第 4章 测量用信号源第 4章 测量用信号源
4.1 概述
4.2 低频信号发生器
4.3 高频信号发生器
4.4 函数信号发生器
4.5 合成信号发生器
4.6 脉冲信号发生器
4.7 图形发生器第 4章 测量用信号源
4.1 概述
在电子测量技术领域内，几乎所有的电参数的测量都要使用信号发生器。在实验、检查、测量各种电子线路状态时，要用信号源来产生各种频率和波形的信号，利用它们来绘制各种设备的特性，
如幅 -频特性，噪声系数；用比较法测量信号的频率，脉冲的重复频率；测量仪器的定度，如电压表定度；模拟实际工作时信号通过被测设备；在给定的驻波系数和负载阻抗的情况下，试验被测电路等。
第 4章 测量用信号源信号发生器的分类
按输出波形分类
（ 1）正弦信号发生器。正弦波或受调制的正弦波。
（ 2）脉冲信号发生器。脉宽可调的重复脉冲波。
（ 3）函数信号发生器。幅度与时间成一定函数关系的信号，如正弦波、三角波、方波等各种信号。
（ 4）噪声信号发生器。各种模拟干扰的电信号。
第 4章 测量用信号源信号发生器的分类
按输出频率范围分类
（ 1）超低频信号发生器。范围为 0.001Hz ~ 1kHz。
（ 2）低频信号发生器。范围为 1Hz ~ 1MHz。
（ 3）视频信号发生器。范围为 20Hz ~ 10MHz。
（ 4）高频信号发生器。范围为 200kHz ~ 30MHz。
（ 5）甚高频信号发生器。范围为 30 ~ 300MHz。
（ 6）超高频信号发生器。范围为 300MHz以上。
第 4章 测量用信号源信号发生器的发展趋势
由于电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益增强。随着微处理器的发展，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。
第 4章 测量用信号源
4.2 低频信号发生器
低频信号发生器既可用来产生正弦波，也可以产生脉冲波和三角波。低频信号发生器可用于测量收音机、组合音响、电子仪器、无线电接收机等电子设备中低频放大器的频率特性。低频信号发生器是科学研究、电子产品开发和维护维修以及学校实践的常用仪器。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
低频信号发生器框图缓 冲放 大电 平调 节功 率放 大衰减器阻 抗变 换电 压 指 示表电 压 输 出功 率 输 出主振荡第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
主振荡用来产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。
常见的电路形式有差频式和 RC振荡两类。
第 4章 测量用信号源差频式振荡器
两个高频振荡器分别产生一个频率固定的振荡信号?1和一个频率可变的振荡信号?2，
同时进入混频器，产生低频差频信号，再经过低通滤波器去掉高频部分，最后经低频放大器放大，即可得到具有一定幅度的低频信号电压。
第 4章 测量用信号源差频式振荡器混 频 器固 定 频 率 振荡 器可 变 频 率 振荡 器低 通 滤 波 器 放 大 器
1f
2f
第 4章 测量用信号源
RC振荡器
由三部分构成,RC串并联正反馈选频网络、
运算放大器 A,R11与 Rt组成的负反馈稳幅网络。
R
t
R
1
R
2
C
1
C
2
R
1 1
V
o
R
1
C
1
R
2
C
2
V
o
V
i
+
－
+
第 4章 测量用信号源缓冲放大器
缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。
缓冲的目的是为了隔离后级电路对主振荡电路的影响，确保主振频率稳定，一般采用由射（源）极跟随器或运放组成的电压跟随器，放大的目的是为了使主振荡的输出电压达到预定技术指标，要求频带宽、
谐波失真小、工作稳定等。
第 4章 测量用信号源电平调节器
相当于衰减器，用于改变信号发生器的输出电压或功率，通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由电阻分压器实现。
第 4章 测量用信号源电平调节器
衰减器原理图
R
1
1
2
3
4
5
6
7
8
S
U
i
U
O
R
P
+ -
C
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
R
8
第 4章 测量用信号源功率放大器等
功率放大器 其作用是将衰减器送来的电信号进行功率放大，使其能够达到额定的输出功率。要求功率放大器的工作效率高，
谐波失真小。
阻抗变换器 阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便获得最大输出功率。
电压指示表 电压指示表用于指示电压放大器的输出电压幅度。
第 4章 测量用信号源
XD-22A型低频信号发生器
XD-22A型低频信号发生器面板图电 源
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ
Ⅵ
1
1 0
1 0 0
1 K
1 0 K
1 0 0 K
1 M
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 5
5
0
5
1 5
+-
3 0
5 0
7 0
波 段开频 率占 空 比
S
X D - 2 2 A 型 低 频 信 号 发 生 器
H z
K H z
0
1 0
2 0
3 0
4 0 5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
.
.
.
.
.,
.
.
.
.
