测量用信号源

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1、第六章测量用信号源第一节引言测量用信号源指测量用信号发生器．在电子电路测量中，需要各种信号源．大致可分为三大类：即正弦信号发生器、函数波形）信号发生器和数字信号发生器．正弦信号源在线性系统测试中具有特殊意义，这是因为正弦测试信号具有它独特的特点：它的波形不受线性电路或系统的影响．众所周知．在正弦信号的激励下，线性电路内的所有电压和电流都是具有同一频率的正弦波，只是彼此之间的幅值和相位可能有所差别．此外，若已知线性系统对一切频率（或一组靠得很近的频率）的外加正弦信号的幅值和相位的响应，那么就能够完全确定该系统在

2、其线性工作范围内对于任意输入信号的响应．也就是说，正弦波测试是线性系统频域分析的重要实验方法。正因为正弦测试信号的上述特点，正强信号源在线性系统测试中应用十分广泛，例如，电子放大器增益的测量、相位差的测量、非线性失真的测鳗、以及系统频域特性的测量等等．无不需要正蓝信号源．具有频率稳定度很高的正弦信号源还可以作为标准频率源，它可以作为勺其它各种频率测量进行比对的标准频率．本章专门讨论正弦信号源．我们将对一般正弦信号发生器作扼要介绍，而重点放在锁相和频率合成技术在正弦信号源中的应用．第二节正弦信号发生器的分类.组

3、成和工作特性一、分类与组成正弦信号发生器的分类与其组成密切相关．传统的分类是：无线电测量用正弦信号发生器一般按频段分，见表6－l。这一类信号发生器一般都是波段式的．有线载波通信系统用正弦信号发生器．其输出频率范围是根据载波复用设备的话路所占用的频带宽度来划分的，见表6－2．这一类信号发生器都是差频式的，通常称“电平振荡器”，例如，18。6MHZ电平振荡器，其输出频率为10kH～18。6MHZ．它是1800成3600路载波系统的测试用信号源．（－）波段式信号发生器组成波段式信号发生器的组成方框图如图6-l所示．

4、输出频率由主振级确定，低于视频频段的主振器一般采用RC振荡器，而高频段的主振器都采用LC振荡器，由于这两类振荡器的频率覆盖都不大，故都做成波段式的．高频信号发生器除输出等幅波外，还可输出调幅波（AM），而甚高频信号发生器还可输出调频波FM）．由主振级输出的正弦信号经缓冲级（调制级）输出级，并通过输出电路而输出．输出电路用来进行输出电压（电平）的选择和输出阻抗变换之用（详后）（二）差频式信号发生器组成差频式信号发生的组成方框图示于图6－2，主要包括：固定频率振荡器（f2）、可变频率振荡器(f1),混频器以及低通

5、滤波器。设f1能从fmin连续调到fmax,则混频器输出的差额信号频率的变化范围从Fmin=

6、fmin-f2

7、变到Fmax=fmax-f2（其中fmax＞f2＞fmin）．例如，f2＝3．4MHZ，而f1可从3．3997MHZ变到5．I1HZ．则可得输出频率为300HZ—1.7MHz．可见，差频式的最大特点是输出频率覆盖范围宽．这样，输出频率的调谐就无需划分成多个频段，就有可能完成整个频率范围的覆盖．从上例来看，输出频率覆盖系数为：K=Fmax/Fmin=6×103而要求可变频率振荡器的频率覆盖为：K’=fm

8、ax/fmin=1.5显而易见．利用对变电容器调谐的LC振荡器都能够做到这个覆盖．二、工作特性对一个正弦信号源的基本要求对概括为：能够迅速而准确地把信号源的输出信号调到所需的频率上．并提供所需的信号电平（幅度），因此．评价一个正弦信号源可归结为频率和电平两个主要参数．（一）关于频率——频率特性正弦信号源的一个重要工作特性就是频率特性，可用下列几项来表征频率特性：1、频率范围正弦信号源的频率范围是指各项指标都能得到保证时的输出频率范围，更确切地说，应称“有效频率范围”．2．频率准确度频率准确度的定义已在第五章中

9、给出，即可用频率的绝对偏离（绝对误差）Δf=f-fo，或用相对偏离（相对误差）Δf/f来表示，即α=Δf/fo(6-1)式中f。一标称频率．3．频率稳定度一个正弦信号源的频率准确度是由主振级振荡器的频率稳定度来保证的，所以频率稳定度是一个信号源的重要工作特性（指标）,一般，振荡器的频率稳定度（实际上是频率不稳定度）应比所要求的准确度高1一2个数量级．一个频率连续可调的正弦信号源，其输出频率准确度还将受到频率读出装置所产生的刻度误差的限制，其中齿轮传动装置的位差是引起刻度误差的主要原因．经过了一个很长的发展阶段

10、，频率连续可调的正弦信号源的频率准确度，从三十年代只能达到10-2量级开始，直至现在已可达到优于10-5一10-6量级，甚至更高的水平．但是，采用普通谐振法（例如LC振荡器）若要获得这样高的准确度，无论是在电路上或是在工艺上都是困难的．所以，一般由频率可变的LC或RC振荡器作为主振级的信号源，由于其频率稳定度只能做到10-4量级左右，故输出频率准确度的提高将受到限制．利用频率合成技术，即由一个基准频