電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)第三章II課件

電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

第三章1上節(jié)回顧信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器的用途、分類、基本構(gòu)成和發(fā)展趨勢(shì)。正弦信號(hào)發(fā)生器的基本性能指標(biāo)頻率范圍，頻率準(zhǔn)確度，頻率穩(wěn)定度，由溫度、電源、負(fù)載變化而引起的頻率變動(dòng)量，失真度，輸出阻抗，輸出電平，調(diào)制特性。低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器：主要性能指標(biāo)，組成框圖，通用RC振蕩器，其它低頻振蕩器(LC振蕩器、差頻式振蕩器)；2第3章信號(hào)發(fā)生器33.5射頻信號(hào)發(fā)生器

射頻信號(hào)發(fā)生器是指能產(chǎn)生正弦信號(hào)，頻率范圍部分或全部復(fù)蓋300kHz～1GHz(允許向外延伸)，并且具有一種或一種以上調(diào)制或組合調(diào)制(正弦調(diào)幅、正弦調(diào)頻、斷續(xù)脈沖調(diào)制)的信號(hào)發(fā)生器，也稱為高頻信號(hào)發(fā)生器。射頻信號(hào)發(fā)生器分為調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā)生器、合成信號(hào)發(fā)生器三類。圖3.4－1高頻信號(hào)發(fā)生器框圖

和低頻信號(hào)發(fā)生器相比，高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度調(diào)節(jié)范圍較大。為了適應(yīng)對(duì)接收機(jī)等設(shè)備的測(cè)試需要，要求高頻信號(hào)發(fā)生器能有可調(diào)節(jié)的微弱信號(hào)的輸出(可小于1uV)，同時(shí)就要求該類信號(hào)發(fā)生器有良好的屏蔽，以免信號(hào)泄漏而影響測(cè)量準(zhǔn)確性。也是出于對(duì)各類接收設(shè)備性能測(cè)試的需要.高頻信號(hào)發(fā)生器應(yīng)有調(diào)制功能，以輸出所需的已調(diào)高頻信號(hào)。

一、調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器(略)

根據(jù)反饋方式，LC振蕩器分為變壓器反饋式;電感反饋式(也稱·電感三點(diǎn)式或哈特萊式);電容反饋式(也稱電容三點(diǎn)式或考畢茲式)壓控振蕩器，簡(jiǎn)稱VCO(voltage-controlledoscillator)，其振蕩頻率可由偏置電壓改變。比如改變變?nèi)荻O管兩端的直流電壓，就可改變其等效電容，從而改變由它構(gòu)成的振蕩器的頻率。LPF壓控振蕩器：指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路。其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線(圖1)來表示。圖中,uc為零時(shí)的角頻率ω0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0處的斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個(gè)壓控振蕩器。在通信或測(cè)量?jī)x器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測(cè)量的信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對(duì)壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄，RC壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度低而調(diào)頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間。變?nèi)荻O管：又稱“可變電抗二極管”。是一種利用PN結(jié)電容（勢(shì)壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。主要參量是：零偏結(jié)電容、零偏壓優(yōu)值、反向擊穿電壓、中心反向偏壓、標(biāo)稱電容、電容變化范圍（以皮法為單位）以及截止頻率等，對(duì)于不同用途，應(yīng)選用不同C和Vr特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。用于自動(dòng)頻率控制（AFC）和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。日本廠商方面也有其它許多叫法。通過施加反向電壓，使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對(duì)于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。14圖變?nèi)荻O管bb910

鑒相器：簡(jiǎn)稱PD(phasedetector)，其輸出端直流電壓隨其兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差改變。LPF

低通濾波器，簡(jiǎn)稱PLF(low-passfilter)，在這里的作用是濾除高頻成分，留下相位差變化的直流電壓。LPF低通濾波器容許低頻信號(hào)通過,但減弱(或減少)頻率高于截止頻率的信號(hào)的通過。對(duì)于不同濾波器而言,每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí),它有時(shí)被稱為高頻剪切濾波器,或高音消除濾波器。低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設(shè)備中使用的hiss濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障（acousticbarriers）、圖像模糊處理等等。LPF石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補(bǔ)償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。LPF

三、合成信號(hào)發(fā)生器

合成信號(hào)發(fā)生器是用頻率合成器代替信號(hào)發(fā)生器中主振蕩器。它既有信號(hào)發(fā)生器良好的輸出特性和調(diào)制特性，又有頻率合成器的高穩(wěn)定度、高分辨力的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)輸出信號(hào)的頻率、電平、調(diào)制深度等均可程控，是一種先進(jìn)高檔次的信號(hào)發(fā)生器。