输 出 衰 减 d B 输 出 细 调
V
第 4章 测量用信号源注意事项
开机前把输出细调旋钮置于最小值处，防止开机时因振幅超过正常值而打坏表针；
开机后，让仪器预热片刻，使表头指示稳定后才开始使用；
输出波形由转换开关 S控制，按下为脉冲波，弹出为正弦波；
脉冲占空比是指脉冲电压宽度与脉冲周期之比，
其值小于 1；
信号输出电缆的长度以 1± 10%米为宜，太长或太短都会引起高频段（?＞ 500kHz）电压误差。
第 4章 测量用信号源频率调节
由波段选择旋钮和三个频率调节旋钮配合使用进行调节；在数码显示板上将显示出读数，三个数码管对应显示三个频率旋钮的调节值； Hz,kHz
指示灯指示所显示频率的单位。
例如，需要输出频率为 2370Hz的信号，首先将波段选择旋钮置于 Ⅳ 波段，此时 kHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于,2”、,3”和,7”刻度；此时数码显示出 2.37，
即 2.37kHz。输出即为 2370Hz。
第 4章 测量用信号源幅值调节
由输出细调旋钮和衰减旋钮配合使用，进行调节；面板左上方的表头将显示出电压读数；输出值等于电压读数乘以衰减。
如，需要调节 300mV的电压值，首先调节输出细调旋钮使电压读数为,3”；再调节输出衰减旋钮，使其置于,20”，即衰减 20dB，
由表 4-1可知，衰减了 10倍（即，为原值的
0.1）；输出则为 3V× 0.1=300mV。
第 4章 测量用信号源
4.3 高频信号发生器
高频信号发生器是一种为电子设备提供高频等幅正弦波和调制波的信号源。其工作频率一般为 100kHz ~ 35MHz，主要用于各种接收机的灵敏度、选择性等参数的测量。
高频信号发生器按照用途的不同可以分为标准信号发生器和信号发生器两种。
高频信号发生器按照调制方式的不同又可以分为调幅和调频两类。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
高频信号发生器主要由主振级、调制级、
内调制振荡器、输出级、监视器和电源组成。
主振级产生高频正弦信号，送入调制级用内调制振荡器（或外调制输入）的音频信号调制，再送到输出级，以保证有一定的输出电平调节范围和恒定的源阻抗。监视器用来观测输出信号的载波的电平和调幅系数。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
高频信号发生器的基本框图主 振 级 调 制 级 输 出 级内 调 制 振荡 器监 视 器输 出外 调 制 输 入外内
S
电 源第 4章 测量用信号源主振级
主振级就是载波信号发生器，也叫高频振荡器，其作用是产生高频等幅载波信号。
C 1LL
振荡频率C
1
L
2
L
振荡频率
12
1
2
O
f
L L C?
1
2
O
f
LC?
C
1
LL
振荡频率C
1
L
2
L
振荡频率
12
1
2
O
f
L L C?
1
2
O
f
LC?
第 4章 测量用信号源调制级
高频信号发生器中的调制，多采用正弦波幅度调制、正弦波频率调制、脉冲调制和视频幅度调制等。其中，正弦波幅度调制
（调幅）主要用于高频段，正弦波频率调制（调频）主要用于甚高频和超高频段，
脉冲调制多用于微波信号发生器，视频调制主要用于电视使用的频段。现在的信号发生器大都能同时进行调幅和调频。
第 4章 测量用信号源输出级
高频信号发生器中的输出级，主要由放大器、滤波器、连续可调衰减器、步进衰减器等组成。对输出级的要求是：输出电平调节范围宽，能准确读出衰减量，有良好的频率特性，输出端有固定而准确的内阻。
第 4章 测量用信号源调制振荡器
调制信号有内调制信号和外调制信号两种。
调制振荡器就是用以产生内调制信号的，
也叫内调制振荡器，一般的高频信号发生器产生的内调制信号有 400Hz和 1kHz两种。
第 4章 测量用信号源
YB1051高频信号发生器
YB10501高频信号发生器的面板图
Y B 1 0 5 1 高 频 信 号 发 生 器频 率 幅 度
K H z
M H z
V
电 源频 率
4 0 0 H z
衰 减选 择输 出幅 度低 频输 出
2 0 d B
1 0 d B
1 k H z
输 入
1 2 3 4 5
频 率 范 围频 率调 幅 度 频 率 宽 度调 幅调 频幅 度高 频 输 出
- 1 0 d B - 2 0 d B - 4 0 d B
a b c d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
no
p
q
rs
第 4章 测量用信号源使用方法
开启电源 a，对仪器进行预热（ 5 ~10min）。
音频信号的使用。将输入 /输出开关 d弹出
（音频输出），根据需要来设置音频信号的频率和幅度。调节选择开关 b选择需要的频率；通过开关 c进行衰减调节，可进行叠加（同时按进为衰减 30dB）；通过细调旋钮 e进行幅度调节；从低频输出口 f将信号输出。
第 4章 测量用信号源使用方法
高频信号的使用。调幅按钮 g和调频按钮 i弹出；
通过按钮 o选择合适的挡位，并调节频率旋钮 n得到需要的频率，其输出频率值将在频率显示栏 s中显示出来；调节幅度旋钮 k进行幅度调节，同时，
幅度值将在幅度显示栏 q中显示出来；衰减开关可对输出幅度进行衰减，可进行叠加（三个同时按进则衰减 70dB）；通过高频信号输出口 m将信号输出，其有效值为幅度显示栏中的显示值乘以衰减。
第 4章 测量用信号源使用方法
调幅信号的使用。
（ 1）内调幅：输入 /输出开关 d弹出（为输出状态），
按进调幅按钮 g，通过调幅旋钮 h进行幅度调节，
根据高频信号的使用方法，调节调幅波载波的频率和幅度，输出口 m输出已调幅信号。
（ 2）外调幅：输入 /输出开关 d按进（为输入状态），
将外调幅信号输入低频输出 f，调幅开关 g按进，
旋转调幅旋钮 g可调节调幅波的幅度，并可根据高频信号的使用方法，调节调幅波的载波频率和幅度，通过高频输出口 m输出已调幅的信号。
第 4章 测量用信号源使用方法
调频信号的使用。
（ 1）内调频：输入 /输出开关 d弹出（为输出状态），
按进调频开关 i，旋转调频旋钮 j可调节调频波的频偏，根据高频信号的使用方法，调节调频波的载波频率和幅度，通过输出口 m输出已调频的波形。
（ 2）外调频：输入 /输出开关 d按进（为输入状态），
将外调频信号输入低频输出 f，调频开关 i按进，旋转调频旋钮 j可调节调频波的幅度，根据高频信号的使用方法，调节调频波的载波频率和幅度，通过高频输出口 m输出已调频的信号。
第 4章 测量用信号源
4.4 函数信号发生器
函数信号发生器是一种多波形的信号源。
它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形的信号；函数信号发生器还可以利用其本身具有的电压控制振荡频率（ VCF）的功能，作为扫描电路使用。
一些函数信号发生器还具有调制功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和压控振荡器（ VCO）控制。
第 4章 测量用信号源函数信号发生器的基本原理
一般的 RC反馈振荡器因受放大器本身输入阻抗的限制，无法在较低的频率产生振荡，函数信号发生器采用不同的振荡方式可产生非常低的输出频率。
下图所示为函数信号发生器的基本方框图，三角波发生器为其基本振荡电路，可输出一个三角波电压。将三角波经由电压比较器上可输出频率相同的方波；将三角波经由正弦波整形电路即可得到正弦波输出。
第 4章 测量用信号源函数信号发生器的基本原理
函数信号发生器的基本方框图频率控制网络正弦波整形电路电压比较器三角波发生器缓冲器
VF C
in
方波正弦波三角波第 4章 测量用信号源三角波发生器
三角波发生电路正向电流源频率控制网络
V F C
in
负向电流源反相器三角波缓冲器
1
I
2
I
1
D
2
D
3
D
4
D
1
V?
