信号发生器的未来发展趋势

2016年电子测量技术课程论文

信号发生器的未来发展趋势

摘要：现阶段，电子测量技术的发展促进了电子行业的快速发展，也极大地推

动了电子测量仪器和设备的飞速发展以及大大地改善了测量仪器的性能指标。中国在世界上对电子测量技术扮演者重要的角色，这也使得中国成为全球的仪器厂商合作和发展的新兴市场，同时中国在电子测量技术和仪器研发与测量技术应用方面的迅速发展。本文主要介绍信号发生器在电子测量技术方面的功能和用途、信号发生器的种类、设备组成、 性能指标参数和未来的发展趋势，以及信号发生器在电子测量技术方面的用途和功能。信号发生器在不同的应用领域满足其需求可以产生不同频率、幅度的正弦信号、调频信号等调制信号以及不同波形的信号，包括方锯齿波信号、波信号、三角波信号、脉冲信号等，通过所需的参数进行调节信号的频率、幅度、调制度等参数。在实际电子测量时所使用的信号有严格的要求，为了减少测量误差，因此根据对所需信号的参数选择对应的信号发生器进行测量。我国未来的电子技术测量的发展方向是：数据的采集和处理向自动化、数字化进行发展；测量数据的管理更加标准化、科学化；测量数据应用的更加社会化、多样化。更加先进的测量仪器和高精度的测量仪器 将广泛应用于测量技术领域中，有利于提高电子测量的准确性。

关键词：信号发生器 种类 性能指标 发展方向

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目录

摘要：......................................................................................................................................................... 1 1.引言.......................................................................................................................................................... 3 2.信号发生器 .............................................................................................................................................. 3 2.1 信号发生器的用途 ......................................................................................................................... 3 2.2 信号发生器的分类 ......................................................................................................................... 3 2.3 信号发生器的基本构成.................................................................................................................. 4 2.4 信号发生器的技术指标.................................................................................................................. 4 2.5信号发生器分类 .............................................................................................................................. 5 3.结论........................................................................................................................ 错误！未定义书签。 4.参考文献 .................................................................................................................................................. 8

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1.引言

信号发生器也称信号源，信号源向电子测量过程中提供各种所需电信号，它是电子测量仪器中一种使用最广泛、最基础的一种电子测量仪器装置。信号发生器按照信号源的波形分类可以分为四类：正函数（波形）信号、弦信号、随机信号发生器和脉冲信号。信号发生器也被称为振荡器，在社会生活和科学技术领域有着广泛的应用前景。函数发生器产生的各种信号波形均可以傅里叶级数展开成用三角函数方程的形式。函数信号发生器是一种能够产生不同波形的电路，列如正弦波信号、三角波信号、矩形波信号等波形信号。在社会生活、科学应用领域、科研机构、电路调试、电子产品测试方面都需要信号发生器产生的信号源，使用者可以根据所需的信号频率、信号波形、信号的幅值大小来选择信号发生器，实验者可以用相关的测量仪器来测量系统的输出响应参数，根据电路的功能来分析信号在系统中的性能指标。信号发生器在科学和生产实际应用领域有着广泛和价值，如在医疗领域运用超声波信号进行探测人体的受伤情况、生活领域中运用红外线进行探测废墟中人体的生存状态科学、军事领域运用雷达来追踪飞机的飞行轨迹等等有很多现实的意义。

2.信号发生器

2.1 信号发生器的用途

1. 作为一种校准源：在实际测量过程中存在误差，需要对信号源的误差进行校正，减小误差。

2. 作为激励源信号：是电子系统中的的激励源信号。例如，超声波探头的信号激励、运算放大器的信号源输入、功率放大电路中的音频信号等。

3.仿真时的输入信号：信号仿真是采用有与实际环境相同特性的信号去测试电子设备在实际环境中受到的环境干扰问题。在研究高频信号的时候需要考虑到干扰信号的影响，需要采用信号仿真来对干扰信号进行测试，检测系统的性能指标和功能稳定性等。

2.2 信号发生器的分类

信号发生器在实际测量中对信号要求各不相同，故因为信号源的用途多样而信号发生器的种类多，根据其使用的范围可以分成两类：专用信号发生器和通用信号发生器。

专用的信号发生器是为满足特定要求条件下为达到某种目的而特意设计仪器，提供专用的电子测量信号，手机信号的信号发生器、广播的调频信号等。而通用信号发生器应用领域广泛，普适性强。可以将通用信号发生器分为以下几种：

1. 按性能指标进行分类：可分为标准信号发生器和一般信号发生器。

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2. 按输出波形进行分类：根据输出信号的波形的不同进行划分，分为正弦信号发生器发生器和非正弦波信号发生器。

