標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

正弦信號(hào)發(fā)生器:正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線(xiàn)性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器;按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器(即信號(hào)源)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器(輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到-100分貝毫瓦以下)和功率信號(hào)發(fā)生器(輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦以上);按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。

包括音頻(200~20000赫)和視頻(1赫~10兆赫)范圍的正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。

頻率為 100千赫~30兆赫的高頻、30~300兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤(pán)刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。(圖1)的輸出信號(hào)電平能準(zhǔn)確讀數(shù)，所加的調(diào)幅度或頻偏也能用電表讀出。此外，儀器還有防止信號(hào)泄漏的良好屏蔽。

從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來(lái)改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再?gòu)暮箅S衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值;還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測(cè)試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。

掃頻信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線(xiàn)性變化的信號(hào)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件(如變?nèi)莨芑虼判揪€(xiàn)圈)來(lái)實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩;在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線(xiàn)電極的直流電壓來(lái)改變振蕩頻率，后來(lái)廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場(chǎng)改變小球的諧振頻率。掃頻信號(hào)發(fā)生器有自動(dòng)掃頻、手控、程控和遠(yuǎn)控等工作方式。

這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號(hào)頻率通?？砂词M(jìn)位數(shù)字選擇，最高能達(dá)11位數(shù)字的極高分辨力。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級(jí)式掃頻，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復(fù)雜，最高輸出頻率只能達(dá)1000兆赫左右。用得較多的間接式頻率合成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過(guò)鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器(在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻)，使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。這種合成器的最高頻率可達(dá)26.5吉赫。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調(diào)制功能(調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相)，加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構(gòu)成一種新型的高性能、可程控的合成式信號(hào)發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器。

又稱(chēng)波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形(主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號(hào)。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。圖2為產(chǎn)生上述波形的方法之一，將積分電路與某種帶有回滯特性的閾值開(kāi)關(guān)電路(如施米特觸發(fā)器)相連成環(huán)路，積分器能將方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一閾值或下降到另一閾值時(shí)發(fā)生躍變而形成方波，頻率除能隨積分器中的RC值的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個(gè)閾值而改變。將三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網(wǎng)絡(luò)，形成許多不同斜度的折線(xiàn)段，便可形成正弦波。另一種構(gòu)成方式是用頻率合成器產(chǎn)生正弦波，再對(duì)它多次放大、削波而形成方波，再將方波積分成三角波和正、負(fù)斜率的鋸齒波等。對(duì)這些函數(shù)發(fā)生器的頻率都可電控、程控、鎖定和掃頻，儀器除工作于連續(xù)波狀態(tài)外，還能按鍵控、門(mén)控或觸發(fā)等方式工作。

產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線(xiàn)性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號(hào)來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時(shí)級(jí)、脈沖形成級(jí)、輸出級(jí)和衰減器等組成。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類(lèi)的電路，除能自激振蕩外，主要按觸發(fā)方式工作。通常在外加觸發(fā)信號(hào)之后首先輸出一個(gè)前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀(guān)測(cè)儀器，然后再經(jīng)過(guò)一段可調(diào)節(jié)的延遲時(shí)間才輸出主信號(hào)脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。有的能輸出成對(duì)的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。

隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩類(lèi)。

完全隨機(jī)性信號(hào)是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。常用的白噪聲發(fā)生器主要有:工作于1000兆赫以下同軸線(xiàn)系統(tǒng)的飽和二極管式白噪聲發(fā)生器;用于微波波導(dǎo)系統(tǒng)的氣體放電管式白噪聲發(fā)生器;利用晶體二極管反向電流中噪聲的固態(tài)噪聲源(可工作在18吉赫以下整個(gè)頻段內(nèi))等。噪聲發(fā)生器輸出的強(qiáng)度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過(guò)電阻熱噪聲的分貝數(shù)(稱(chēng)為超噪比)或用其噪聲溫度來(lái)表示。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途是:①在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)的性能;②外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測(cè)定噪聲系數(shù);③用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，用白噪聲作為輸入信號(hào)而測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。

用白噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，這可用偽隨機(jī)信號(hào)來(lái)解決。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號(hào)的脈沖寬度墹T足夠小，且一個(gè)碼周期所含墹T數(shù)N很大時(shí)，則在低于fb=1/墹T的頻帶內(nèi)信號(hào)頻譜的幅度均勻，稱(chēng)為偽隨機(jī)信號(hào)。只要所取的測(cè)量時(shí)間等于這種編碼信號(hào)周期的整數(shù)倍，便不會(huì)引入統(tǒng)計(jì)性誤差。二進(jìn)碼信號(hào)還能提供相關(guān)測(cè)量中所需的時(shí)間延遲。偽隨機(jī)編碼信號(hào)發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級(jí)移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長(zhǎng)為N=2-1。