1、電子測(cè)量電子測(cè)量第1頁第第8 8章章 信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生8.1 8.1 信號(hào)源概述信號(hào)源概述 8.2 8.2 正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器正弦、脈沖及函數(shù)發(fā)生器 8.3 8.3 鎖相頻率合成信號(hào)的產(chǎn)生鎖相頻率合成信號(hào)的產(chǎn)生 8.4 8.4 直接數(shù)字合成技術(shù)直接數(shù)字合成技術(shù) 8.5 8.5 合成信號(hào)源簡介合成信號(hào)源簡介 電子測(cè)量電子測(cè)量第2頁1.1.信號(hào)源的作用信號(hào)源的作用 信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)源的用途主要有以下三方面：信號(hào)源的用途主要有以下三方面： 激勵(lì)源。激勵(lì)源。 信號(hào)仿真。信號(hào)

2、仿真。 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。電子測(cè)量電子測(cè)量第3頁測(cè)試信號(hào)發(fā)生器被測(cè)電路測(cè)試儀器輸入激勵(lì)輸出響應(yīng)電子測(cè)量電子測(cè)量第4頁信號(hào)信號(hào)輸出輸出主振器主振器緩沖緩沖調(diào)制調(diào)制輸出輸出電電 源源監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖電子測(cè)量電子測(cè)量第5頁電子測(cè)量電子測(cè)量第6頁3. 3. 按照信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)可分為：按照信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)可分為： 電子測(cè)量電子測(cè)量第7頁8.2.1 正弦信號(hào)發(fā)生器主振級(jí)主振級(jí)緩沖緩沖放大放大電平電平控制控制功率功率放大放大衰減器衰減器阻抗阻抗變換變換電平調(diào)節(jié)電平調(diào)節(jié)波段波段調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)電平指示電平指示低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理主振級(jí)

3、主振級(jí) 主振級(jí)是低頻信號(hào)發(fā)生器的最重要的電路，通常有差頻式的頻率形成電路主振級(jí)是低頻信號(hào)發(fā)生器的最重要的電路，通常有差頻式的頻率形成電路和和RCRC文氏電橋正弦振蕩電路。文氏電橋正弦振蕩電路。電子測(cè)量電子測(cè)量第8頁差頻信號(hào)發(fā)生器組成原理差頻信號(hào)發(fā)生器組成原理高頻振蕩高頻振蕩器器緩沖緩沖放大放大混頻混頻器器低通低通濾波濾波器器功放功放衰減衰減固定頻率固定頻率振蕩器振蕩器緩沖緩沖放大放大f2f1f差頻式低頻信號(hào)形成電路的工作原理差頻式低頻信號(hào)形成電路的工作原理 其中一個(gè)振蕩器產(chǎn)生固定頻率的高頻振蕩信號(hào)其中一個(gè)振蕩器產(chǎn)生固定頻率的高頻振蕩信號(hào)f f1 1，另一個(gè)振蕩器產(chǎn)生可變頻率的高頻振蕩信號(hào)另一個(gè)

4、振蕩器產(chǎn)生可變頻率的高頻振蕩信號(hào)f f2 2，將頻，將頻率為率為f f1 1和和f f2 2的高頻振蕩信號(hào)同時(shí)送入混頻器，混頻后的高頻振蕩信號(hào)同時(shí)送入混頻器，混頻后的信號(hào)有的信號(hào)有f f1 1、f f2 2、f f1 1+ +f f2 2、f f1 1f f2 2 等等，可用低等等，可用低通濾波器濾掉其他頻率的信號(hào)，最后得到差頻信號(hào)通濾波器濾掉其他頻率的信號(hào)，最后得到差頻信號(hào)F F = = f f1 1f f2 2。 電子測(cè)量電子測(cè)量第9頁 RC振蕩電路形成低頻信號(hào)的工作原理振蕩電路形成低頻信號(hào)的工作原理RC文氏電橋振蕩電路 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 電子測(cè)量電子測(cè)量第10頁在圖在圖a中，中，ui是

5、網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，是網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，u0是輸出電壓，是輸出電壓，Z1為為R、C串聯(lián)阻抗，串聯(lián)阻抗，Z2為為R、C并聯(lián)阻抗。并聯(lián)阻抗。u0uiRCCR(a)文氏橋式網(wǎng)絡(luò)0.10.20.3=00.03501/3Kf/0(b)幅頻特性0.03=050/0900-900(c)相頻特性RC文氏橋網(wǎng)絡(luò)文氏橋網(wǎng)絡(luò)電子測(cè)量電子測(cè)量第11頁A1A2衰減器電路表頭電路電壓放大器輸出幅度微調(diào)振蕩器輸出放大器RCRtRfCR+-使用熱敏電阻作為振蕩器控制器件的文氏橋式振蕩器方框圖 圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻圖中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R Rt t和電阻和電阻R Rf f就構(gòu)成了電壓負(fù)就構(gòu)成了電壓負(fù)反饋電路。熱敏電阻反饋電路。熱敏

