【正文】 要用于直接測量各種網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性。 第 3章 信號發(fā)生器 一、線性電路幅頻特性的測量 在測量技術(shù)分類中，頻域測量占有重要地位，其中主要原因是線性電路對正弦激勵(lì)的響應(yīng)仍是正弦信號，只是與輸入相比，其振幅和相位發(fā)生了變化，一般情況下都是頻率的函數(shù)。我們已經(jīng)知道，正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù) N( )就反映了該系統(tǒng)激勵(lì)與響應(yīng)間的關(guān)系 ?j)()()()()( ?????? jioio eNUUjUjUjN ?????() 第 3章 信號發(fā)生器 式中 (或?qū)懗? )與 ) (或?qū)懗? )分別稱為電路 (系統(tǒng) )的幅頻特性和相頻特性 . )(?N )(fN )(?? )(f?第 3章 信號發(fā)生器 1．點(diǎn)頻法測量幅頻特性 所謂點(diǎn)頻法，簡單說就是“逐點(diǎn)”測量幅頻特性或相頻特性的方法，如圖 3． 5—1(a)所示。圖中 ui(t)為正弦信號源，接于被測電路輸入端，由低到高不斷改變信號源頻率，信號電壓不應(yīng)超過被測電路的線性工作范圍，用測量儀器在各個(gè)頻率點(diǎn)上測出輸出信號與輸入信號的振幅比 (幅頻特性 )和相位差 (相頻特性 ).以 f為橫座標(biāo)，以振幅比 (或相位差 )為縱座標(biāo)，就可以逐點(diǎn)描繪出如圖 —l(b)所示的頻率特性曲線。 第 3章 信號發(fā)生器 點(diǎn)頻法原理簡單，需要的設(shè)備也不復(fù)雜。但由于要逐點(diǎn)測量，操作繁瑣費(fèi)時(shí)，并且由于頻率離散而不連續(xù)，非常容易遺漏掉某些特性突變點(diǎn)，而這常常是我們在測試和分析電路性能時(shí)非常關(guān)注的問題。另外當(dāng)我們試圖改變電路的結(jié)構(gòu)或元件參，數(shù)時(shí)，任何改變都必然導(dǎo)致重新逐點(diǎn)測量。如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規(guī)律自動連續(xù)并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就得到了被測電路的幅頻特性曲線。這種快速直觀的測量方法就是掃頻法測量的基本思想，提供頻率可自動連續(xù)變化的正弦波信號源，稱為掃頻信號源或掃頻振蕩器。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —1 點(diǎn)頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —1 點(diǎn)頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性 第 3章 信號發(fā)生器 2．掃頻法測量頻率特性 掃頻法測量電路幅頻特性的原理圖示于圖 —2中，在圖 (a)的原理框圖中，除被測網(wǎng)絡(luò)外，其余部分通常都安裝于稱為頻率特性測試儀 (也稱掃頻儀 )的同一儀器中，掃頻信 號發(fā)生器實(shí)際上是頻率可控的正弦振蕩器，比如前面所說的壓控振蕩器 (VCO)，它的振蕩 頻率受掃描電壓 us控制。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —2 掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —2 掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —2 掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理 第 3章 信號發(fā)生器 若掃描電壓為三角波 (圖 (6))，則掃頻信號發(fā)生器瞬時(shí)頻率在掃描正程將隨掃描電壓的線‘陛增加，由 fmin線性地變到 fmax，在回掃期間，又由 fmax線性地變到 fmin ，如此周期性反復(fù)，而掃描信號的幅度則始終保持不變。常用的掃描信號還有鋸齒波和對數(shù)型波等。 第 3章 信號發(fā)生器 振幅不變而頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的正弦信號加到被測電路 (例如調(diào)諧放大器 )的輸入端，由于調(diào)諧放大器的增益隨頻率而變，故其輸出信號 uo的振幅也將隨頻率而改變， uo的包絡(luò)就反映了該放大器的幅頻特性 (圖 (d))，經(jīng)峰值檢波器檢出輸出信號的包絡(luò) (圖(e))，將它送至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時(shí)掃描信號 us 加到示波管的水平系統(tǒng)作為掃描時(shí)基信號，由于掃頻信號叭的瞬時(shí)頻率和水平掃描電壓“ l，的瞬時(shí)值一一對應(yīng)，使得示波管的水平軸成為線性的頻率座標(biāo)軸。這樣在 us和 的共同作用下，示波管熒光屏上就直接顯示出該調(diào)諧放大器的幅頻特性。 ou?ou?