1
V?
o
V
CC
V
C
V
C
i
第 4章 测量用信号源三角波发生器
正向与负向电流源供给积分电容 Ci一定值的充电电流，使其两端的电压随时间做线性变化。当反相器的输出端 VC为正时，二极管开关电路中的 D1和 D3将呈开路状态，正向电流源 I1供给积分电容正向充电电流，输出电压将随时间而呈线性增加第 4章 测量用信号源三角波发生器
当输出电压上升到电压比较电压＋ V1时，比较器动作使得反相器改变其工作状态，此时反相器的输出 VC为负，二极管开关电路中 D2和 D4因反向偏压而呈开路状态，负向电流源 I2供给积分电容器反向电流，使其输出电压随时间 而呈线性下降，
当输出电压下降到比较器的下限比较电压－ V1时，
比较器动作使得反相器又改变其工作状态，如此反复动作而产生输出。若正向与反向电流的大小相同时，则其输出电压波形的正斜率与负斜率相同，从而输出三角波。
第 4章 测量用信号源正弦波整形电路
正弦波整形电路
+ 2 V
- 2 V
6
V
5
V
4
V
3
V
2
V
1
V
-
6
V
5
V
4
V
3
V
2
V
1
V
- - - - -
R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
6
R
5
R
4
R
3
R
2
R
1
R
7
R
12
R
11
R
10
R
9
R
8
三角波输入正弦波输出第 4章 测量用信号源正弦波整形电路
其功能是将三角波整形为近似的正弦波输出，若加一定的调整电路，其输出的正弦波失真率小于 1%；电阻构成一组串联分压网络，各个二极管有不同的反向偏压，故二极管须在不同的输入电压下，使其为正向偏压才会导通。
第 4章 测量用信号源
YB1602函数信号发生器
YB1602函数信号发生器面板图
1 0 s
1 s
0,1 s
电 源
2 H z
2 0 H z 2 0 0 H z 2 k
2 0 0 k
2 M
2 0 k
计 数复 位计 数 / 频 率 输 出
V C F
T T L / C M O
S
0,1
1
微 调频 率 微 调开
2 0 %
5 0 %
7 0 %
占 空 比扫 描 对 数扫 描
L M
线 性开外
- +
M I N
M A X
电 平 幅 度
2 0 d B 4 0 d B
波 形 选 择衰 减
k H z
m
V
V
p - p
p - p
Y B 1 6 0 2 函 数 信 号 发 生 器
0,2 H z
2 M H z
~
a
b c d e f g h i
j
k
l
m
n
o
pq
第 4章 测量用信号源使用方法
打开电源之前，首先检查输入的电压，将电源插入仪器后面的电源插孔，对各个按钮进行初始调节。
（ 1）电源开关 a弹出（断开电源）；
（ 2）衰减开关 i弹出；
（ 3）外测频率开关 g弹出；
（ 4）电平开关 l弹出；
（ 5）扫描开关 f弹出；
（ 6）占空比开关 d弹出。
第 4章 测量用信号源使用方法
将输出的电压信号由信号输出端口 k通过连接线接入示波器 Y通道输入端口。
通过波形选择开关 h选择需要输出的波形，示波器上将显示出所选择的波形。
（ 1）改变频率选择开关 q，旋转频率微调旋钮 c，示波器显示的波形和 LED窗口 b中显示的频率将发生明显变化；
（ 2）旋转幅度旋钮 j，顺时针旋转至最大，示波器显示的波形幅度将 ≥20VP-P；
（ 3）将电平开关按入；顺时针旋转电平旋钮，示波器波形向上移动，逆时针旋转电平旋钮，示波器波形则向下移动；
最大变化量为 ± 10V以上（注：超过 ± 10V后，波形被限幅）；
（ 4）按入衰减开关，调节衰减数，同样可以通过示波器观察波形的衰减。
第 4章 测量用信号源使用方法
斜波产生。波形选择开关 h置于“三角波”。
（ 1）按入占空比开关；
（ 2）调节占空比旋钮，三角波将变成斜波。
计数、复位：按入复位键,LED显示为,0”。
按计数键，当计数 /频率输入端有输入时,LED开始计数。
外测频率。按入外测频率开关 g，外测频率指示灯亮。
（ 1）外测信号由计数 /频率输入端输入；
（ 2）选择适当的频率范围，由高量程向低量程慢慢调节，
选择合适的有效数；当有溢出时，必须将量程提高一挡，
以确保测量的精度。
第 4章 测量用信号源使用方法
扫描。按入扫描开关，此时幅度输出端口输出的信号为扫描信号。
（ 1）线性 /对数开关，在扫描状态下弹出为线性扫描，按入为对数扫描；
（ 2）调节扫描速率旋钮，可以改变扫描的速率。
TTL/CMOS输出。 TTL/CMOS端口 m接示波器 Y通道输入端（ DC耦合输入），示波器将显示方波或脉冲波；该输出端可以作为 TTL/CMOS数字电路实验的时钟信号源。
第 4章 测量用信号源使用方法
VCF（压控调频）。由 VCF输入端口 n输入
1 ~ 5V的调制信号，此时，幅度输出口 k输出为调频信号。
调频（ FM）。由 FM输入端口输入频率为
10 ~ 20Hz的电压调制信号，此时，幅度输出口 k输出为调频信号。
第 4章 测量用信号源
4.5 合成信号发生器
合成信号发生器将频率合成器作为信号发生器中的主振荡器。它既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高准确度的优点，同时输出的频率、电平、调制深度等均可控制，
是一种先进、高挡的信号发生器。合成信号发生器一般都很复杂，但其核心都是频率合成器。
第 4章 测量用信号源合成信号发生器