6、電阻R Rt t的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電的阻值隨環(huán)境溫度升高或流過的電流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時(shí)，由流增加而減小，當(dāng)由于各種原因引起輸出電壓增大時(shí)，由于該電壓也直接接在于該電壓也直接接在R Rt t、R Rf f串聯(lián)電路，流過串聯(lián)電路，流過R Rt t的電流也隨的電流也隨之增加而導(dǎo)致之增加而導(dǎo)致R Rt t阻值降低，負(fù)反饋加大，放大器總增益降阻值降低，負(fù)反饋加大，放大器總增益降低，使輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出信號(hào)振幅的目的。而低，使輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出信號(hào)振幅的目的。而在振蕩器起振階段，由于在振蕩器起振階段，由于R Rt t溫度低，阻值大，負(fù)反饋小，溫度低，阻值

7、大，負(fù)反饋小，放大器實(shí)際總增益大于放大器實(shí)際總增益大于3 3，振蕩器容易起振。，振蕩器容易起振。電子測(cè)量電子測(cè)量第12頁 1 XD1低頻信號(hào)發(fā)生器電子測(cè)量電子測(cè)量第13頁輸出輸出主振級(jí)主振級(jí)波段波段選擇選擇頻率頻率細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)緩沖緩沖調(diào)制級(jí)調(diào)制級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)調(diào)制振蕩器調(diào)制振蕩器監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)器外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖電子測(cè)量電子測(cè)量第14頁1.高頻信號(hào)發(fā)生器的基本組成高頻信號(hào)發(fā)生器的基本組成 高頻信號(hào)發(fā)生器是由主振級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸出級(jí)、衰高頻信號(hào)發(fā)生器是由主振級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸出級(jí)、衰減級(jí)、內(nèi)調(diào)制振蕩級(jí)、檢測(cè)級(jí)和電源等組成。減級(jí)、內(nèi)調(diào)制振蕩級(jí)、檢測(cè)級(jí)和電源等組成。電子

8、測(cè)量電子測(cè)量第15頁主振級(jí)主振級(jí)通常采用連續(xù)可調(diào)的通常采用連續(xù)可調(diào)的LCLC振蕩器，振蕩器由以振蕩器，振蕩器由以下三部分組成：下三部分組成： 具有選頻特性的儲(chǔ)能元件。具有選頻特性的儲(chǔ)能元件。 控制能量補(bǔ)充的反饋控制電路。控制能量補(bǔ)充的反饋控制電路。 用于補(bǔ)充能量的直流電源和有源器件。用于補(bǔ)充能量的直流電源和有源器件。振蕩器的結(jié)構(gòu)常用：四端網(wǎng)絡(luò)式振蕩器振蕩器的結(jié)構(gòu)常用：四端網(wǎng)絡(luò)式振蕩器有源器件常用晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管，有源器件常用晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管，為了建立正反饋，必須有反饋電路。為了建立正反饋，必須有反饋電路。振蕩頻率低于振蕩頻率低于1GHz1GHz。電子測(cè)量電子測(cè)量第16頁XFC-6XFC

9、-6型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生4-300MHz4-300MHz的高頻信號(hào)，并可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)的高頻信號(hào)，并可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻頻 以及調(diào)幅調(diào)頻雙重調(diào)制適用于相應(yīng)頻率范圍的接收設(shè)備的校準(zhǔn)與測(cè)以及調(diào)幅調(diào)頻雙重調(diào)制適用于相應(yīng)頻率范圍的接收設(shè)備的校準(zhǔn)與測(cè)試等。試等。電子測(cè)量電子測(cè)量第17頁vEE1051EE1051高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率覆蓋高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率覆蓋100KHz 150MHz, 100KHz 150MHz, 電平連續(xù)可調(diào)，電平連續(xù)可調(diào)，并具有調(diào)頻、調(diào)幅功能。輸出頻率采用四位數(shù)顯示方式，頻率顯示精度并具有調(diào)頻、調(diào)幅功能。輸出頻率采用四位數(shù)顯示方式，頻率顯示精度較高；輸出電平采用較