第 3章 信號發(fā)生器 和點(diǎn)頻法相比，掃頻法具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性的自動或半自動測量，特別是在進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，人們可以一面調(diào)節(jié)電路中有關(guān)元件，一面觀察熒光屏上頻率特性曲線的變化，從而迅速地將電路性能調(diào)整到預(yù)定的要求 . ② 由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，因此所得到的被測網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線也是連續(xù)的，不會出現(xiàn)由于點(diǎn)頻法中的頻率點(diǎn)離散而遺漏掉細(xì)節(jié)的問題 . 第 3章 信號發(fā)生器 ⑧ 點(diǎn)頻法中是人工逐點(diǎn)改變輸入信號的頻率，速度慢，得到的是被測電路穩(wěn)態(tài)情況下 的頻率特性曲線。掃頻測量法是在一定掃描速度下獲得被測電路的動態(tài)頻率特性，而后 者更符合被測電路的應(yīng)用實(shí)際。 第 3章 信號發(fā)生器 二、掃頻儀的基本構(gòu)成 1．掃頻儀的基本方框圖 圖 3． 5—3中 (a)是掃頻儀原理框圖， (b)是 BT—4型低頻 (200H2—2MH2)掃頻儀框圖。圖 (a)中幾個(gè)主要部分的功能如下。 時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)掃描信號，由該信號控制一個(gè)可調(diào)諧的連續(xù)振蕩源以產(chǎn)生頻率隨時(shí)間變化的正弦信號，頻率變化的規(guī)律就取決于掃描信號，若掃描信號是鋸齒波或三角波 (這是最常用的情況 )，則掃頻規(guī)律就呈線性，或者說掃頻振蕩器輸出正弦信號的瞬時(shí)頻率隨時(shí)間線性增加或降低。有些場合也使用對數(shù)型掃描信號，則掃頻規(guī)律就呈現(xiàn)對數(shù)性。 第 3章 信號發(fā)生器 掃頻振蕩器是掃頻儀的主要部分，實(shí)際上它是一個(gè)調(diào)頻振蕩器，在時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號 (即調(diào)頻的調(diào)制信號 )作用下，產(chǎn)生頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的掃頻振蕩，并利用電平限制電路及自動幅度控制電路以確保輸出振幅平穩(wěn)的掃頻信號，通過輸出控制系統(tǒng)輸出。 時(shí)標(biāo)系統(tǒng)用來產(chǎn)生頻率標(biāo)記 (簡稱頻標(biāo) )信號，以便在示波管熒光屏上確定掃頻信號發(fā)生器的瞬時(shí)頻率和掃頻寬度。掃頻信號施加于被測網(wǎng)絡(luò)輸入端，輸出響應(yīng)經(jīng)檢波，包絡(luò)上 加上頻標(biāo)信號，就可在示波管熒光屏上的頻率特性曲線上找到對應(yīng)的頻率 . 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —3 掃頻儀原理框圖 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —3 掃頻儀原理框圖 第 3章 信號發(fā)生器 2．掃頻振蕩器的工作原理 實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩的方法很多，常用的有磁調(diào)電感法、變?nèi)荻O管法以及微波波段使用的返波管法、 YIG諧振法等。下面簡單介紹前兩種方法。 (1) 磁調(diào)電感法 磁調(diào)電感法原理圖如圖 3． 5—4，圖 (a)中 L C諧振回路的諧振頻率 f0為 CLf20 21??() 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —4 磁調(diào)電感式掃頻法原理 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —4 磁調(diào)電感式掃頻法原理 第 3章 信號發(fā)生器 式中 L2為繞在高頻磁芯 MH上線圈的電感量，若能用時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號改變 L2 ，也就改變了諧振頻率。由電磁學(xué)理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導(dǎo)磁系數(shù) 成正比 0?LL 02 ?? () 第 3章 信號發(fā)生器 式中 L為空芯線圈的電感量。由于高頻磁芯 MH接在低頻磁芯 ML的磁路中，而繞在 ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分的掃描電流，如圖 (b)所示。當(dāng)掃描電流隨時(shí)間變化 時(shí)，使得磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù) 也隨著改變，再由式 (3． 52)、 (3． 53)可知，掃描電流的變化就導(dǎo)致了 L2及諧振頻率 f0的變化實(shí)現(xiàn)了“掃頻”。 0?第 3章 信號發(fā)生器 (2)變?nèi)荻O管法 由式 (3． 5—2)可知，如果能用掃描信號改變諧振電路中電容量 C的大小，也能使諧振頻率隨之改變，變?nèi)荻O管法掃頻振蕩器就是基于這一原理。