信号发生器是一种可以产生不同频率、不同幅度及规格波形信号的仪器，它也称为信号源。信号发生器在电子产品的生产、调试以及维修中广泛应用，它可以使电子电器在特定的信号下呈现出其性能的好坏。图2-21所示为使用低频信号发生器及示波器对收音机低频功率放大器的调试方法。图2-21 使用信号发生器为测试电路提供低频信号的方法将低频信号发生器作为信号源，设置其输出1kHz的低频信号，将信号加到电位器W1上。......
2023-06-26
信号发生器的性能探究
【摘要】：正弦信号发生器是最普遍、应用最广泛的一种信号发生器，可用于任何线性双口网络的响应性能测试，且正弦信号容易产生。3）频率稳定度频率稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定的时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。有些信号发生器，并未完全按上述方法给出频率稳定度指标，有的以每小时的频率漂移来确定稳定度，有的则以天为时间单位来表示稳定度。
正弦信号发生器是最普遍、应用最广泛的一种信号发生器，可用于任何线性双口网络的响应性能测试，且正弦信号容易产生。下面就以正弦信号发生器为例，介绍信号发生器的几项重要性能指标。
通常用频率特性、输出特性和调制特性（俗称三大指标）来评价正弦信号发生器的性能。
1.频率特性
常用以下三项技术指标来描述信号发生器的频率特性。
1）频率范围
指信号发生器输出信号的频率范围，在该范围内各项指标应符合要求，还要求在输出频率范围内连续可调或分波段连续可调。例如，国产XD1型信号发生器输出信号频率范围为1 Hz～1 MHz，分为六个频段，为了保证有效频率范围连续，两相邻频段间有相互衔接的公共部分即频段重叠。
2）频率准确度
频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，一般用相对误差表示。
式中 f′——仪器度盘或数字显示的频率；
fo——仪器实际输出频率。
频率准确度实际上是输出信号频率的工作误差，用度盘读数的信号发生器频率准确度约为±（1%～10%），而一些采用频率合成技术并带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有基准频率（晶振）的准确度，若采用高稳定度的晶体振荡器作为基准频率，输出频率的准确度可达到10－8～10－9。
3）频率稳定度
频率稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定的时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。根据国家标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。
频率短期稳定度是指：信号发生器经过规定的时间预热后，信号频率在任意15 min时间内所发生的最大变化，即
式中 f′——仪器度盘或数字显示的频率；
fo——仪器实际输出频率。
频率准确度实际上是输出信号频率的工作误差，用度盘读数的信号发生器频率准确度约为±（1%～10%），而一些采用频率合成技术并带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有基准频率（晶振）的准确度，若采用高稳定度的晶体振荡器作为基准频率，输出频率的准确度可达到10－8～10－9。
3）频率稳定度
频率稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定的时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。根据国家标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。
频率短期稳定度是指：信号发生器经过规定的时间预热后，信号频率在任意15 min时间内所发生的最大变化，即
式中 fmax、fmin——任意15 min内输出信号频率的最大值、最小值。
频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的时间预热后，信号发生器在任意3 h内所发生的最大变化，其表达式仍可用式（5-2）表示。
有些信号发生器，并未完全按上述方法给出频率稳定度指标，有的以每小时的频率漂移来确定稳定度，有的则以天为时间单位来表示稳定度。
一般来说，通用信号发生器的频率稳定度为10－2～10－4，高精度、高稳定度信号发生器的频率稳定度应高于10－7，并且要求频率稳定度一般应比频率准确度高出1～2个数量级。
2.输出特性
信号发生器的输出特性主要包括输出信号的频谱纯度、输出电平及输出阻抗等。
1）输出信号的频谱纯度
信号的频谱纯度是指输出信号的波形接近理想波形的程度。理想的信号发生器应输出一个理想的波形，但由于信号发生器内部存在非线性器件，会产生信号的谐波分量，造成非线性失真，用非线性失真系数γ来表示：
