電子測量與儀器第二章信號發(fā)生器.ppt

1、第二章 信號發(fā)生器,2.1 信號發(fā)生器概述 (用途 分類 構(gòu)成 發(fā)展),2.3 通用信號發(fā)生器 2.3.1 低頻SG 2.3.2 高頻SG 2.3.3 脈沖SG 2.3.4 函數(shù)SG 2.3.5 掃頻SG 2.3.6 噪聲SG,2.4 合成信號發(fā)生器 2.4.1 直接模擬頻率合成法 2.4.2 直接數(shù)字頻率合成法 2.4.3 間接合成法 2.4.4 頻率合成技術(shù)的進(jìn)展,2.2 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo),2.1 信號發(fā)生器概述,主 要 內(nèi) 容,一、 信號發(fā)生器的用途 二、 信號發(fā)生器的分類 三、 信號發(fā)生器的構(gòu)成 四、 信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢,一、信號發(fā)生器的用途 在研制、生產(chǎn)、使用、測試和維修各

2、種電子元器件、部件以及整機(jī)設(shè)備時，都需要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件、設(shè)備上，用其他測量儀器觀察、測量被測設(shè)備的輸出響應(yīng)，以分析確定被測器件或設(shè)備的性能參數(shù)。,二、信號發(fā)生器的分類 常用分類方法: （頻率，輸出波形） A、按頻率范圍分,B、按輸出波形分,正弦信號發(fā)生器： 非正弦信號發(fā)生器： 脈沖信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器:三角、正弦、方波 掃頻信號發(fā)生器 數(shù)字序列信號發(fā)生器 圖形信號發(fā)生器 噪聲信號發(fā)生器 等等,常見的信號波形,其它的分類方法。,三、信號發(fā)生器的基本構(gòu)成,調(diào)制器：信號的頻率調(diào)整，如VCF。 振蕩器：產(chǎn)生不同頻率不同波形的信號。不同頻段、不同

3、波形的振蕩器差別很大。,變換器：可以是電壓放大器、功率放大器、調(diào)制器或整形器。 一般情況下，振蕩器輸出的信號都較微弱，需在該部分加以放大。還有像調(diào)幅、調(diào)頻等信號，也需在這部分由調(diào)制信號對載頻加以調(diào)制。而像函數(shù)發(fā)生器，振蕩器輸出的是三角波，需在這里由整形電路整形成方波或正弦波。 輸出級：調(diào)節(jié)輸出信號的電平和輸出阻抗，可以是衰減器、匹配變壓器和射極跟隨器等。,指示器：指示器用來監(jiān)視輸出信號（如幅度、頻率、波形等）?？梢允请娮与妷罕怼⒐β视?、頻率計和調(diào)制度表等，有些脈沖信號發(fā)生器還附帶有簡易示波器。 電源：提供信號發(fā)生器各部分的工作電源電壓。通常是將50Hz交流市電整流成直流并有良好的穩(wěn)壓措施。不同

4、的信號發(fā)生器對電源的要求也是不同的。,三、信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢,帶CPU、自動化、智能化 自校、自檢、自動故障診斷 帶有RS232，IEEE-4888，LAN口，USB 波形可編程，可產(chǎn)生任意波形 高頻率，帶寬達(dá)幾十GHz，甚至上百GHz 儀器可上網(wǎng),2.2 正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo),正弦信號發(fā)生器是最普遍、應(yīng)用最廣泛的一種信號發(fā)生器?？捎糜谌魏尉€性雙口網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)性能測試。正弦信號容易產(chǎn)生。 常用三大指標(biāo)共計30幾項具體指標(biāo)描述。,頻率特性 輸出特性 調(diào)制特性,下面介紹幾項常用的指標(biāo)。,一、頻率范圍,指信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號頻率范圍，該范圍內(nèi)既可連續(xù)又可由若干頻段或一系列離散頻率復(fù)蓋，在此范圍