频率合成器以一个固定的频率为参考频率，能接收外来信号，合成一个其他频率的信号输出，所合成的频率具有与参考频率一样的准确度和稳定度；其控制的线路是用数字电路设计的，可编程控制，故而多用作自动化测试设备的信号源。频率合成器可以合成频率范围极广的信号输出，由几毫赫兹到数千兆赫兹。
频率合成的方法有两种：直接合成法与间接合成法。
第 4章 测量用信号源直接合成法
直接频率合成法的方框图晶 体振 荡 器相 位累 加 器相 位 计 算 逻辑方 波发 生 器输 出放 大 器低 通滤 波 器相 位 / 振 幅 变 换器数 字 / 模 拟 变换 器函 数 选 择 开关 电 路外 部 参 考 频 率输 出
M H z
H z
K H z
f = 4 M H z
1 0 b i t 8 b i t
第 4章 测量用信号源间接合成法
间接合成法又称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的合成。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器，
有利于简化结构，降低成本，易于集成。
第 4章 测量用信号源间接合成法
锁相环路是间接合成法的基本电路，它是完成两个电信号相位同步的自动控制系统。
基本锁相环由鉴相器（ PD）、环路低通滤波器（ LPF）和电压控制振荡器（ VCO）
三部分组成 。
P D L P F V C O
iU U? FU oU
第 4章 测量用信号源间接合成法
其工作原理是：将输出信号 Uo中的一部分反馈回来与输入信号 Ui共同加到鉴相器 PD上进行相位比较，其输出端的误差电压 UФ同两个信号的瞬时相位差成比例。误差电压 UФ经环路低通滤波器 LPF
滤掉其中的噪音以后，用来控制压控振荡器 VCO，
使其振荡频率向其输入频率靠拢，直至锁定。此时，两信号的相位差保持某一恒定值，因而，鉴相器的输出电压也为一直流电压，振荡器就在此频率上稳定下来。
第 4章 测量用信号源
4.6 脉冲信号发生器
脉冲信号发生器是一个产生脉冲波的仪表。
脉冲波与方波的区别在于占空比（ duty
cycle）不同。占空比定义为脉冲平均值与峰值的比例，方波的占空比恒定为 50%，
与信号频率无关。而脉冲的占空比不一定为恒定且可以调整。占空比可以用脉冲宽度与周期或脉冲重复时间之比来表示，即
脉 冲 宽 度占 空 比 周 期第 4章 测量用信号源脉冲的特性
脉冲的特性
1 0 %
9 0 %
5 0 %
预 射上 升时 间下 降时 间
T = 1 / f
振 幅过冲圆 化阻 尼时 间
5 0 %
脉 冲宽 度振 荡圆 化第 4章 测量用信号源典型脉冲发生器的组成方式
典型脉冲信号发生器方框图非 稳 态 多 谐 振 荡 器或 方 波 发 生 器单 稳 态 多 谐 振 荡 器
T
周期脉 宽周 期宽 度输出第 4章 测量用信号源典型脉冲发生器的组成方式
工作原理为：由非稳态多谐振荡器产生自由振荡输出，控制此多谐振荡器的振荡频率，即决定输出脉冲的周期或脉冲重复频率。非稳态多谐振荡器的输出接至单稳态多谐振荡器，经触发后产生脉冲输出，输出脉冲的宽度由单稳态多谐振荡器来调整。
第 4章 测量用信号源
4.7 图形发生器
图形发生器（ pattern generator）是彩色电视机维护与调整时不可缺少的仪器，可输出彩色条纹信号、点、方格、垂直线、水平线等各种不同的基本图形信号。
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
彩色条纹信号是提供彩色电视机色信号电路调整或检查所需的信号源，彩色条纹信号的产生方式有两种，一种为 NTSC标准型，
为实验室与从事彩色电视工业的工程师们所采用。另一种为偏位型，较适于维护检修工作方面使用。
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
彩色条纹图形黄
、
橙橙
I
红
R
-
Y
紫红
-
（
G
-
Y
）
红蓝
Q
蓝
B
-
Y
绿蓝青
-
I
蓝绿
-
(
R
-
Y
)
绿
G
-
Y
21 3 4 5 6 7 8 9 1 0
3 0
o
6 0
o
9 0
o
1 2 0
o
1 5 0
o
1 8 0
o
2 1 0
o
2 4 0
o
2 7 0
o
3 0 0
o
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
偏位彩色条纹信号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
I QR - Y B - Y - Y G - Y
一 水 平 扫 描 周 期水平同步信号色同步信号水平同步信号约 8
周 期 的偏 位 副载 波
3 0
o
6 0
o
9 0
o
1 2 0
o
1 5 0
o
1 8 0
o
2 1 0
o
2 4 0
o
2 7 0
o
3 0 0
o
0
o
彩 色 条 纹 信 号第 4章 测量用信号源基本图形信号
各种基本图形第 4章 测量用信号源垂直线条的形成
1 2 2 0
扫 描 线白 线黑 底
1 2 2 0
1 2
水 平同 步 脉 冲白 电 平黑 电 平第 4章 测量用信号源水平线条的形成黑 底白 线
1
2
1 5
垂 直同 步 脉 冲水 平 同 步 脉 冲白 电 平黑 电 平
1 2 1 5
4.1 概述
4.2 低频信号发生器
4.3 高频信号发生器
4.4 函数信号发生器
4.5 合成信号发生器
4.6 脉冲信号发生器
4.7 图形发生器第 4章 测量用信号源
