电子测量与仪器仪表样节

项目4 信号源使用与维护

4.1项目描述

本项目的主要内容：信号源的功用、种类和主要性能指标，常见信号源的操作方法与使用注意事项，以及常见故障与简单维护。通过该项目的学习与实践, 可以让读者获得如下知识和技能：

1．了解信号源的分类。

2．理解正弦信号发生器的主要性能指标及用途。

3．能画出低频信号发生器、高频信号发生器、脉冲信号发生器的组成框图，理解其工作原理，并注意其使用要点。

4．了解合成信号发生器的主要技术指标及其分类与用途。了解模拟直接合成法工作原理，理解间接合成法、数字直接频率合成法的工作原理。

5．理解几种函数信号发生器的工作原理与用途。

6．会操作低频信号发生器、高频信号发生器、函数信号发生器等信号源，能使其输出符合要求的信号。

4.2 知识准备

要了解信号源的功用及其主要性能指标，掌握常见信号发生器、合成信号源组成原理特性、操作及维护等基本知识，需要具备以下一些相关的知识和技能，下面进行阐述。 4.2.1信号源的用途

测量用信号发生器通常称为信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、调幅信号、调频信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的幅值也可按需要进行调节。可以说，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号源。

信号源的用途主要有以下三方面：

（1）激励源 作为某些电气设备的激励信号。

（2）信号仿真 在设备测量中，常需要产生模拟实际环境相同特性的信号，如对干扰信号进行仿真。

（3）标准信号源 产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准（或比对）。

4.2.2信号源的结构及类型 1．信号发生器的分类

如图4.1所示，信号源产生不同频率、不同波形或调制的电压/电流信号并加到被测电路与设备上，用其它测量仪器观察、测量被测对象的输出响应，以分析确定被测对象的性能参数。

（1）. 按用途分

根据用途的不同，信号发生器可以分为通用信号发生器和专用信号发生器两类。

专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的。如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等。这类信号发生器的特性与测量对象紧密相关。

通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器、噪声发生器等。正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。按工作频率分类可分为超低频、低频、高频、甚高频、超高频几大类。频率划分并不是绝对的，各类信号发生器频率范围存在重叠情况，这与它们的不同应用范围有关。 （2）. 按频率范围分

按照输出信号的频率范围对无线电测量用正弦信号发生器进行分类是传统的分类方法，如表4.2所示。

（3）. 按输出波形分

根据所输出信号波形的不同，信号发生器可分为正弦信号发生器、矩形信号发生器、脉冲信号发生器、三角波信号发生器、钟形脉冲信号发生器和噪声信号发生器等。

（4）. 按调制方式分

按调制方式的不同，信号发生器可分为调频、调幅、脉冲调制、I-Q矢量调制等类型。

（5）. 按性能指标分

按信号发生器的性能指标，可分为一般信号发生器和标准信号发生器。

4.2.3信号源的性能指标

在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛 的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及测量中。

1. 频率特性 （1) 有效频率范围

各项指标均能得到保证时的输出频率范围称为信号发生器的有效频率范围。 （2) 频率准确度

频率准确度是指输出信号频率的实际值f与其标称值f0的相对偏差，其表达式为

（3) 频率稳定度

f?f0?f???f0f0 频率短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定的时间间隔内的最大变化，表示为

fmax?fmin??f0（4) 频谱纯度

对于正弦信号发生器，频谱纯度也是其重要指标之一。 信号源输出的实际频谱与理想频谱的逼近程度。 2. 输出特性（1) 输出电平

输出电平包括输出电平范围和输出电平准确度。输出电平范围是指输出信号幅度的有效范围，也就是信号发生器的最大和最小输出电平的可调范围，通常采用有效值来度量。 （2) 输出电平的频率响应

输出电平的频率响应是指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。

（3) 谐波失真

指原有频率的各种倍频的有害干扰，这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。

22U2?U32?...?Un???100%U1 式中，U1为输出信号基波的有效值(或幅值) （4) 输出阻抗

输出阻抗的高低随信号发生器类型而异。低频信号发生器一般有50 Ω、600 Ω、5 kΩ等几种不同的输出阻抗，而高频信号发生器一般只有50 Ω(或75 Ω)不平衡输出，在使用高频信号发生器时，要注意阻抗的匹配。 （5) 输出波形

输出波形是指信号发生器所能输出信号的波形。 3. 调制特性

许多信号源还包含调制功能。如高频信号发生器，一般还具有输出一种或多种调制信号的能力，通常为调幅和调频信号，有些还带有调相、脉冲调制、数字调制等功能。调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏以及调制线性等。 4.2.4信号源的操作方法与使用注意事项

1.低频信号发生器 （1）概述：

①.低频信号发生器的输出信号频率范围通常为20HZ~20KHZ，也称为音频信号发生器。

②.低频信号发生器可用于测试调整低频放大器、传输网络和广播、音响等电声设备，还可为高频信号发生器提供外部调制信号。

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