7.1 概述
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测量用信号源是指测量用信号发生器。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。7．1．1 测量用信号源的作用与分类
1．测量用信号源的作用
信号发生器是输出供给量的仪器，它产生频率、幅度、波形等主要参数可调节的信号，主要有以下几个作用。
（1）测元件参数。如电感、电容及Q值、损耗角等。
（2）测网络的幅频特性、相频特性、周期等。
（3）测试接收机的性能。如测接收机的灵敏度、选择性、AGC范围等指标。 （4）测量网络的瞬态响应。如用方波或窄脉冲激励，测量网络的阶跃响应、冲击响应、时间常数等。
（5）校准仪表。输出频率、幅度准确的信号，校准仪表的衰减器、增益及刻度。
2．信号源的分类
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。
3．正弦信号发生器的分类
（1）超低频信号发生器
频率在0.0001~1KHz范围内。
（2) 低频信号发生器
频率在1Hz~20KHz或1MHz范围内。其中用得最多的是音频信号发生器，频率范围在20Hz~20KHz之间。
（3）视频信号发生器
频率在20Hz~10MHz范围内。
（4）高频信号发生器
频率在200KHz~30MHz范围内，大致相当于长、中、短波段的范围。
（5）甚高频信号发生器
频率在30MHz~300MHz范围内，相当于米波波段。
（6）超高频信号发生器
频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘米波波段等。工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器。
7．1．2 正弦信号发生器的组成
基本构成如图7.1所示，一般包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路等部分。
7．1．3正弦信号发生器的主要性能指标
归纳为频率特性、输出特性和调制特性等三大指标。
1．频率特性
智能识别技术频率特性包括可调的频率范围、频率的准确度、稳定度等技术指标。
（1）频率范围
正弦信号发生器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。
（2）频率的准确度是指信号发生器度盘（或显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，一般用相对误差来表示。
(3) 频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频
率相对于预调值变化的大小。
频率的稳定度又分为频率短期稳定度和长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定时间预热后输出信号的频率,在任意15分钟的时间内所产生的最大变化 。频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，输出信号的频率在任意15小时的时间内所发生的最大变化。
2．输出特性
正弦信号源的输出特性一般包括输出电平范围、输出电平的频响、输出电平的准确度、输出阻抗以及输出信号的频谱纯度等指标。
（1）输出电平范围 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。输出幅度可用电压(mV、V)和分贝(dB)两种方式表示。
（2）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）输出电平准确度 输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减器换档误差、0dB准确度和输出电平平坦度等几项指标综合组成。
（４）输出阻抗 信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω（或1KΩ）；功率输出端根据输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5KΩ等；高频信号发生器一般有50Ω和75Ω两种不平衡输出。
kyx（５）输出信号的频谱纯度 输出信号的频谱纯度反映输出信号波形接近理想正弦波的程度。常用非线性失真系数表示。 3．调制特性
描述高频信号发生器输出正弦波的同时，输出调频、调幅、调相或脉冲调制信号的能力。
7.2 低频信号发生器
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。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，还可以用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等。
7．2．1 低频信号发生器的主要性能指标
（1）频率范围。1Hz～20KHz或延伸到1MHz
（2）频率稳定度。（0.1～0.4）%/小时
（3）频率的准确度。 ±(1～2)%
（4）输出电压。0～10V连续可调
（5）输出功率。0.5～5w连续可调
（6）输出阻抗。50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5KΩ
（7）非线性失真系数。(0.1～1)%
（8）平衡输出与不平衡输出方式。
7．2．2 低频信号发生器的基本组成与工作原理
如图7.2所示，包括振荡器、放大器、稳压电源、电压表及输出级等部分。
1．振荡器
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振荡器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号。一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。振荡器决定输出信号的频率范围和稳定度。