4.1 概述
在电子测量技术领域内，几乎所有的电参数的测量都要使用信号发生器。在实验、检查、测量各种电子线路状态时，要用信号源来产生各种频率和波形的信号，利用它们来绘制各种设备的特性，
如幅 -频特性，噪声系数；用比较法测量信号的频率，脉冲的重复频率；测量仪器的定度，如电压表定度；模拟实际工作时信号通过被测设备；在给定的驻波系数和负载阻抗的情况下，试验被测电路等。
第 4章 测量用信号源信号发生器的分类
按输出波形分类
（ 1）正弦信号发生器。正弦波或受调制的正弦波。
（ 2）脉冲信号发生器。脉宽可调的重复脉冲波。
（ 3）函数信号发生器。幅度与时间成一定函数关系的信号，如正弦波、三角波、方波等各种信号。
（ 4）噪声信号发生器。各种模拟干扰的电信号。
第 4章 测量用信号源信号发生器的分类
按输出频率范围分类
（ 1）超低频信号发生器。范围为 0.001Hz ~ 1kHz。
（ 2）低频信号发生器。范围为 1Hz ~ 1MHz。
（ 3）视频信号发生器。范围为 20Hz ~ 10MHz。
（ 4）高频信号发生器。范围为 200kHz ~ 30MHz。
（ 5）甚高频信号发生器。范围为 30 ~ 300MHz。
（ 6）超高频信号发生器。范围为 300MHz以上。
第 4章 测量用信号源信号发生器的发展趋势
由于电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益增强。随着微处理器的发展，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。
第 4章 测量用信号源
4.2 低频信号发生器
低频信号发生器既可用来产生正弦波，也可以产生脉冲波和三角波。低频信号发生器可用于测量收音机、组合音响、电子仪器、无线电接收机等电子设备中低频放大器的频率特性。低频信号发生器是科学研究、电子产品开发和维护维修以及学校实践的常用仪器。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
低频信号发生器框图缓 冲放 大电 平调 节功 率放 大衰减器阻 抗变 换电 压 指 示表电 压 输 出功 率 输 出主振荡第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
主振荡用来产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。
常见的电路形式有差频式和 RC振荡两类。
第 4章 测量用信号源差频式振荡器
两个高频振荡器分别产生一个频率固定的振荡信号?1和一个频率可变的振荡信号?2，
同时进入混频器，产生低频差频信号，再经过低通滤波器去掉高频部分，最后经低频放大器放大，即可得到具有一定幅度的低频信号电压。
第 4章 测量用信号源差频式振荡器混 频 器固 定 频 率 振荡 器可 变 频 率 振荡 器低 通 滤 波 器 放 大 器
1f
2f
第 4章 测量用信号源
RC振荡器
由三部分构成,RC串并联正反馈选频网络、
运算放大器 A,R11与 Rt组成的负反馈稳幅网络。
R
t
R
1
R
2
C
1
C
2
R
1 1
V
o
R
1
C
1
R
2
C
2
V
o
V
i
+
－
+
第 4章 测量用信号源缓冲放大器
缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。
缓冲的目的是为了隔离后级电路对主振荡电路的影响，确保主振频率稳定，一般采用由射（源）极跟随器或运放组成的电压跟随器，放大的目的是为了使主振荡的输出电压达到预定技术指标，要求频带宽、
谐波失真小、工作稳定等。
第 4章 测量用信号源电平调节器
相当于衰减器，用于改变信号发生器的输出电压或功率，通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由电阻分压器实现。
第 4章 测量用信号源电平调节器
衰减器原理图
R
1
1
2
3
4
5
6
7
8
S
U
i
U
O
R
P
+ -
C
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
R
8
第 4章 测量用信号源功率放大器等
功率放大器 其作用是将衰减器送来的电信号进行功率放大，使其能够达到额定的输出功率。要求功率放大器的工作效率高，
谐波失真小。
阻抗变换器 阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便获得最大输出功率。
电压指示表 电压指示表用于指示电压放大器的输出电压幅度。
第 4章 测量用信号源
XD-22A型低频信号发生器
XD-22A型低频信号发生器面板图电 源
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ
Ⅵ
1
1 0
1 0 0
1 K
1 0 K
1 0 0 K
1 M
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 5
5
0
5
1 5
+-
3 0
5 0
7 0
波 段开频 率占 空 比
S
X D - 2 2 A 型 低 频 信 号 发 生 器
H z
K H z
0
1 0
2 0
3 0
4 0 5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
.
.
.
.
.,
.
.
.
.