圖 —5是變?nèi)荻O管特性曲線，這種二極管的特性可表示為 rDjUUCC)1(0?? （ ） 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —5 變?nèi)荻O管特性 第 3章 信號發(fā)生器 式中 Cj0為變?nèi)荻O管反向電壓為零時(shí)的結(jié)電容， r為電容變化系數(shù)， UD為 PN結(jié)勢壘電壓， U為加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓。比如如果使用突變結(jié)的變?nèi)荻O管，則 r＝ 1／ 2，此時(shí)電容為 DjUUCC??10 （ ） 第 3章 信號發(fā)生器 因此，用掃描信號作為 U，當(dāng) U隨時(shí)間變化時(shí)，電容 C也隨之改變，從而也就改變了諧振 頻率，獲得了掃頻信號。 當(dāng)然，前面所敘述的僅是磁調(diào)電感法和變?nèi)荻O管法產(chǎn)生掃頻振蕩的最基本原理，實(shí)際掃頻振蕩器中還有許多其他電路，用以增大掃頻振蕩的頻率復(fù)蓋系數(shù)，改善掃頻線性等。許多掃頻儀中，還將掃頻振蕩器分成幾個(gè)波段，用以擴(kuò)大掃頻范圍，而在不同掃頻波段，可能采用不同的掃頻振蕩方式，用手工切換或自動切換各個(gè)頻段。 第 3章 信號發(fā)生器 三、 BT—3型著 ]頻儀 掃頻振蕩器除應(yīng)具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外，還有下面幾個(gè)主要的性能要求 . (1)中心頻率范圍大且可連續(xù)調(diào)節(jié)。中心頻率是指掃頻信號從低頻到高頻之間中心位置的頻率。不同測試對象對中心頻率要求也不同 . 第 3章 信號發(fā)生器 (2)掃頻寬度 (頻寬 )要寬且可任意調(diào)節(jié)。頻偏是指掃頻信號的瞬時(shí)頻率與中心頻率的差值。顯然，頻偏應(yīng)能復(fù)蓋被測電路的通頻帶，以便測繪該電路完整的頻率特性曲線。例如測試電視接收機(jī)中的圖像中頻通道，要求頻偏達(dá) 177。 5MHz，測試伴音中頻頻道時(shí)，頻偏只需177。 。 第 3章 信號發(fā)生器 (3)寄生調(diào)幅要小。理想的調(diào)頻波應(yīng)是等幅波，因?yàn)橹挥性趻哳l信號幅度保持恒定不變的情況下，被測電路輸出信號的包絡(luò)才能表征該電路的幅頻特性曲線 . (4)掃描線性度好。當(dāng)掃頻信號的頻率和調(diào)制信號間成直線關(guān)系時(shí)，示波管的水平軸則變換成線性的頻率軸，這時(shí)幅頻特性曲線上的頻率標(biāo)尺將均勻分布，便于觀察。在測試寬帶放大器時(shí) 5若使用對數(shù)幅頻特性，則要求掃頻規(guī)律和掃頻電壓之間是對數(shù)關(guān)系。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —6 BT—3掃頻儀原理框圖 第 3章 信號發(fā)生器 2. BT—3型頻率特性測試儀 (掃頻儀 ) BT—3型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、雷達(dá)接收機(jī)的高頻放大器、電視接收機(jī)各通道頻率特性，也可用于鑒頻器測試，是一種較為典型的頻率特性測試儀，其框圖如圖 —6所示，主要由掃頻信號發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器及電源等四部分組成。面板圖示于圖 3． 5—7。 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —7 BT—3面板圖 第 3章 信號發(fā)生器 BT—3型掃頻儀的主要技術(shù)性能： ①中心頻率：在 1～ 300MHz內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分 1 ～ 75MHz， 75～上 50MHz， 1 50～ 300MHz三個(gè)波段； ②掃頻頻偏：最大頻偏 177。 ； ③掃頻信號輸出：輸出電壓 ≥(有效值 )，輸出阻抗 75Ω ～； ④寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時(shí) 177。 ％； ⑤調(diào)頻非線性系數(shù)：最大頻偏時(shí) 20％； ⑥頻標(biāo)信號： 1MHz、 10MHz和外接頻標(biāo)三種。 第 3章 信號發(fā)生器 脈沖信號發(fā)生器 一、脈沖信號 脈沖具有脈動和沖擊的含意，脈沖信號通常指持續(xù)時(shí)間較短有特定變化規(guī)律的電壓或電流信號。常見的脈沖信號有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形、數(shù)字編碼序列等 (參見圖 —2)，其中最基本的脈沖信號是矩形脈沖信號，如圖 3， 6—1所示。下面就以矩形脈沖為例，介紹表征脈沖信號的主要參數(shù)： 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —l 矩形脈沖信號 第 3章 信號發(fā)生器 圖 —l 矩形脈沖信號 第 3章 信號發(fā)生器 ① 脈沖幅度 Um：定義為脈沖波從底部到頂部之間的數(shù)值。 ②脈沖上升時(shí)間 tr：定義為脈沖波從 Um 上升到0. 9Um所經(jīng)歷的時(shí)間，也叫脈沖前沿。 ③脈沖