5、內(nèi)應(yīng)滿足全部誤差要求。,Agilent/HP 8660C 10kHz to 2600MHz 1Hz resolution (2Hz above 1300MHz) AM, FM, or Pulse Modulation,XD1(天津產(chǎn)) 1HZ-1MHz 分六檔六個頻段,二、頻率準(zhǔn)確度 頻率準(zhǔn)確度是指信號發(fā)生器度盤(或數(shù)字顯示)數(shù)值與實際輸出信號頻率間的偏差，通常用相對誤差表示:,通常用百分?jǐn)?shù)%來表示 提高頻率準(zhǔn)確度：頻率合成技術(shù) 高穩(wěn)定度晶體振蕩器,f0預(yù)調(diào)頻率， f1 實際輸出頻率,三、頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求與頻率準(zhǔn)確度相關(guān)。頻率穩(wěn)定度是指其他外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時間內(nèi)，

6、信號發(fā)生器輸出頻率相對于預(yù)調(diào)值變化的大小。,f0預(yù)調(diào)頻率 fmax 、fmin 規(guī)定時間內(nèi)輸出的最大頻率和最小頻率,頻率短期穩(wěn)定度：規(guī)定預(yù)熱后15分鐘內(nèi)的變化。 頻率長期穩(wěn)定度：規(guī)定預(yù)熱后小時內(nèi)的變化。,四、由溫度、電源、負(fù)載變化而引起的頻率變動量 前述規(guī)定時間間隔內(nèi)的頻率漂移即穩(wěn)定度，而由溫度、電源、負(fù)載變化等外界因素造成的頻率漂移(或變動)即為影響量. (l)溫度引起的變動量 環(huán)境溫度每變化1所產(chǎn)生的相對頻率變化，即,式中T為溫度變化值，f0為預(yù)調(diào)值， f1為溫度改變后的頻率值。,(2) 電源引起的頻率變動量 供電電源變化10所產(chǎn)生的相對頻率變化，表示為：,式中f1為電源變化后的輸出頻率，

7、f0為標(biāo)準(zhǔn)電源供電時的輸出頻率。,(3)負(fù)載變化引起的頻率變動量 負(fù)載電阻從開路變化到額定值時所引起的相對頻率變化，表示為：,式中f1為空載時的輸出頻率，f2為額定負(fù)載時的輸出頻率。,五、非線性失真系數(shù)(失真度) 失真原因：輸出并非理想情況下的單一頻率的正弦波，由于信號發(fā)生器內(nèi)部放大器等元器件的非線性，會使輸出信號產(chǎn)生非線性失真，輸出信號中含有諧波分量。“頻譜純度”，常用非線性失真系數(shù) 表示：,U1基波有效值，U2、U3諧波有效值。,由于 等比U1小得多，為了測量上的方便，也用下面公式定義：,六、輸出阻抗 信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。 低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600(

8、或1 k )，功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常有50 、75 、150 、600和5k等檔。 高頻信號發(fā)生器一般僅有50或75檔。當(dāng)使用高頻信號發(fā)生器時，要特別注意阻抗的匹配。否則信號將產(chǎn)生失真和衰減。,七、輸出電平 輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍，包括最大輸出電壓和最大輸出功率及其衰減范圍內(nèi)所得到輸出幅度的有效范圍。輸出幅度可用電壓(V，mV， V)或分貝表示。 如XD-1低頻信號發(fā)生器的最大電壓輸出為lHz1MHz，5V，最大功率輸出為10Hz700kHz(50 、75 、150 、600 )，4W。,八、調(diào)制特性 高頻信號發(fā)生器在輸出正弦波的同時，一般還能輸出一種或一種以

9、上的已被調(diào)制的信號，多數(shù)情況下是調(diào)幅信號和調(diào)頻信號，有些還帶有調(diào)相和脈沖調(diào)制等功能。當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時，稱為內(nèi)調(diào)制，當(dāng)調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制時，稱為外調(diào)制。這類帶有輸出已調(diào)波功能的信號發(fā)生器，是測試無線電收發(fā)設(shè)備等場合不可缺少的儀器。 九、頻率覆蓋系數(shù) k,2.3 通用信號發(fā)生器,主 要 內(nèi) 容,2.3.1 低頻信號發(fā)生器 2.3.2 高頻信號發(fā)生器 2.3.3 脈沖信號發(fā)生器 2.3.4 函數(shù)信號發(fā)生器 2.3.5 掃頻信號發(fā)生器 2.3.6 噪聲信號發(fā)生器,通用的傳統(tǒng)信號發(fā)生器是指以模擬電路單元構(gòu)成的儀器. 合成信號發(fā)生器：頻率合成技術(shù),DA數(shù)字合成技術(shù),2.3

