一关系不像普通信号那样可以直接观察。 相位相位：： 出于数学原因，相位用弧度 （2π=360°）加以测量。然而，两个正弦波可以通过记下它们的相位 差来进行比较。相位差表现为波形之间的时移。（如下图示） 波形 u（t）比波形 s（t）滞后 90° （π/2 弧度），此外还具有不同的幅度。 周期周期：重复波形之间的时间： τ或一次波形循环的时间。由于正弦波每 360°便重复，故周期正好 周期周期：： 是相位增大 2π 弧度所需的时间：2πfτ=2π，因此周期 τ=1/f。 频率频率：每秒的循环周数或： τ 的倒数，即频率 f=1/τ。术语 “赫兹”（Hz）表示周期/秒。 频率频率：： 幅度幅度：描写正弦波瞬时最大偏离零的系数： A，因为正弦函数的幅值是±1。 幅度幅度：： 将正弦波作为基础波形加以研究的主要原因是，其它波形 （周期或非周期波形）都可以由具有不 同频率、幅度、相位的正弦波组合而成。 当波形是周期波形时，存在以下重要关系：波形由频率为基频整数倍 （所谓谐波）的正弦波分量 组成，基频是信号周期的倒数。例如，周期为 0.001s 的对称方波由频率为 1000Hz（基频）、3000Hz、 5000Hz 等的正弦波组成，所有谐波均为 1000Hz 基频的奇数倍。只要方波是对称的，这一关系便 存在，否则组合中还会出现偶数倍谐波。 作为更为直观的方式，可以用图形说明复合周期信号是如何由谐波相关的各种正弦波组成。下图 示出当越来越多的对称方波的正弦波分量被组合时所得到的波形。其中 （a）只存在基波和3 次谐 波，非正弦波已经粗略的显现出近似的对称方波；图（b）中增加了 5 次谐波和 7 次谐波，而图 （c） 中则存在直到 13 次的所有奇次谐波，合成波形显然更接近方波形状。 2. 复合周期信号波形 除正弦