3. 按频率范围进行分类：根据频率差别分为低频信号发生器、高频信号发生器。 4. 其他使用范围进行分类：根据发生器使用范围大小，分为通用和专用信号发生器；根据频率产生的方法进行分类，可以将其分为为谐振信号发生器、合成信号发生器等类别。

2.3 信号发生器的基本构成

1. 振荡器：振荡器是信号发生器的重要组成部分，通过改变振荡器的器件参数后产生需要的频率信号，一般情况下，振荡器的可靠程度是描述信号发生器的工作特性好坏的重要依据，如振荡器的工作频率范围大小是否合适、信号的频率稳定程度有劣的性能参数等。

2. 输出电路：输出电路的本质是满足测量设备需要大功率条件，提高电路带负载的能力，提高输出电路的功率。常用到的输出电路有TTL电路，输出电路的阻抗变换电路。

3. 变换器：变换器是一种将信号进行变换或放大，增强信号的电平稳定输出稳定的波形。常用的变换器有脉冲形成器电、功率放大器等， 2.4 信号发生器的技术指标

1. 信号发生器的频率特性：（1） 频率的稳定度：输出的频率在规定的时间内的最大变化范围值。（2）有效的频率范围：实现电路的各项性能指标后的频率范围称为信号的有效频率范围。（3） 频谱的纯度：频谱的纯度是信号的频率组成成分的百分比。它是信号发生器的一项重要性能指标（4） 频率的准确度：频率准确度是指输出的信号频率的实际值f与其标称值f0的相对偏差。

2. 信号发生器的调制特性：信号在高频电路中拥有调制和解调的特性，对信号进行调幅和调频后，有利于信号的传输，减少信号的干扰能力。例如高频信号发生器拥有调制功能。在调制电路中有各种调制方法，脉冲信号调制、数字信号调制等。

3. 信号发生器的输出特性：（1） 输出阻抗：输出阻抗是信号作用于电路后电路的输出端得阻抗的大小。（2）电平的频率响应特性：频率响应特性是指在在合适的频率范围内输出电平的变化。（3）输出波形：输出波形是指信号发生器对外界提供的信号波形。

4 . 输出电平：其设计到输出电路的电平准确度和电平的变化范围。

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2.5信号发生器分类

2.5.1 低频信号发生器

1. 低频信号发生器的组成：低频信号发生器组成主要包括功率放大器、主振器、缓冲放大器、输出衰减器、电平调节器、阻抗变换器和输出指示器等部分。

1）主振器：主振器是低频信号发生器的核心组成部分，主振器可以产生的正弦信号频率通过改变参数后可以进行调节，信号发生器的有效频率范围和频率稳定度取决与信号发生器的参数设置。产生低频振荡小信号有多种方法，现在使用的低频信号发生器内部使用的是主振器运用文氏电桥振荡电路构成的低频信号发生器。

2）缓冲放大器：缓冲放大器在低频信号发生器中拥有放大和缓冲电压的功能。缓冲的目的是为了将后级的电路与信号发生器的主振器分离，防止后级电路的阻抗变化对主振器的电压稳定有一定的影响，为了保证主振频率稳定，实际情况下运用射极跟随器进行隔离。

3）功率放大器：功率放大器是提高输出电路的功率，对原有的信号输出功率进行放大的作用。一般采用场效应管构成的推挽输出来提高小信号的放大功率。 4）输出衰减器：输出衰减器相当于是通过电路改变输出电压的大小。

4）阻抗变换器：阻抗变换器在电路中通过电路需要对负载进行合适的阻抗匹配，实现输出电路最大输出功率的要求。

5）输出指示：输出指示通过一些电路的特点来表示电压的大小，通过一些测量电路

对信号的输出电压进行测量数值大小。本质是来表示输出电压的大小的一个表示方法。 2. 低频信号发生器的主要性能参数指标：

低频信号发生器的主要特性参数：（1）频率范围：低频信号发生器的频率范围一般是20 Hz~1 MHz，在使用过程中连续可调整；② 频率准确度：低频信号发生器的频率准确度为±(1~3)%；③ 频率稳定度：低频信号发生器的频率稳定度优于0.1%；④ 输出电压：范围一般是0~10 V连续可调； ⑤ 输出功率：输出功率范围一般是0.5~5 W连续可调；⑥非线性失真范围：大小约为0.1%~1%；⑦ 输出阻抗： 50 Ω、75 Ω、600 Ω、5 kΩ； ⑧ 输出形式：发生器的平衡输出与不平衡输出。

2.5.2 高频信号发生器

高频信号发生器的内部结构的组成部分：主要包括振荡器、缓冲级、调制级、输出级、内调制振荡器、频率调制器、监测指示电路等。

（1）振荡器：振荡器主要用来产生高频振荡信号。它是高频信号发生器的核心部分，高频信号发生器的主要工作特性都是由振荡器来决定的。

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