頻率合成器是把一個(gè)(或少數(shù)幾個(gè))高穩(wěn)定度頻率源fs經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運(yùn)算，以產(chǎn)生在定頻率范圍內(nèi)，按一定的頻率間隔(或稱頻率跳步)的一系列離散頻率的信號(hào)發(fā)生器。頻率合成的方法分為直接合成法和間接合成法兩類。

直接合成法是將基準(zhǔn)晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，利用倍頻器、分頻器、混頻器及濾波器等進(jìn)行一系列四則運(yùn)算以獲得所需要的頻率輸出。合成法中分為非相干式直接合成器和相干式直接合成器。若用多個(gè)石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生混頻的兩個(gè)基準(zhǔn)頻率之間相互獨(dú)立，就叫做非相干式直接合成器。如果只用一個(gè)石英晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，然后通過分頻、倍頻等，使加入混頻器的頻率之間是相關(guān)的，就稱為相干式頻率合成器。⑴相干式直接頻率合成

通過頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來產(chǎn)生一系列頻率信號(hào)并用窄帶濾波器選出，下圖是其實(shí)現(xiàn)原理。

優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。(3.4-1)

壓控振蕩器輸出頻率經(jīng)分頻后得到頻率的信號(hào)送往鑒相器，與采自晶振輸出經(jīng)n2次分頻的頻率f0/n2的信號(hào)進(jìn)行相位比較，由前面的鎖相環(huán)路的介紹可知，當(dāng)即相位鎖定，輸出信號(hào)按式(3.4-1)的頻率輸出，且具有與f0。即晶振信號(hào)同樣的穩(wěn)定度。為了有效地鎖相，需要鑒相器兩輸入信號(hào)頻率足夠接近。如果兩信號(hào)頻率相差較大，可先進(jìn)行鑒頻，用鑒頻器輸出控制VCO實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)，而后利用鑒相器輸出控制VCO實(shí)現(xiàn)頻率細(xì)調(diào)。第3章信號(hào)發(fā)生器263.6掃頻信號(hào)發(fā)生器

掃頻信號(hào)發(fā)生器是一種輸出信號(hào)的頻率隨時(shí)間在一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦信號(hào)發(fā)生器，它是頻率特性測(cè)試儀(掃頻儀)的核心，主要用于直接測(cè)量各種網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性。工作原理

頻率特性測(cè)試的方法：點(diǎn)頻法和掃頻法點(diǎn)頻法：逐點(diǎn)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，并用電壓表等設(shè)備記錄被測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，但繁瑣費(fèi)時(shí)，頻率間隔較大。

掃頻法：是利用掃頻信號(hào)發(fā)生器輸出自動(dòng)連續(xù)變化的頻率信號(hào)，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)式的掃頻測(cè)試。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單快捷，可以方便地測(cè)量系統(tǒng)的頻率特性及動(dòng)態(tài)特性。

1．點(diǎn)頻法測(cè)量頻率特性圖3.5-1點(diǎn)頻法測(cè)量系統(tǒng)的幅頻特性圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性頻率可控的正弦振蕩器(比如壓控振蕩器VCO)圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性掃描電壓為鋸齒波或三角波圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性若掃描電壓為三角波，則掃頻信號(hào)發(fā)生器瞬時(shí)頻率在掃描正程將隨掃描電壓的線性增加，由fmin線性地變到fmax，在回掃期間，又由fmax線性地變到fmin，如此周期性反復(fù)，而掃描信號(hào)的幅度則始終保持不變。圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性振幅不變而頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的正弦信號(hào)加到被測(cè)電路(例如調(diào)諧放大器)的輸入端，由于調(diào)諧放大器的增益隨頻率而變，故其輸出信號(hào)uo的振幅也將隨頻率而改變，uo的包絡(luò)就反映了該放大器的幅頻特性，經(jīng)峰值檢波器檢出輸出信號(hào)的包絡(luò)uo‘圖3.5-2掃頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理2．掃頻法測(cè)量頻率特性經(jīng)峰值檢波器檢出輸出信號(hào)的包絡(luò)uo‘，將它送至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時(shí)掃描信號(hào)us