（1）通用RC振荡电路
图7.3为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。
①RC选频网络的选频特性
②文氏电桥振荡器的振荡条件
③文氏电桥振荡器的实际电路
（2）差频式振荡电路
移动机器人底盘差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图7.7所示。主要包括固定高频振荡器、可变高频振荡器、混频器、低通滤波器和放大、衰减器等。
2．放大器
低频信号发生器的放大器一般包括电压放大器和功率放大器两级，以达到电压输出幅度和功率的要求。
3．输出级
输出级一般包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分。
7．2．3 低频信号发生器的应用
1．使用方法
（1）接通电源，频率应有显示。
（2）根据测试所要求信号的频率选择合适的波段，再通过频率开关得到所需的频率。
（3）通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅度，并由电压表监测。
（4）低频信号发生器的输出阻抗一般为600Ω，应注意与被测对象的匹配。
2．放大器放大倍数的测量
用毫伏表分别测出被测放大器输入、输出信号电压的有效值，即可求出放大器的电压放大倍数。
3．功率放大倍数的测量
7.3 函数信号发生器
函数信号发生器实际上是一种多波形信号源，可以输出正弦波、方波、三角波、斜波、半波正弦波及指数波等。
7．3．1函数信号发生器的基本组成与原理
构成函数发生器的方案很多，通常有三种。
1．方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案
由外触发脉冲或内触发脉冲触发，触发施密特电路产生方波，输出信号的频率由触发脉冲
决定，然后经积分输出线性变化的三角波或斜波，调节积分时间常数RC值，可改变积分速度，即改变输出的三角波斜率，从而调节三角波的幅度，最后由正弦波形成电路形成正弦波。
2．三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案
如图7.10所示。由三角波发生器先产生三角波，然后经方波形成电路产生方波，或经正弦波形成电路形成正弦波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。
3．正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案
由正弦波发生器先产生正弦波，然后经微分电路产生尖脉冲，用脉冲触发单稳电路形成方波，经正弦波形成电路产生正弦波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。
7．3．2 函数信号发生器的典型电路
1．三角波形成电路
电路框图如图7.12所示，由恒流源控制电路、恒流源、积分器（包括积分电容C和运算放
大器A）和幅度控制电路构成。
2．正弦波形成电路
图7.14所示为典型的二极管网络变换电路，将三角波变换成正弦波。
（1）在三角波的正半周，当ui的瞬时值很小时， uo = ui 。（2）当三角波的瞬时电压ui 上升到u1。（3）当三角波的瞬时电压ui 上升到u2 时，输入电压和输出电压分别为 随着输入三角波的不断增大，二极管V3a、V4a依次导通，使得分压器的分压比逐渐减小，输出电压衰减幅度更大，使三角波趋近于正弦波。 同理，当三角波自正峰值逐渐减小时，二极管V4a、V3a、V2a、V1a依次截止，分压器的分压比又逐渐增大，输出电压衰减幅度依次变小，三角波也趋近于正弦波，如此循环，三角波变换成正弦波。波形如图7.15所示。
7．3．3 函数信号发生器的性能指标
（1）输出波形。有正弦波、方波、脉冲和三角波等波形，具有TTL同步输出、单次脉冲输出等。
（2）频率范围。频率范围一般分为若干频段，如1Hz～10Hz 、10 Hz～100Hz 、100Hz～1kHz 、1kHz ～ 10kHz、10kHz~100kHz、100kHz ～ 1MHz等六个波段。
（3）输出电压。一般指输出电压的峰-峰值。
（4）波形特性。不同波形有不同的表示法。一般地正弦波的特性用非线性失真系数表示，一般要求≤3%；
三角波的特性用非线性系数表示，一般要求≤2%；方波的特性参数是上升时间，一般要求≤100ns。（5）输出阻抗。函数输出50Ω；TTL同步输出600Ω。
7．3．4 函数信号发生器的应用
函数发生器可用于音频放大器、滤波器、自动测试系统等的测试。如用于测量低频放大器的幅频特性。测试过程如下。
（1）按图7.16所示连线。
（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。
（3）在被测放大器输出端接上负载电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的输出电压值。
（4）按被测电路的技术指标，在保持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐点改变信号发生器的频率，逐点记录被测放大器的输出电压值，然后，根据记录数据，画出被测放大器的频率特性曲线。
7.4 高频信号发生器
7．4．1 高频信号发生器的基本组成与原理
高频信号发生器主要包括主振级、缓冲级、调制级、输出级、监测电路和电源等电路。
7．4．2 高频信号发生器的分类
按产生主振信号的方法不同，高频信号发生器可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器三大类。
7．4．3 调谐信号发生器
由调谐振荡器构成的信号发生器称为调谐信号发生器。
7.4.4 锁相信号发生器
锁相环路是由基准频率源、鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。
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