10、.1 低頻信號發(fā)生器,主 要 內(nèi) 容,一、低頻信號發(fā)生器的組成 二、RC振蕩式低頻信號發(fā)生器 三、其它振蕩器 四、使用方法,一、低頻信號發(fā)生器的組成 低頻信號發(fā)生器一般是指頻率在1Hz1MHz的信號發(fā)生器。它的組成框圖如下：,兩種輸出形式：電壓輸出，功率輸出 衰減器：調(diào)節(jié)衰減，保持阻抗,二、RC振蕩式低頻信號發(fā)生器 振蕩器是信號發(fā)生器里的最關(guān)鍵的部件。低頻信號發(fā)生器的振蕩器有多種形式，包括RC、LC、差頻、及超低頻中常采用的運(yùn)放構(gòu)成的振蕩器。其中又以RC振蕩器的應(yīng)用最為廣泛。,1、RC振蕩器 (韋恩電橋、 文氏電橋、 Wien Bridge),R1、C1、R2、C2構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：,當(dāng)R1

11、=R2=R、C1=C2=C時：,其中，,幅頻特性與相頻特性,產(chǎn)生振蕩的兩個條件： (1) 回路的增益為1 (AF=1) (2) 回路的相角為零,后接一個放大倍數(shù)為3的放大器，可維持振蕩條件，RC網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。 穩(wěn)定放大器工作，引入負(fù)反饋。R3負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。反饋應(yīng)加在RC網(wǎng)絡(luò)上。,放大器阻抗對RC網(wǎng)絡(luò)的影響：Ri大(FET)，Ro小(射極跟隨)。,2、RC振蕩式低頻信號發(fā)生器,1、LC振蕩器,振蕩頻率：,不用LC作低頻SG的振蕩器的原因： (1) 體積大. (2) Q值不穩(wěn)定 (3) 覆蓋系數(shù)小，難以調(diào)節(jié)。,三、其它振蕩器,(具體振蕩電路見“高頻信號發(fā)生器”一節(jié)),2、差頻振蕩器,混頻器

12、產(chǎn)生差頻信號：f=f1-f2 變(混) 頻原理：當(dāng)兩個不同頻率的信號，同時作用到一個非線性元件上時，就會在它的輸出電流中，產(chǎn)生許多組合頻率分量。,缺點：電路復(fù)雜，頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較差，波形失真大； 優(yōu)點：頻率連續(xù)可調(diào)節(jié)，常用在掃頻振蕩器中。,3、用放大器構(gòu)成振蕩器(超低頻SG),單級的傳遞函數(shù)：,兩級級聯(lián)的傳遞函數(shù)：,為滿足振蕩條件，串入反相器，并形成回路。,輸出問題：引自反相端；下方放大器為反相放大器，In+接地. 常用于超低頻信號發(fā)生器。,輸出頻率調(diào)節(jié) 輸出阻抗匹配 偏置選擇 輸出電壓調(diào)節(jié) 衰減器使用 60dB 20V/1000=0.02V,四、使用方法,2.3.2 高頻信號發(fā)生器,主

13、要 內(nèi) 容,一、高頻信號發(fā)生器的組成、分類 二、調(diào)諧信號發(fā)生器 三、高頻信號發(fā)生器的使用 四、高頻信號發(fā)生器示例,高頻信號發(fā)生器：是指能產(chǎn)生正弦信號，頻率范圍部分或全部復(fù)蓋300kHz土GHz(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)的信號發(fā)生器，也稱為射頻信號發(fā)生器。,一、高頻信號發(fā)生器的組成、分類,要求： 1、輸出信號幅度調(diào)節(jié)范圍較大（測試接收機(jī)性能） 2、良好的屏蔽（高頻，信號易泄漏，影響測試）,組成原理：,主振級：通常為LC振蕩電路，準(zhǔn)確度/穩(wěn)定度/純度/輸出功率小 緩沖級：阻抗變換，有時還可頻率變換，輸出更寬頻率范圍 調(diào)制級：放大、幅度