加到示波管的水平系統(tǒng)作為掃描時(shí)基信號(hào)，由于掃頻信號(hào)ui的瞬時(shí)頻率和水平掃描電壓us的瞬時(shí)值一一對(duì)應(yīng)，使得示波管的水平軸成為線性的頻率座標(biāo)軸。這樣在us和uo‘的共同作用下，示波管熒光屏上就直接顯示出該調(diào)諧放大器的幅頻特性。和點(diǎn)頻法相比，掃頻法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性的自動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)量，特別是在進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，人們可以一面調(diào)節(jié)電路中有關(guān)元件，一面觀察熒光屏上頻率特性曲線的變化，從而迅速地將電路性能調(diào)整到預(yù)定的要求.②由于掃頻信號(hào)的頻率是連續(xù)變化的，因此所得到的被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線也是連續(xù)的，不會(huì)出現(xiàn)由于點(diǎn)頻法中的頻率點(diǎn)離散而遺漏掉細(xì)節(jié)的問題.③點(diǎn)頻法中是人工逐點(diǎn)改變輸入信號(hào)的頻率，速度慢，得到的是被測(cè)電路穩(wěn)態(tài)情況下的頻率特性曲線。掃頻測(cè)量法是在一定掃描速度下獲得被測(cè)電路的動(dòng)態(tài)頻率特性，而后者更符合被測(cè)電路的應(yīng)用實(shí)際。

二、掃頻儀的基本構(gòu)成

時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)掃描信號(hào)，由該信號(hào)控制一個(gè)可調(diào)諧的連續(xù)振蕩源以產(chǎn)生頻率隨時(shí)間變化的正弦信號(hào)，頻率變化的規(guī)律就取決于掃描信號(hào)，若掃描信號(hào)是鋸齒波或三角波，則掃頻規(guī)律就呈線性，或者說掃頻振蕩器輸出正弦信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨時(shí)間線性增加或降低。有些場(chǎng)合也使用對(duì)數(shù)型掃描信號(hào)，則掃頻規(guī)律就呈現(xiàn)對(duì)數(shù)性。

二、掃頻儀的基本構(gòu)成

掃頻振蕩器在時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)作用下，產(chǎn)生頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的掃頻振蕩，并利用電平限制電路及自動(dòng)幅度控制電路以確保輸出振幅平穩(wěn)的掃頻信號(hào)

二、掃頻儀的基本構(gòu)成

時(shí)標(biāo)系統(tǒng)用來產(chǎn)生頻標(biāo)信號(hào)，以便在示波管熒光屏上確定掃頻信號(hào)發(fā)生器的瞬時(shí)頻率和掃頻寬度。掃頻信號(hào)施加于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸入端，輸出響應(yīng)經(jīng)檢波，包絡(luò)上加上頻標(biāo)信號(hào)，就可在示波管熒光屏上的頻率特性曲線上找到對(duì)應(yīng)的頻率.三、掃頻振蕩器的工作原理(1)磁調(diào)電感法

磁調(diào)電感法原理圖如圖3.5-4，圖(a)中L2、C諧振回路的諧振頻率f0為(3.5-2)圖3.5—4磁調(diào)電感式掃頻法原理

式中L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量，若能用時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)改變L2，也就改變了諧振頻率。由電磁學(xué)理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導(dǎo)磁系數(shù)成正比(3.5-3)

式中L為空芯線圈的電感量。由于高頻磁芯MH接在低頻磁芯ML的磁路中，而繞在ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分的掃描電流，如圖(b)所示。當(dāng)掃描電流隨時(shí)間變化時(shí)，使得磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù)也隨著改變，再由式(3.5-2)、(3.5-3)可知，掃描電流的變化就導(dǎo)致了L2及諧振頻率f0的變化實(shí)現(xiàn)了“掃頻”。

三、BT—3型掃頻儀

l.掃頻儀的主要性能要求

掃頻振蕩器除應(yīng)具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外，還有下面幾個(gè)主要的性能要求.(1)中心頻率范圍大且可連續(xù)調(diào)節(jié)。

(2)掃頻寬度(頻寬)要寬且可任意調(diào)節(jié)。

(3)寄生調(diào)幅要小。

(4)掃描線性度好。

BT—3型掃頻儀的主要技術(shù)性能：

①中心頻率：在1～300MHz內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分1～75MHz，75～150MHz，150～300MHz三個(gè)波段；②掃頻頻偏：最大頻偏±7.5MHz；③掃頻信號(hào)輸出：輸出電壓≥0.1V(有效值)，輸出阻抗75Ω～；④寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時(shí)<±7.5％；⑤調(diào)頻非線性系數(shù)：最大頻偏時(shí)<20％；⑥頻標(biāo)信號(hào)：1MHz、10MHz和外接頻標(biāo)三種。4546第3章信號(hào)發(fā)生器473.7脈沖信號(hào)發(fā)生器一、脈沖信號(hào)