式中 fmax、fmin——任意15 min内输出信号频率的最大值、最小值。
频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的时间预热后，信号发生器在任意3 h内所发生的最大变化，其表达式仍可用式（5-2）表示。
有些信号发生器，并未完全按上述方法给出频率稳定度指标，有的以每小时的频率漂移来确定稳定度，有的则以天为时间单位来表示稳定度。
一般来说，通用信号发生器的频率稳定度为10－2～10－4，高精度、高稳定度信号发生器的频率稳定度应高于10－7，并且要求频率稳定度一般应比频率准确度高出1～2个数量级。
2.输出特性
信号发生器的输出特性主要包括输出信号的频谱纯度、输出电平及输出阻抗等。
1）输出信号的频谱纯度
信号的频谱纯度是指输出信号的波形接近理想波形的程度。理想的信号发生器应输出一个理想的波形，但由于信号发生器内部存在非线性器件，会产生信号的谐波分量，造成非线性失真，用非线性失真系数γ来表示：
式中，U1为输出信号基波幅值的有效值，U2、U3、…、Un为各次谐波分量的有效值。
2）输出电平
输出电平指输出信号幅度的有效范围。通过输出级衰减器调节，可使输出电平在最大、最小幅度范围内变化。输出幅度可用电压（V、mV，μV）或分贝（dB）来表示。
由于输出电平受到各种因素的影响，输出信号幅度也会发生一些变化，可用输出信号幅度稳定度及平坦度指标来表示。幅度稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，在规定时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相对变化量。平坦度指分别由温度变化、电源波动、频率变动等引起的输出幅度变化量。人们往往主要关心输出幅度随频率的变化情况。
3）输出阻抗
信号发生器的输出阻抗视其类型不同而不同。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600 Ω（或1 kΩ），功率输出端的输出阻抗依输出匹配变压器的设计而定，通常有50 Ω、75 Ω、150 Ω、600 Ω 和5 kΩ等。高频信号发生器一般有50 Ω 或75 Ω。使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配，否则信号将产生失真和衰减。
3.调制特性
高频信号发生器输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已调制信号，多数情况下是调幅信号和调频信号。有些还带有调相和脉冲调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制；当调制信号由外部输入进行调制时，称为外调制。这种具有调制特性的信号发生器是测试无线电收、发设备时不可缺少的设备。例如，XFC-A型标准信号发生器，就具备内、外调幅和内、外调频功能，可分别产生调幅信号、调频信号。
式中，U1为输出信号基波幅值的有效值，U2、U3、…、Un为各次谐波分量的有效值。
2）输出电平
输出电平指输出信号幅度的有效范围。通过输出级衰减器调节，可使输出电平在最大、最小幅度范围内变化。输出幅度可用电压（V、mV，μV）或分贝（dB）来表示。
由于输出电平受到各种因素的影响，输出信号幅度也会发生一些变化，可用输出信号幅度稳定度及平坦度指标来表示。幅度稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，在规定时间间隔内输出信号幅度对预调幅度值的相对变化量。平坦度指分别由温度变化、电源波动、频率变动等引起的输出幅度变化量。人们往往主要关心输出幅度随频率的变化情况。
3）输出阻抗
信号发生器的输出阻抗视其类型不同而不同。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600 Ω（或1 kΩ），功率输出端的输出阻抗依输出匹配变压器的设计而定，通常有50 Ω、75 Ω、150 Ω、600 Ω 和5 kΩ等。高频信号发生器一般有50 Ω 或75 Ω。使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配，否则信号将产生失真和衰减。
3.调制特性
高频信号发生器输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已调制信号，多数情况下是调幅信号和调频信号。有些还带有调相和脉冲调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制；当调制信号由外部输入进行调制时，称为外调制。这种具有调制特性的信号发生器是测试无线电收、发设备时不可缺少的设备。例如，XFC-A型标准信号发生器，就具备内、外调幅和内、外调频功能，可分别产生调幅信号、调频信号。
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