14、調(diào)制 輸出級：控制電壓幅度，放大/濾波/輸出微調(diào)/輸出倍乘 監(jiān)測器：電子電壓表調(diào)制度計 調(diào)制器：,頻率變換器 (分頻器/倍頻器/混頻器),補(bǔ)充知識：,調(diào)頻(FM)： us=Umcos(wc+mx)t 一般采用變?nèi)荻O管實現(xiàn)。也有電容式的。 調(diào)幅(AM)： us=(Um+mx)coswct 調(diào)相：,變?nèi)荻O管,二、調(diào)諧信號發(fā)生器,振蕩器通常為LC振蕩器。 根據(jù)反饋方式不同，分為三類： 變壓器反饋式振蕩器 電感反饋式振蕩器 電容反饋式振蕩器（電路、交流等效電路） 頻率調(diào)節(jié)：電感調(diào)頻段，電容頻段內(nèi)頻率細(xì)調(diào) 放大器可用調(diào)諧放大器，寬帶放大器調(diào)制器濾波器，其作用有三：1) 放大 2) 隔離 3) 兼作調(diào)

15、幅器,變壓器反饋式：,振蕩頻率：,電感反饋式：,振蕩頻率：,電容反饋式：,振蕩頻率：,1. 用于接收機(jī)測試：測試接收機(jī)的選擇性，靈敏度等。 2. 波段劃分：同波段內(nèi)改變電容C調(diào)整頻率，切換至不同的電感L改變波段。波段劃分應(yīng)保證頻率全覆蓋。 3. 阻抗匹配：高頻模式下應(yīng)特別注意阻抗匹配. 下圖僅是電阻匹配。(考慮匹配網(wǎng)絡(luò)的衰減，如10dB),三、高頻信號發(fā)生器的使用,Rs=50 RL=75,四、高頻信號發(fā)生器示例,2.3.3 脈沖信號發(fā)生器,主 要 內(nèi) 容,一、脈沖信號 二、脈沖信號發(fā)生器的分類 三、脈沖信號發(fā)生器的組成原理 四、脈沖信號源的應(yīng)用,一、脈沖信號 脈沖具有脈動和沖擊的含意，脈沖信號

16、通常指持續(xù)時間較短有特定變化規(guī)律的電壓或電流信號。常見的脈沖信號有矩形、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是矩形脈沖信號。 矩形脈沖主要參數(shù)：,矩形脈沖參數(shù)圖釋,脈沖幅度Um：定義為脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。 脈沖上升時間tr：定義為脈沖波從0.1 Um 上升到0. 9Um所經(jīng)歷的時間，也叫脈沖前沿。 脈沖下降時間tf ：定義為脈沖波從0.9 Um下降到0.1 Um所經(jīng)歷的時間，也叫脈沖后沿。 脈沖寬度：即脈沖的持續(xù)時間，一般指脈沖前、后沿分別等于0.5 Um時相應(yīng)的時間間隔。 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，也常用其對脈沖幅度的百分比值來表

17、示b。 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。,脈沖周期和重復(fù)頻率：周期性脈沖相鄰兩脈沖之間的時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。 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)。,二、脈沖信號發(fā)生器的分類,用途：專門用于產(chǎn)生脈沖波形的信號源。它可用于測試視頻放大器、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試等。,按照用途和產(chǎn)生脈沖的方法不同，脈沖信號發(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)字可編程脈沖信號發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。,通用脈沖發(fā)生器：