(略)

脈沖具有脈動(dòng)和沖擊的含意，脈沖信號(hào)通常指持續(xù)時(shí)間較短有特定變化規(guī)律的電壓或電流信號(hào)。常見的脈沖信號(hào)有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形、數(shù)字編碼序列等，其中最基本的脈沖信號(hào)是矩形脈沖信號(hào)，如圖3.6—1所示。下面就以矩形脈沖為例，介紹表征脈沖信號(hào)的主要參數(shù)：圖3.6-1矩形脈沖信號(hào)①脈沖幅度Um：定義為脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。②脈沖上升時(shí)間tr：定義為脈沖波從0.1Um

上升到0.9Um所經(jīng)歷的時(shí)間，也叫脈沖前沿。③脈沖下降時(shí)間tf：定義為脈沖波從0.9Um下降到0.1Um所經(jīng)歷的時(shí)間，也叫脈沖后沿。圖3.6-1矩形脈沖信號(hào)④脈沖寬度：即脈沖的持續(xù)時(shí)間，一般指脈沖前、后沿分別等于0.5Um時(shí)相應(yīng)的時(shí)間間隔。⑤平頂降落：表征脈沖頂部不能保持平直而呈現(xiàn)傾斜降落的數(shù)值，也常用其對(duì)脈沖幅度的百分比值來表示。⑥脈沖過沖：脈沖過沖包括上沖和下沖。上沖指上升邊超過頂值Um以上所呈現(xiàn)的突出部分，如圖中b下沖是指下降邊超過底值以下所呈現(xiàn)的向下突出部分，如圖中f。圖3.6-1矩形脈沖信號(hào)⑦脈沖周期和重復(fù)頻率：周期性脈沖相鄰兩脈沖之間的時(shí)間間隔稱為脈沖周期，用T表示，脈沖周期的倒數(shù)稱為重復(fù)頻率，用f表示，如圖3.6—1(b)中所示.⑧脈沖的占空系數(shù)：脈沖寬度與脈沖周期T的比值稱為占空系數(shù)或空度比二、脈沖信號(hào)發(fā)生器分類

脈沖信號(hào)發(fā)生器是專門用來產(chǎn)生脈沖波形的信號(hào)源，是電子測(cè)量?jī)x器中的一個(gè)重要門類。脈沖信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量系統(tǒng)以及數(shù)字通信、雷達(dá)、激光、航天、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。它可用于測(cè)試視頻放大器、寬帶電路的振幅特性、過渡特性，邏輯元件的開關(guān)速度、數(shù)字電路研究以及示波器的檢定與測(cè)試等。

脈沖信號(hào)發(fā)生器可分為通用脈沖發(fā)生器、快沿脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。

通用脈沖發(fā)生器是最常用的脈沖發(fā)生器，其輸出脈沖頻率、延遲時(shí)間、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖幅度均可在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，一般輸出脈沖都有“+”“一”兩種極性，有些產(chǎn)品還具有前、后沿可調(diào)、雙脈沖、群脈沖、閘門、外觸發(fā)及單次觸發(fā)等功能。像國(guó)外的HP8080A，頻率達(dá)1000MHz，前、后沿小于300ps，國(guó)內(nèi)也已生產(chǎn)出頻率達(dá)500MHz，前后沿小于100ps的通用脈沖發(fā)生器。二、脈沖信號(hào)發(fā)生器分類

快沿脈沖發(fā)生器以快速前沿為其特征，主要用于各類電路瞬態(tài)特性測(cè)試，特別是測(cè)試示波器的瞬態(tài)口向應(yīng)。國(guó)內(nèi)小幅度(5V)快沿脈沖發(fā)生器前沿可小于60ps，大幅度(50V)快沿脈沖發(fā)生器的前沿可小于1ns。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在前面已有過介紹，由于它一般可輸出多種波形信號(hào)，因而已成為通用性極強(qiáng)的一類信號(hào)發(fā)生器。但作為脈沖信號(hào)源，當(dāng)前主要的問題是上限頻率不夠高(50MHz左右)，前、后沿也難提高，不能完全取代通用脈沖信號(hào)發(fā)生器。