输 出 衰 减 d B 输 出 细 调
V
第 4章 测量用信号源注意事项
开机前把输出细调旋钮置于最小值处，防止开机时因振幅超过正常值而打坏表针；
开机后，让仪器预热片刻，使表头指示稳定后才开始使用；
输出波形由转换开关 S控制，按下为脉冲波，弹出为正弦波；
脉冲占空比是指脉冲电压宽度与脉冲周期之比，
其值小于 1；
信号输出电缆的长度以 1± 10%米为宜，太长或太短都会引起高频段（?＞ 500kHz）电压误差。
第 4章 测量用信号源频率调节
由波段选择旋钮和三个频率调节旋钮配合使用进行调节；在数码显示板上将显示出读数，三个数码管对应显示三个频率旋钮的调节值； Hz,kHz
指示灯指示所显示频率的单位。
例如，需要输出频率为 2370Hz的信号，首先将波段选择旋钮置于 Ⅳ 波段，此时 kHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于,2”、,3”和,7”刻度；此时数码显示出 2.37，
即 2.37kHz。输出即为 2370Hz。
第 4章 测量用信号源幅值调节
由输出细调旋钮和衰减旋钮配合使用，进行调节；面板左上方的表头将显示出电压读数；输出值等于电压读数乘以衰减。
如，需要调节 300mV的电压值，首先调节输出细调旋钮使电压读数为,3”；再调节输出衰减旋钮，使其置于,20”，即衰减 20dB，
由表 4-1可知，衰减了 10倍（即，为原值的
0.1）；输出则为 3V× 0.1=300mV。
第 4章 测量用信号源
4.3 高频信号发生器
高频信号发生器是一种为电子设备提供高频等幅正弦波和调制波的信号源。其工作频率一般为 100kHz ~ 35MHz，主要用于各种接收机的灵敏度、选择性等参数的测量。
高频信号发生器按照用途的不同可以分为标准信号发生器和信号发生器两种。
高频信号发生器按照调制方式的不同又可以分为调幅和调频两类。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
高频信号发生器主要由主振级、调制级、
内调制振荡器、输出级、监视器和电源组成。
主振级产生高频正弦信号，送入调制级用内调制振荡器（或外调制输入）的音频信号调制，再送到输出级，以保证有一定的输出电平调节范围和恒定的源阻抗。监视器用来观测输出信号的载波的电平和调幅系数。
第 4章 测量用信号源基本组成和工作原理
高频信号发生器的基本框图主 振 级 调 制 级 输 出 级内 调 制 振荡 器监 视 器输 出外 调 制 输 入外内
S
电 源第 4章 测量用信号源主振级
主振级就是载波信号发生器，也叫高频振荡器，其作用是产生高频等幅载波信号。
C 1LL
振荡频率C
1
L
2
L
振荡频率
12
1
2
O
f
L L C?
1
2
O
f
LC?
C
1
LL
振荡频率C
1
L
2
L
振荡频率
12
1
2
O
f
L L C?
1
2
O
f
LC?
第 4章 测量用信号源调制级
高频信号发生器中的调制，多采用正弦波幅度调制、正弦波频率调制、脉冲调制和视频幅度调制等。其中，正弦波幅度调制
（调幅）主要用于高频段，正弦波频率调制（调频）主要用于甚高频和超高频段，
脉冲调制多用于微波信号发生器，视频调制主要用于电视使用的频段。现在的信号发生器大都能同时进行调幅和调频。
第 4章 测量用信号源输出级
高频信号发生器中的输出级，主要由放大器、滤波器、连续可调衰减器、步进衰减器等组成。对输出级的要求是：输出电平调节范围宽，能准确读出衰减量，有良好的频率特性，输出端有固定而准确的内阻。
第 4章 测量用信号源调制振荡器
调制信号有内调制信号和外调制信号两种。
调制振荡器就是用以产生内调制信号的，
也叫内调制振荡器，一般的高频信号发生器产生的内调制信号有 400Hz和 1kHz两种。
第 4章 测量用信号源
YB1051高频信号发生器
YB10501高频信号发生器的面板图
Y B 1 0 5 1 高 频 信 号 发 生 器频 率 幅 度
K H z
M H z
V
电 源频 率
4 0 0 H z
衰 减选 择输 出幅 度低 频输 出
2 0 d B
1 0 d B
1 k H z
输 入
1 2 3 4 5
频 率 范 围频 率调 幅 度 频 率 宽 度调 幅调 频幅 度高 频 输 出
- 1 0 d B - 2 0 d B - 4 0 d B
a b c d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
no
p
q
rs
第 4章 测量用信号源使用方法
开启电源 a，对仪器进行预热（ 5 ~10min）。
音频信号的使用。将输入 /输出开关 d弹出
（音频输出），根据需要来设置音频信号的频率和幅度。调节选择开关 b选择需要的频率；通过开关 c进行衰减调节，可进行叠加（同时按进为衰减 30dB）；通过细调旋钮 e进行幅度调节；从低频输出口 f将信号输出。
第 4章 测量用信号源使用方法
高频信号的使用。调幅按钮 g和调频按钮 i弹出；
通过按钮 o选择合适的挡位，并调节频率旋钮 n得到需要的频率，其输出频率值将在频率显示栏 s中显示出来；调节幅度旋钮 k进行幅度调节，同时，
幅度值将在幅度显示栏 q中显示出来；衰减开关可对输出幅度进行衰减，可进行叠加（三个同时按进则衰减 70dB）；通过高频信号输出口 m将信号输出，其有效值为幅度显示栏中的显示值乘以衰减。
第 4章 测量用信号源使用方法
调幅信号的使用。
（ 1）内调幅：输入 /输出开关 d弹出（为输出状态），
按进调幅按钮 g，通过调幅旋钮 h进行幅度调节，
根据高频信号的使用方法，调节调幅波载波的频率和幅度，输出口 m输出已调幅信号。
（ 2）外调幅：输入 /输出开关 d按进（为输入状态），
将外调幅信号输入低频输出 f，调幅开关 g按进，
旋转调幅旋钮 g可调节调幅波的幅度，并可根据高频信号的使用方法，调节调幅波的载波频率和幅度，通过高频输出口 m输出已调幅的信号。
第 4章 测量用信号源使用方法
调频信号的使用。
（ 1）内调频：输入 /输出开关 d弹出（为输出状态），
按进调频开关 i，旋转调频旋钮 j可调节调频波的频偏，根据高频信号的使用方法，调节调频波的载波频率和幅度，通过输出口 m输出已调频的波形。
（ 2）外调频：输入 /输出开关 d按进（为输入状态），
将外调频信号输入低频输出 f，调频开关 i按进，旋转调频旋钮 j可调节调频波的幅度，根据高频信号的使用方法，调节调频波的载波频率和幅度，通过高频输出口 m输出已调频的信号。
第 4章 测量用信号源
4.4 函数信号发生器
函数信号发生器是一种多波形的信号源。
它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形的信号；函数信号发生器还可以利用其本身具有的电压控制振荡频率（ VCF）的功能，作为扫描电路使用。
一些函数信号发生器还具有调制功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和压控振荡器（ VCO）控制。
第 4章 测量用信号源函数信号发生器的基本原理
一般的 RC反馈振荡器因受放大器本身输入阻抗的限制，无法在较低的频率产生振荡，函数信号发生器采用不同的振荡方式可产生非常低的输出频率。
下图所示为函数信号发生器的基本方框图，三角波发生器为其基本振荡电路，可输出一个三角波电压。将三角波经由电压比较器上可输出频率相同的方波；将三角波经由正弦波整形电路即可得到正弦波输出。
第 4章 测量用信号源函数信号发生器的基本原理
函数信号发生器的基本方框图频率控制网络正弦波整形电路电压比较器三角波发生器缓冲器
VF C
in
方波正弦波三角波第 4章 测量用信号源三角波发生器
三角波发生电路正向电流源频率控制网络
V F C
in
负向电流源反相器三角波缓冲器
1
I
2
I
1
D
2
D
3
D
4
D
1
V?