18、前、后沿可調(diào)、雙脈沖、群脈沖、閘門、外觸發(fā)及單次觸發(fā). 快沿脈沖發(fā)生器：快速前沿，測試電路瞬態(tài)特性，檢驗示波器瞬態(tài)響應(yīng)。幾十ps的上升前沿. 函數(shù)發(fā)生器：可產(chǎn)生多種波形，缺點：上限頻率不夠高50MHz. 數(shù)字可編程脈沖信號發(fā)生器：一般都帶有計算機(jī)接口. 特種脈沖發(fā)生器：特殊要求：穩(wěn)幅、高壓、精密延遲，功率脈沖，數(shù)字序列脈沖.,分類：,三、脈沖信號發(fā)生器的組成原理,組成：主振級、脈沖形成級、輸出級,正弦波方波 等,同步脈沖導(dǎo)前于主脈沖,主振級：一般采用恒流源射級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

19、級。 脈沖形成級：脈沖形成級主要由延時單元和脈沖形成單元構(gòu)成。在很多場合，要求脈沖信號能輸出導(dǎo)前于主脈沖的一個同步脈沖，延時單元將主振級送出的信號轉(zhuǎn)換成形成單元所需的延時脈沖。 形成級單元在延時脈沖作用下，形成寬度準(zhǔn)確、波形良好、滿足幅度要求的矩形脈沖，脈沖寬度可在該級進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)。通常采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為脈沖形成電路。 輸出級：通常包括脈沖放大器、倒相器、幅度、極性調(diào)節(jié)器等。,三、前后沿可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器,除矩形脈沖外，有時還需要其他波形的脈沖信號如梯形、三角形、鋸齒形等，這些信號可用改變矩形脈沖的前后沿寬度來實現(xiàn)。,電容充電實現(xiàn)延時 整形 兩個不同的延時的整形信號相減得到窄脈沖 (f=c

20、-e) 極性變換：倒相器 前后沿調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)積分電容c和被積恒流源來調(diào)節(jié)脈沖前后沿,四、脈沖信號源的應(yīng)用,優(yōu)越之處：可非常直觀地獲得被測系統(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。這是正弦點頻法所不及的。,R1C1=R2C2,R1C1R2C2,R1C1R2C2,一、函數(shù)信號發(fā)生器的原理 產(chǎn)生的波形：三角波、方波、鋸齒波、正弦波等。 產(chǎn)生波的方法：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等其它波形。,2.3.4 函數(shù)信號發(fā)生器,工作過程： Q=E，Q/=-E開始，ui(t)為常數(shù)，線性化。 三角波由矩形波決定 正弦波由整形網(wǎng)絡(luò)得到,二

21、、正弦波整形電路 原理：在正弦波的不同時段，用不同斜率的直線段來近似。具體可由三角波整形得到。,R,(教材上有誤),一、掃頻的概念 掃頻信號發(fā)生器是一種輸出信號的頻率隨時間在一定范圍內(nèi)反復(fù)變化的正弦信號發(fā)生器，它是頻率特性測試儀(掃頻儀)的核心，主要用于直接測量各種網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性。,2.3.5 掃頻信號發(fā)生器,線性電路幅頻特性測量：點頻法，掃頻法,點頻法,掃頻法,自動 不遺漏,二、掃頻信號發(fā)生器的組成 掃頻信號發(fā)生器由時基系統(tǒng)、掃頻振蕩器、時標(biāo)系統(tǒng)、輸出控制、顯示器等組成。,三、掃頻振蕩器的工作原理 常用的掃頻振蕩方法有磁調(diào)電感法、變?nèi)荻O管法以及微波波段使用的返波管法、YIG諧振法等。,

22、(1) 磁調(diào)電感法,磁調(diào)電感式結(jié)構(gòu),當(dāng)掃描電流隨時間變化 時，使得磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù)0 也隨著改變.,掃描電流的變化就導(dǎo)致了L2及諧振頻率f0的變化實現(xiàn)了掃頻.,(2) 變?nèi)荻O管法 在LC振蕩電路中，如果能用掃描信號改變諧振電路中電容量C的大小，也能使諧振頻率隨之改變，變?nèi)荻O管法掃頻振蕩器就是基于這一原理.,式中Cj0為變?nèi)荻O管反向電壓為零時的結(jié)電容，r為電容變化系數(shù)，UD為PN結(jié)勢壘電壓，U為加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓。如當(dāng)使用突變結(jié)的變?nèi)荻O管，則r12，此時電容為：,掃頻信號發(fā)生器的幾個指標(biāo)： 1. 中心頻率 2. 掃頻寬度 3. 寄生幅度（要求輸出為等幅信號） 4. 掃描線性度