數(shù)字可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器是隨著集成電路技術(shù)、微處理器技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一代新型脈沖發(fā)生器，一般帶有GPIB接口，可編程控制，使之進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

特種脈沖信號(hào)發(fā)生器是指那些具有特殊用途，對(duì)某些性能指標(biāo)有特定要求的脈沖信號(hào)源，如穩(wěn)幅、高壓、精密延遲等脈沖發(fā)生器以及功率脈沖發(fā)生器和數(shù)字序列發(fā)生器等。

三、脈沖信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(略)

1．基本脈沖信號(hào)發(fā)生器

圖3.6—2基本脈沖信號(hào)發(fā)生器框圖主振級(jí)：該單元是脈沖信號(hào)源的核心一振蕩源，一般采用恒流源射級(jí)耦合自激多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，調(diào)節(jié)振蕩器中電容和鉗位電壓可進(jìn)行振蕩頻率粗調(diào)(頻段)和細(xì)調(diào)。也可采用正弦振蕩、限幅放大和積分電路等構(gòu)成主振級(jí)。

三、脈沖信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(略)

1．基本脈沖信號(hào)發(fā)生器

圖3.6—2基本脈沖信號(hào)發(fā)生器框圖脈沖形成級(jí)：脈沖形成級(jí)主要由延時(shí)單元和脈沖形成單元構(gòu)成。延時(shí)單元將主振級(jí)送出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成形成單元所需的延時(shí)脈沖。

三、脈沖信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(略)

1．基本脈沖信號(hào)發(fā)生器

圖3.6—2基本脈沖信號(hào)發(fā)生器框圖輸出級(jí)：通常包括有脈沖放大器、倒相器等，輸出信號(hào)的幅度、極性在輸出級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

四、脈沖信號(hào)源的應(yīng)用

頻域測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是系統(tǒng)正弦穩(wěn)態(tài)特性的測(cè)量，包括系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性。在正弦測(cè)量中，最重要的信號(hào)源就是正弦信號(hào)發(fā)生器，最常用的測(cè)量?jī)x器是電子電壓表(點(diǎn)頻法測(cè)量時(shí))或掃頻儀(掃頻法測(cè)量時(shí))。用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的輸出波形(為便于分析比較，通常使用雙蹤示波器以便同時(shí)顯示輸入和輸出波形)，即可非常直觀地獲得被測(cè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性，而且可邊調(diào)試電路邊進(jìn)行觀測(cè)，這是正弦點(diǎn)頻法所不及的。

阻容分壓器的瞬態(tài)響應(yīng)特性

最常用的方法是由脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出方波脈沖施加于分壓器，理想情況下的輸出波形u2應(yīng)與輸入波形u1完全相同，可以證明此時(shí)。一旦,u2

相對(duì)于u1就產(chǎn)生失真，如圖(c)、(d)所示，分別呈現(xiàn)出高通和低通特性。此時(shí)我們可以一邊調(diào)節(jié)輸入補(bǔ)償電容C1，一邊用示波器觀察輸出波形，一直到滿足要求為止。圖3.6—8阻容分壓器的瞬態(tài)響應(yīng)第3章信號(hào)發(fā)生器613.8噪聲發(fā)生器(略)

噪聲和信號(hào)是兩個(gè)對(duì)立統(tǒng)一的概念。

噪聲通常指干擾有用信號(hào)的不期望的不可預(yù)測(cè)的擾動(dòng)，它使有用信號(hào)受到干擾而造成失真，降低了信號(hào)觀察和測(cè)量的可靠性。許多情況下，人們希望克服或降低噪聲，而有些情況下，噪聲又可被人們所利用，因而噪聲測(cè)量技術(shù)就成為電子測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，并且已在國(guó)防、能源、水文、海洋、地理、氣象及醫(yī)療等部門得到廣泛應(yīng)用。在電子測(cè)量領(lǐng)域，噪聲發(fā)生器用來測(cè)量接收機(jī)的極限靈敏度，測(cè)量放大器及各有源器件的噪聲系數(shù)及電聲轉(zhuǎn)換器的頻響及失真度等。噪聲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖3.7-1所示，主要由噪聲源、變換器及輸出衰減器等部分組成。圖3.7—1噪聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)一、噪聲源噪聲源是噪聲發(fā)生器的核心，提供在一定頻率范圍內(nèi)有足夠高電平和噪聲統(tǒng)計(jì)特性的噪聲信號(hào)。噪聲可有不同的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。其中應(yīng)用最多的是頻譜分布均勻的白噪聲?？勺鳛楫a(chǎn)生白噪聲的噪聲源通常有下面幾種。