1
V?
o
V
CC
V
C
V
C
i
第 4章 测量用信号源三角波发生器
正向与负向电流源供给积分电容 Ci一定值的充电电流，使其两端的电压随时间做线性变化。当反相器的输出端 VC为正时，二极管开关电路中的 D1和 D3将呈开路状态，正向电流源 I1供给积分电容正向充电电流，输出电压将随时间而呈线性增加第 4章 测量用信号源三角波发生器
当输出电压上升到电压比较电压＋ V1时，比较器动作使得反相器改变其工作状态，此时反相器的输出 VC为负，二极管开关电路中 D2和 D4因反向偏压而呈开路状态，负向电流源 I2供给积分电容器反向电流，使其输出电压随时间 而呈线性下降，
当输出电压下降到比较器的下限比较电压－ V1时，
比较器动作使得反相器又改变其工作状态，如此反复动作而产生输出。若正向与反向电流的大小相同时，则其输出电压波形的正斜率与负斜率相同，从而输出三角波。
第 4章 测量用信号源正弦波整形电路
正弦波整形电路
+ 2 V
- 2 V
6
V
5
V
4
V
3
V
2
V
1
V
-
6
V
5
V
4
V
3
V
2
V
1
V
- - - - -
R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
6
R
5
R
4
R
3
R
2
R
1
R
7
R
12
R
11
R
10
R
9
R
8
三角波输入正弦波输出第 4章 测量用信号源正弦波整形电路
其功能是将三角波整形为近似的正弦波输出，若加一定的调整电路，其输出的正弦波失真率小于 1%；电阻构成一组串联分压网络，各个二极管有不同的反向偏压，故二极管须在不同的输入电压下，使其为正向偏压才会导通。
第 4章 测量用信号源
YB1602函数信号发生器
YB1602函数信号发生器面板图
1 0 s
1 s
0,1 s
电 源
2 H z
2 0 H z 2 0 0 H z 2 k
2 0 0 k
2 M
2 0 k
计 数复 位计 数 / 频 率 输 出
V C F
T T L / C M O
S
0,1
1
微 调频 率 微 调开
2 0 %
5 0 %
7 0 %
占 空 比扫 描 对 数扫 描
L M
线 性开外
- +
M I N
M A X
电 平 幅 度
2 0 d B 4 0 d B
波 形 选 择衰 减
k H z
m
V
V
p - p
p - p
Y B 1 6 0 2 函 数 信 号 发 生 器
0,2 H z
2 M H z
~
a
b c d e f g h i
j
k
l
m
n
o
pq
第 4章 测量用信号源使用方法
打开电源之前，首先检查输入的电压，将电源插入仪器后面的电源插孔，对各个按钮进行初始调节。
（ 1）电源开关 a弹出（断开电源）；
（ 2）衰减开关 i弹出；
（ 3）外测频率开关 g弹出；
（ 4）电平开关 l弹出；
（ 5）扫描开关 f弹出；
（ 6）占空比开关 d弹出。
第 4章 测量用信号源使用方法
将输出的电压信号由信号输出端口 k通过连接线接入示波器 Y通道输入端口。
通过波形选择开关 h选择需要输出的波形，示波器上将显示出所选择的波形。
（ 1）改变频率选择开关 q，旋转频率微调旋钮 c，示波器显示的波形和 LED窗口 b中显示的频率将发生明显变化；
（ 2）旋转幅度旋钮 j，顺时针旋转至最大，示波器显示的波形幅度将 ≥20VP-P；
（ 3）将电平开关按入；顺时针旋转电平旋钮，示波器波形向上移动，逆时针旋转电平旋钮，示波器波形则向下移动；
最大变化量为 ± 10V以上（注：超过 ± 10V后，波形被限幅）；
（ 4）按入衰减开关，调节衰减数，同样可以通过示波器观察波形的衰减。
第 4章 测量用信号源使用方法
斜波产生。波形选择开关 h置于“三角波”。
（ 1）按入占空比开关；
（ 2）调节占空比旋钮，三角波将变成斜波。
计数、复位：按入复位键,LED显示为,0”。
按计数键，当计数 /频率输入端有输入时,LED开始计数。
外测频率。按入外测频率开关 g，外测频率指示灯亮。
（ 1）外测信号由计数 /频率输入端输入；
（ 2）选择适当的频率范围，由高量程向低量程慢慢调节，
选择合适的有效数；当有溢出时，必须将量程提高一挡，
以确保测量的精度。
第 4章 测量用信号源使用方法
扫描。按入扫描开关，此时幅度输出端口输出的信号为扫描信号。
（ 1）线性 /对数开关，在扫描状态下弹出为线性扫描，按入为对数扫描；
（ 2）调节扫描速率旋钮，可以改变扫描的速率。
TTL/CMOS输出。 TTL/CMOS端口 m接示波器 Y通道输入端（ DC耦合输入），示波器将显示方波或脉冲波；该输出端可以作为 TTL/CMOS数字电路实验的时钟信号源。
第 4章 测量用信号源使用方法
VCF（压控调频）。由 VCF输入端口 n输入
1 ~ 5V的调制信号，此时，幅度输出口 k输出为调频信号。
调频（ FM）。由 FM输入端口输入频率为
10 ~ 20Hz的电压调制信号，此时，幅度输出口 k输出为调频信号。
第 4章 测量用信号源
4.5 合成信号发生器
合成信号发生器将频率合成器作为信号发生器中的主振荡器。它既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高准确度的优点，同时输出的频率、电平、调制深度等均可控制，
是一种先进、高挡的信号发生器。合成信号发生器一般都很复杂，但其核心都是频率合成器。
第 4章 测量用信号源合成信号发生器
频率合成器以一个固定的频率为参考频率，能接收外来信号，合成一个其他频率的信号输出，所合成的频率具有与参考频率一样的准确度和稳定度；其控制的线路是用数字电路设计的，可编程控制，故而多用作自动化测试设备的信号源。频率合成器可以合成频率范围极广的信号输出，由几毫赫兹到数千兆赫兹。