23、,概述 噪聲信號發(fā)生器能夠提供在特定頻率范圍內(nèi)有足夠輸出電平，具有一定統(tǒng)計參數(shù)的噪聲信號，噪聲發(fā)生器由噪聲源、變換器及輸出電路等組成。在電子測量領(lǐng)域，噪聲發(fā)生器用來測量接收機(jī)的極限靈敏度.,2.3.6 噪聲信號發(fā)生器,常用的噪聲源有：電阻噪聲源( R T f )、二極管噪聲源、氣體放電噪聲源.,噪聲源介紹 1. 電阻噪聲源 任何電阻在一定溫度下都會產(chǎn)生熱噪聲，這是由于導(dǎo)體中電子無規(guī)則的熱運(yùn)動而引起的噪聲. 噪聲大小與電阻值、工作溫度、工作帶寬有關(guān)。,K波爾茲曼常數(shù) K=1.3810-23 J/K T絕對溫度 R電阻值 B工作帶寬,如：K波爾茲曼常數(shù) K=1.3810-23 J/K T絕對溫度1

24、7 (290K) R電阻值 500k B工作帶寬 4MHz,用于產(chǎn)生白噪聲：噪聲功率譜密度均勻,2. 二極管噪聲 在真空二極管飽和區(qū)，如陰極溫度一定，則電流也維持恒定，在單位時間內(nèi)，陰極發(fā) 射的電子數(shù)圍繞著平均值起伏變化，這種現(xiàn)象稱為“散彈效應(yīng)”。電子發(fā)射的時間和速度及運(yùn)動過程是隨機(jī)的，因而陽極直流電流上就迭加有隨機(jī)起伏的噪聲電流。 固態(tài)噪聲二極管，它是一種PN結(jié)器件，當(dāng)工作于反偏壓，處于雪崩擊穿狀態(tài)時，載流子雪崩倍增的電流起伏產(chǎn)生雪崩散彈噪聲。,3. 氣體放電噪聲 氣體放電管是一種離子器件，由燈絲(陰極)和陽極構(gòu)成，管內(nèi)充有一定氣壓的惰性氣體(氬或氖)，當(dāng)放電管點燃后，管內(nèi)氣體放電，在電場的

25、作用下，電子受到不斷的加速，在高速運(yùn)動中又與其他離子和中性粒子碰撞，在碰撞中，一方面使氣體進(jìn)一步電離，一方面電子本身運(yùn)動速度急劇減慢，損失掉的能量就轉(zhuǎn)化成一定形式的電磁輻射。,2.4 合成信號發(fā)生器,主 要 內(nèi) 容,2.4.1 直接模擬頻率合成法 2.4.2 直接數(shù)字頻率合成法 2.4.3 間接合成法 2.4.4 頻率合成技術(shù)的進(jìn)展,合成信號發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度都優(yōu)于傳統(tǒng)的SG。 加、減混頻器， 乘、除倍頻，分頻器， 鎖相環(huán),先介紹幾個名詞:,混頻器(Mixer)：混頻器一般由輸入信號回路、本機(jī)振蕩器、非線性器件和濾波網(wǎng)絡(luò)等4部分組成 。,調(diào)幅與調(diào)頻(變頻)：中頻，上變頻，下變頻,如果相

26、乘和產(chǎn)生本振在同一個器件上完成，則稱為變頻電路。如果相乘和產(chǎn)生本振分別在兩個器件上完成，則稱為混頻電路。 理想乘法器就可以混頻，但工作頻不高。在甚高頻段時，還采用三極管、場效應(yīng)管、肖特基二極管作混頻器件。 通過非線性元件(混頻二極管)，在流過的電流中產(chǎn)生pL+ c的組合頻率。 倍頻器 PLL 或 模擬電路實現(xiàn) (CPU的外頻、倍頻、主頻) 分頻器,一、固定頻率合成法 利用石英晶振提供基準(zhǔn)頻率fr, 輸出頻率為fo。,2.4.1 直接模擬頻率合成法,二、可變頻率合成技術(shù),將基準(zhǔn)晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，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。,復(fù)雜、成本

