电子测量技术与仪器
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2.2 高频信号发生器

高频信号发生器是一种向电子设备提供等幅正弦波和调制波的高频信号源。其工作频率一般为几十千赫兹至几百兆赫兹,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。

标准信号发生器是一个对输出电压(功率)、频率和波形已进行校准的振荡器。主要用来调整和试验接收机的噪声系数、灵敏度、振幅特性、选择性等。因此,它必须具有标准的输出电压(功率)衰减器,最小的输出信号,良好的屏蔽,高质量的调制及准确的调制系数测量仪。

信号发生器是一个没有校准输出电压的信号源。主要用来对各种电子设备提供高频能量。其特点是,有足够的输出功率;能输出标准的电压值和很小的电压值,因而不需要屏蔽;有很高的频率稳定度;谐波系数小等。

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。

2.2.1 基本组成和工作原理

高频信号发生器主要包括主振级、调制级、内调制振荡器、输出级、监测器和电源组成。其原理框图如图2-8所示。主振级产生的高频正弦信号,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。监视器用来测量输出信号的载波的电平和调幅系数。

图2-8 高频信号发生器的基本框图

1.主振级

主振级就是载波发生器,也叫高频振荡器,其作用是产生高频等幅信号。振荡电路通常采用LC振荡器。根据反馈方式的不同,可以分为变压器反馈式、电感反馈式(又称为电感三点式)及电容反馈式(又称为电容三点式)等三种振荡器形式。而高频信号发生器的主振级一般采用电感反馈和变压器反馈振荡电路,如图2-9、图2-10所示。通常通过切换振荡回路中不同的电感L来改变频段,通过改变振荡回路中的电容C来改变振荡频率的调节。

图2-9 变压器反馈式振荡器

图2-10 电感反馈式振荡器

频率稳定是高频信号发生器的主要指标,必须采取措施来提高。主振频率的不稳定原因一般有两方面。一方面是外界条件(如,温度、电源电压、负载、湿度等)的变化,直接影响LC振荡回路参数的变化。另一方面是电路和元件内部的噪声、衰老等产生的寄生相移,引起间接的频率变化。

2.调制级

高频信号发生器中的调制,多采用正弦波幅度调制、脉冲调制、视频幅度调制和正弦波频率调制等。其中,调幅主要用于高频段,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。

3.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、步级衰减器等组成。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。

4.调制信号发生器

分为内调制信号和外调制信号两种。调制信号发生器就是产生内调制信号的,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。

2.2.2 高频信号发生器

如图2-11所示,是YB1051型高频信号发生器,以此高频信号系统发生器来说明其主要性能指标、面板装置及使用方法。

图2-11 YB1051型高频信号发生器

1.主要性能指标(YB1051高频信号发生器)

(1)频率范围0.1~40MHz,数字显示,误差0.1%。

(2)输出阻抗50Ω。

(3)输出幅度最大1V有效值,稳幅,数字显示,连续可调。

(4)调制方式内调制信号1kHz。

调幅:深度0~50%,连续可调。

调频:频偏100kHz,连续可调。

(5)低频输出1kHz。

失真度:小于1%。

输出幅度:最大2.5V有效值,连续可调。

衰减:10~40dB。

2.面板说明

YB1051高频信号发生器的面板图如图2-12所示。

图2-12 YB1051高频信号发生器的画板图

a.电源开关

b.音频频率选择(按进为400Hz,弹出为1kHz)

c.音频输出衰减(按进为衰减)

d.音频输入/输出选择(按进为输入,弹出为输出)

e.音频输出幅度细调

f.低频输出口

g.调幅选择(按进有效)

h.幅度调节旋钮

i.调频选择(按进有效)

j.频率调节旋钮

k.幅度细调

l.载波输出幅度衰减(按进有效)

m.高频输出口

n.频率调节旋钮

o.频率范围选择

p.输出幅度单位指示灯

q.输出幅度值显示

r.输出频率单位指示

s.输出频率值显示

3.使用方法

(1)开启电源a,对仪器进行预热(5~10min)。

(2)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频率和幅度。通过选择开关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。

(3)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选择合适的档位,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l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。

(4)调幅信号的使用

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,更具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输出已调信号。

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。

(5)调频信号的使用

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,并可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。

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,并可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。