1．電阻器噪聲源(熱噪聲)2．飽和二極管(噪聲二極管)噪聲源(散彈效應(yīng))3.氣體放電管噪聲源(電磁輻射)4.固態(tài)噪聲源(雪崩散彈噪聲)圖3.7—1噪聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)二、變換器噪聲源輸出的噪聲功率有限，頻譜密度等也由噪聲源類型等決定。為了使輸出的噪聲滿足一定的要求，包括輸出功率、譜密度特性等，需要在噪聲源后級(jí)聯(lián)變換器，包括寬帶放大器、非線性電路(改變?cè)肼曁匦匀绺怕拭芏群瘮?shù))、濾波器、頻譜變換器等。圖3.7—1噪聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)三、輸出衰減器在噪聲發(fā)生器中，常用已校準(zhǔn)好刻度的衰減器作為輸出級(jí)，其衰減量在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)保持恒定。信號(hào)電平指示儀表接在衰減器之前，由電平指示儀表的示值和輸出衰減倍乘即可得知輸出噪聲的均方根值或均方值。當(dāng)需要的噪聲電平較小時(shí)，也可直接由噪聲源輸出噪聲信號(hào).圖3.7—1噪聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)總結(jié)3.1信號(hào)發(fā)生器概述3.2正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)3.3低頻信號(hào)發(fā)生器671.主振蕩主振蕩用來產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)，其振蕩頻率范圍即為信號(hào)發(fā)生器的有效頻率范圍。常見的電路形式有差頻式和RC振蕩兩類68低頻信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)1.主振蕩(1)差頻式振蕩器69低頻信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)圖3.3.2差頻式信號(hào)發(fā)生器原理圖1.主振蕩(1)差頻式振蕩器優(yōu)點(diǎn)：頻率覆蓋面比較寬缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性差，特別是f1與f2接近時(shí)，極易產(chǎn)生干擾，這樣也就很難獲得較低的差頻輸出。電路復(fù)雜，頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較差，波形失真較大；70低頻信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)1.主振蕩(2)RC振蕩器。為了克服差頻式振蕩器的缺點(diǎn)，現(xiàn)代低頻信號(hào)發(fā)生器普遍采用RC振蕩器。71低頻信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)1.主振蕩(2)RC振蕩器。包括：RC移相振蕩器、RC雙T振蕩器和RC文氏電橋振蕩器RC移相振蕩器、RC雙T振蕩器存在頻率特性不理想或調(diào)節(jié)不方便等缺點(diǎn)。RC文氏電橋振蕩器具有輸出波形好、振幅穩(wěn)定、頻率范圍寬以及頻率調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)72低頻信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)RC文氏電橋振蕩器諧振頻率為當(dāng)R1=R2，C1=C2時(shí)，諧振角頻率和諧振頻率分別為：73RC文氏電橋振蕩器(續(xù))幅頻特性：相頻特性：74

當(dāng)f=f0時(shí)的反饋系數(shù)，且與頻率f0的大小無關(guān)，此時(shí)的相角φF=0°。即調(diào)節(jié)諧振頻率不會(huì)影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)頻率的過程中，不會(huì)停振，也不會(huì)使輸出幅度改變?？偨Y(jié)3.1信號(hào)發(fā)生器概述3.2正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)3.3低頻信號(hào)發(fā)生器3.4函數(shù)信號(hào)發(fā)生器75函數(shù)發(fā)生器的基本工作原理先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器(例如二極管整形網(wǎng)絡(luò))將三角波整形成正弦波。76函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)1.方波、三角波產(chǎn)生電路這種電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路產(chǎn)生方法，經(jīng)積分電路將方波變換成三角波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和積分電路都由正負(fù)電源供電，雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出為+E或-E。假定儀器開始工作時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)角落電路左邊A點(diǎn)為高電位E，右邊B點(diǎn)為低電位-E。此時(shí)積分電路輸入電壓為-E，輸出端D點(diǎn)電壓將隨時(shí)間成正比地上升，上升速度(斜率)決定于輸入電壓-E，分壓電阻值R1、R2和時(shí)間常數(shù)Rc。77函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)1.方波、三角波產(chǎn)生電路當(dāng)經(jīng)過時(shí)間T1，UD上升到+Um時(shí)，電壓比較器I輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，使雙穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)，A點(diǎn)成為低電位-E，B點(diǎn)成為高電位E。此時(shí)積分電路輸入電壓為