频率合成的方法有两种：直接合成法与间接合成法。
第 4章 测量用信号源直接合成法
直接频率合成法的方框图晶 体振 荡 器相 位累 加 器相 位 计 算 逻辑方 波发 生 器输 出放 大 器低 通滤 波 器相 位 / 振 幅 变 换器数 字 / 模 拟 变换 器函 数 选 择 开关 电 路外 部 参 考 频 率输 出
M H z
H z
K H z
f = 4 M H z
1 0 b i t 8 b i t
第 4章 测量用信号源间接合成法
间接合成法又称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的合成。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器，
有利于简化结构，降低成本，易于集成。
第 4章 测量用信号源间接合成法
锁相环路是间接合成法的基本电路，它是完成两个电信号相位同步的自动控制系统。
基本锁相环由鉴相器（ PD）、环路低通滤波器（ LPF）和电压控制振荡器（ VCO）
三部分组成 。
P D L P F V C O
iU U? FU oU
第 4章 测量用信号源间接合成法
其工作原理是：将输出信号 Uo中的一部分反馈回来与输入信号 Ui共同加到鉴相器 PD上进行相位比较，其输出端的误差电压 UФ同两个信号的瞬时相位差成比例。误差电压 UФ经环路低通滤波器 LPF
滤掉其中的噪音以后，用来控制压控振荡器 VCO，
使其振荡频率向其输入频率靠拢，直至锁定。此时，两信号的相位差保持某一恒定值，因而，鉴相器的输出电压也为一直流电压，振荡器就在此频率上稳定下来。
第 4章 测量用信号源
4.6 脉冲信号发生器
脉冲信号发生器是一个产生脉冲波的仪表。
脉冲波与方波的区别在于占空比（ duty
cycle）不同。占空比定义为脉冲平均值与峰值的比例，方波的占空比恒定为 50%，
与信号频率无关。而脉冲的占空比不一定为恒定且可以调整。占空比可以用脉冲宽度与周期或脉冲重复时间之比来表示，即
脉 冲 宽 度占 空 比 周 期第 4章 测量用信号源脉冲的特性
脉冲的特性
1 0 %
9 0 %
5 0 %
预 射上 升时 间下 降时 间
T = 1 / f
振 幅过冲圆 化阻 尼时 间
5 0 %
脉 冲宽 度振 荡圆 化第 4章 测量用信号源典型脉冲发生器的组成方式
典型脉冲信号发生器方框图非 稳 态 多 谐 振 荡 器或 方 波 发 生 器单 稳 态 多 谐 振 荡 器
T
周期脉 宽周 期宽 度输出第 4章 测量用信号源典型脉冲发生器的组成方式
工作原理为：由非稳态多谐振荡器产生自由振荡输出，控制此多谐振荡器的振荡频率，即决定输出脉冲的周期或脉冲重复频率。非稳态多谐振荡器的输出接至单稳态多谐振荡器，经触发后产生脉冲输出，输出脉冲的宽度由单稳态多谐振荡器来调整。
第 4章 测量用信号源
4.7 图形发生器
图形发生器（ pattern generator）是彩色电视机维护与调整时不可缺少的仪器，可输出彩色条纹信号、点、方格、垂直线、水平线等各种不同的基本图形信号。
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
彩色条纹信号是提供彩色电视机色信号电路调整或检查所需的信号源，彩色条纹信号的产生方式有两种，一种为 NTSC标准型，
为实验室与从事彩色电视工业的工程师们所采用。另一种为偏位型，较适于维护检修工作方面使用。
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
彩色条纹图形黄
、
橙橙
I
红
R
-
Y
紫红
-
（
G
-
Y
）
红蓝
Q
蓝
B
-
Y
绿蓝青
-
I
蓝绿
-
(
R
-
Y
)
绿
G
-
Y
21 3 4 5 6 7 8 9 1 0
3 0
o
6 0
o
9 0
o
1 2 0
o
1 5 0
o
1 8 0
o
2 1 0
o
2 4 0
o
2 7 0
o
3 0 0
o
第 4章 测量用信号源彩色条纹信号
偏位彩色条纹信号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
I QR - Y B - Y - Y G - Y
一 水 平 扫 描 周 期水平同步信号色同步信号水平同步信号约 8
周 期 的偏 位 副载 波
3 0
o
6 0
o
9 0
o
1 2 0
o
1 5 0
o
1 8 0
o
2 1 0
o
2 4 0
o
2 7 0
o
3 0 0
o
0
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彩 色 条 纹 信 号第 4章 测量用信号源基本图形信号
各种基本图形第 4章 测量用信号源垂直线条的形成
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扫 描 线白 线黑 底
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水 平同 步 脉 冲白 电 平黑 电 平第 4章 测量用信号源水平线条的形成黑 底白 线
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垂 直同 步 脉 冲水 平 同 步 脉 冲白 电 平黑 电 平
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