10、高；輸出電平采用ALCALC穩(wěn)幅方式，輸出穩(wěn)定便于使用。穩(wěn)幅方式，輸出穩(wěn)定便于使用。電子測(cè)量電子測(cè)量第18頁u ut to o（a a）矩形波）矩形波u ut to o（b b）鋸齒波）鋸齒波u ut to o（c c）階梯波）階梯波u ut to o（d d）鐘形脈沖）鐘形脈沖u ut to o（e e）數(shù)字編碼序列）數(shù)字編碼序列 常見的脈沖信號(hào)常見的脈沖信號(hào)u 脈沖發(fā)生器的分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器的分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生

11、器等。字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。電子測(cè)量電子測(cè)量第19頁電子測(cè)量電子測(cè)量第20頁電子測(cè)量電子測(cè)量第21頁輸出輸出脈寬，上升脈寬，上升/ /下降沿下降沿控制控制主振級(jí)主振級(jí)同步放大同步放大延時(shí)級(jí)延時(shí)級(jí)脈沖形成脈沖形成輸出級(jí)輸出級(jí)同步脈沖輸出同步脈沖輸出外同步外同步觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入外觸發(fā)外觸發(fā)同步脈沖輸出同步脈沖輸出脈沖信號(hào)發(fā)生器組成原理脈沖信號(hào)發(fā)生器組成原理電子測(cè)量電子測(cè)量第22頁u 快速脈沖信號(hào)的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、快速脈沖信號(hào)的產(chǎn)生技術(shù)主要有：水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器、雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及雪崩晶體管脈沖發(fā)生器、階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器以及隧

12、道二極管脈沖發(fā)生器等。隧道二極管脈沖發(fā)生器等。V VD DR RC CR RO OK KR RL L水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理水銀開關(guān)脈沖發(fā)生器原理電子測(cè)量電子測(cè)量第23頁方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器一般以某種波形為第一波形正弦波方波三角波三角波正弦波方波電子測(cè)量電子測(cè)量第24頁函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理框圖函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理框圖其基本原理是先由積分電路和觸發(fā)電路產(chǎn)生三角波和其基本原理是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)換器將三角波整形成正弦波。方波，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換器將三角波整形成正弦波。觸發(fā)電路比較器比較器放大器衰減器二級(jí)管整形網(wǎng)絡(luò)波形選擇積分器_+A輸出FCDRPR1R2QQ+Um

13、K-Um電子測(cè)量電子測(cè)量第25頁TT2TUm0-Um00E-E0(Q)(Q非)(D)(F)(a)(Q)(Q非)(D)(b)函數(shù)發(fā)生器波形圖電子測(cè)量電子測(cè)量第26頁R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14D1D2D3D4D5D6E3E2E1-E1-E2-E3+E輸入輸入U(xiǎn)i(a)二極管整形網(wǎng)絡(luò)輸出輸出Uo-E0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t14tu0ufE1E2E3ui(b)正弦波的折線近似電子測(cè)量電子測(cè)量第27頁utiustusct分段折線逼近波形綜合分段折線逼近波形綜合n其電路實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。其電路實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。 分段逼近波形綜合電路分段逼近波

14、形綜合電路+E-ER0R1R2R3R4R5R6R1AR2AR3AR4AR5AR6AR7AR7BR6BR5BR4BR3BR2BR1BViVoD1AD1BD2AD3AD4AD5AD6AD2BD3BD4BD5BD6B電子測(cè)量電子測(cè)量第28頁ut（a）ut（b）tu（c）tu（d）鋸齒波的獲得原理鋸齒波的獲得原理 鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（鋸齒波可以通過方波與三角波而獲得，將下圖中（a a）所）所示三角波與圖（示三角波與圖（b b）所示方波直接疊加就可得到圖（）所示方波直接疊加就可得到圖（c c）所）所示的交錯(cuò)鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到了圖（示的交錯(cuò)鋸齒波，再經(jīng)過全波整流，就得到

15、了圖（d d）所示）所示的鋸齒波。的鋸齒波。電子測(cè)量電子測(cè)量第29頁頻率頻率控制控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)三角波三角波緩沖器緩沖器正弦波綜正弦波綜合及緩沖合及緩沖正恒正恒流源流源負(fù)恒負(fù)恒流源流源比較器比較器方波方波緩沖器緩沖器外外部部頻頻率率控控制制函數(shù)函數(shù)選擇選擇及其及其它波它波形產(chǎn)形產(chǎn)生生輸出輸出放大放大輸出輸出濾波濾波直流直流補(bǔ)償補(bǔ)償積分積分電路電路函數(shù)發(fā)生器基本組成原理函數(shù)發(fā)生器基本組成原理電子測(cè)量電子測(cè)量第30頁8.3.1 8.3.1 頻率合成的基本概念頻率合成的基本概念頻率頻率1 1輸出輸出石英晶體石英晶體代數(shù)運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率合成原理頻率頻率n n