27、高，體積大!,一、直接數(shù)字頻率合成（DDS）的基本原理,2.4.2 直接數(shù)字頻率合成法,對于一個正弦波，設(shè)一個周期共有p個點，則第i點的值可用以下式子表示：,周期：,正弦波用階梯波近似。而階梯波的形成是由存貯在存貯器(ROM)中的數(shù)字信息經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)得到。,二、直接數(shù)字頻率合成的基本結(jié)構(gòu),優(yōu)點：(1)頻率穩(wěn)定 (2)幅頻特性好，失真小 (3)任意波形發(fā)生器。,一、頻率合成與鎖相技術(shù),2.4.3 間接合成法(鎖相合成法),利用一個或數(shù)個晶振，通過加減乘除四則運(yùn)算，最終得到頻率準(zhǔn)確度穩(wěn)定在晶振量級上的一系列新頻率。,頻率合成技術(shù)定義:,普通信號源：RC、LC，頻率可調(diào)，但不準(zhǔn)確； 標(biāo)準(zhǔn)信號

28、源：C，準(zhǔn)確度高，頻率不可調(diào)。 頻率合成信號發(fā)生器：準(zhǔn)確度高，頻率也可調(diào)。,二、鎖相環(huán)(PLL)技術(shù),鎖相環(huán)：,基本工作原理：當(dāng)壓控振蕩器輸出頻率f2由于某種原因變化時，相應(yīng)相位也產(chǎn)生變化，該相位變化在鑒相器中與基準(zhǔn)晶振頻率f1的穩(wěn)定相位相比較，使鑒相器輸出一個與相位差成比例的電壓ud(t)，經(jīng)過低通濾波器，檢出其直流分量uc(t) ，用uc(t)控制壓控振蕩器中壓控元件數(shù)值（如變?nèi)荻O管電容），從而調(diào)整VCO的輸出頻率f2 ，使其不但頻率和基準(zhǔn)晶振一致，相位也同步，這時稱為相位鎖定，因此最終VCO的頻率輸出穩(wěn)定度就由晶振頻率f1決定。即 f1 = f2 。 PD VCO LPF,PD兩輸入頻

29、率相等！,鎖相環(huán)頻率合成器：,VCO輸出經(jīng)分頻后得到f/n1頻率的信號送往鑒相器，與來自晶振輸出經(jīng)n2次分頻的頻率為f0/n2的信號進(jìn)行相位比較。由前面的鎖相環(huán)路的知識，當(dāng)f/n1= f0/n2即f=(n1/n2)*f0時，相位鎖定，輸出信號頻率為f=(n1/n2)*f0，具有與f0相同的穩(wěn)定度。 為了有效地鎖相，需要鑒相器兩輸入信號頻率足夠接近。如果兩信號頻率相差較大，可先進(jìn)行鑒頻，用鑒頻器輸出控制VCO實現(xiàn)頻率粗調(diào)，而后利用鑒相器輸出控制VCO實現(xiàn)頻率細(xì)調(diào)。間接式頻率合成器的優(yōu)點是省去了濾波器和混頻器，因而電路簡單，價格便宜。,鎖相環(huán)分類：鎖相環(huán)的電路形式有多種，根據(jù)不同的電路結(jié)構(gòu)，鎖相環(huán)可以完成頻率的加、減、乘、除運(yùn)算。,分/倍頻鎖相環(huán)：,f=(n1/n2)*f0,混頻鎖相環(huán)：實現(xiàn)高頻的掃頻,三、鎖相信號發(fā)生器,RC、LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度需要進(jìn)一步的提高，同時也為了得到更寬的頻率覆蓋范圍。引入鎖相技術(shù)做成的信號發(fā)生器，可以滿足更高的測試要求。 鎖相信號發(fā)生器是在高性能的調(diào)諧式信號發(fā)生器中增加頻率計數(shù)器，并將信號源的