16、輸出輸出基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率電子測(cè)量電子測(cè)量第31頁晶振晶振諧波發(fā)生器（倍頻）諧波發(fā)生器（倍頻）分頻（分頻（1010）8MHz8MHz混頻（混頻（+ +）混頻（混頻（+ +）2MHz2MHz濾波濾波分頻（分頻（1010）2.8MHz2.8MHz濾波濾波0.28MHz0.28MHz分頻（分頻（1010）混頻（混頻（+ +）濾波濾波6MHz6MHz6.28MHz6.28MHz0.628MHz0.628MHz3MHz3MHz3.628MHz3.628MHz直接式頻率合成原理框圖直接式頻率合成原理框圖1MHz1MHz1MHz1MHz9MHz9MHz優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲很低。頻率切換迅速，相位

17、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。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。輸出輸出3.628MHz3.628MHz電子測(cè)量電子測(cè)量第32頁電子測(cè)量電子測(cè)量第33頁電子測(cè)量電子測(cè)量第34頁鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測(cè)量電子測(cè)量第35頁鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd電子測(cè)量電子測(cè)量第36頁電子測(cè)量電子測(cè)量第37頁（a） 諧波倍頻環(huán)諧波倍頻環(huán)VCOPDLPFfO=Nfifi諧波諧波形成形成Nfifo=Nfi（b）數(shù)字倍頻環(huán)）數(shù)字倍頻環(huán)VCOPDLPFfi

18、N倍頻式鎖相環(huán)原理圖倍頻式鎖相環(huán)原理圖fiNPLLNfi（c）倍頻環(huán)簡化圖）倍頻環(huán)簡化圖電子測(cè)量電子測(cè)量第38頁分頻式鎖相環(huán)原理圖分頻式鎖相環(huán)原理圖VCOPDLPFfo=fi/NfiN（b）數(shù)字分頻環(huán)）數(shù)字分頻環(huán)VCOPDLPFfo=fi/Nfi諧波諧波形成形成（a）諧波分頻環(huán)）諧波分頻環(huán)fiNPLLfo=fi/N（c）分頻環(huán)簡化圖）分頻環(huán)簡化圖電子測(cè)量電子測(cè)量第39頁P(yáng)DLPFVCOM（）（）fi1fi2fo+fi2（b）相減混頻環(huán)）相減混頻環(huán)PDLPFVCOM（）（）fi1fi2fo= fi1+ fi2fo-fi2（a）相加混頻環(huán)）相加混頻環(huán)fo= fi1- fi2混頻鎖相環(huán)混頻鎖相環(huán)+P

19、LLfi1fi2fo= fi1+ fi2-PLLfi1fi2fo= fi1- fi2（c）相加環(huán)簡化圖）相加環(huán)簡化圖（d）相減環(huán)簡化圖）相減環(huán)簡化圖電子測(cè)量電子測(cè)量第40頁fo= Nfi1+ fi234005100KHz10KHzPD2LPF2VCO2M（）（）fi2fi1fo-Nfi1Nfi1內(nèi)插振蕩器內(nèi)插振蕩器環(huán)環(huán)1環(huán)環(huán)2倍頻環(huán)倍頻環(huán)加法混頻環(huán)加法混頻環(huán)（a） 雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)框圖100110KHzNPLLNfi1+PLLfi1fi2fo=N fi1+ fi2（b） 雙環(huán)合成器簡化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器簡化結(jié)構(gòu)框圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖雙環(huán)合成器原理結(jié)構(gòu)圖VCO1PD1L

20、PF1諧波諧波形成形成電子測(cè)量電子測(cè)量第41頁電子測(cè)量電子測(cè)量第42頁電子測(cè)量電子測(cè)量第43頁 （1）測(cè)量分辨率（）測(cè)量分辨率（1/0.1s） 10Hz（2）在）在0.1s的閘門時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為：的閘門時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為：10KHz0.1s1000， 則量化誤差的相對(duì)值為：則量化誤差的相對(duì)值為：1/10000.1（3）為了顯示不溢出，則在）為了顯示不溢出，則在10s的最大閘門的最大閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)得的值不能超過時(shí)間內(nèi)計(jì)得的值不能超過105，由此可得測(cè)量，由此可得測(cè)量頻率的上限值為：頻率的上限值為：105/10s10KHz 電子測(cè)量電子測(cè)量第44頁解：（解：（1）測(cè)頻時(shí)，在）測(cè)頻時(shí)，在1s的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為：的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為：200Hz1s200 則則量化誤差為：量化誤差為：1/2000.