低频信号发生器及其应用

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1、第三章低频信号发生器及其应用凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳

2、定性，有输出指示。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。一、低频信号发生器的工作原理低频信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压

3、表时，它可提供交流信号电压。（一）低频信号发生器的原理方框图低频信号发生器的原理方框图如图3-1所示。包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。图3-1低频信号发生器原理方框图主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。电压输出端的负载能力很弱，只能供给电压，故为电压输出。振荡信号再经功率放大器放大后，才能输出较大的功率。阻抗变换器用来匹配不同的负载阻抗，以便获得最大的功率输出。电压表通过开关

4、换接，测量输出电压或输出功率。（二）低频信号发生器的主振电路低频信号发生器的主振级几乎都采用RC桥式振荡电路。这种振荡器的频率调节方便，调节范围也较宽。RC桥式振荡器是一种反馈式振荡器，其原理电路如图3-2所示。T1、T2构成同相放大器，R1、C1、R2、C2为选频网络。选频网络的反馈系数与频率有关（为反馈电压，为放大器输出电压）。因此，反馈网络具有选频特性，使得只有某一频率满足振荡的两个基本条件，即振幅和相位平衡条件。图3-2RC桥式振荡器选频网络是一个RC串并联反馈电路，其电路及频率特性如图3-3（a）、（b）所示。当频率很低接近零时，C1、C

5、2的容抗趋向无穷大，Vo几乎全部降落在Cl上，VF与F近似为零，流过R2的电流也就是流过C1的电流，，而主要由C1来决定，故相位超前90°，所以相位也超前90°。随着频率逐渐升高，C1的容抗逐渐减小，因此C1上的压降减小，R2上的分压则逐渐增加，VF与F亦逐渐增大，选频网络所引起的相移ψ也逐渐变小。图3-3RC选频网络频率特性当频率很高趋向无穷大时，Cl和C2的容抗都很小，Cl是串联于回路中，它与R1相比可以忽略，C2是与R2并联，由于C2的容抗很小，所以与F很小，为在C2上的降压，与同相，所以近似落后于90°。随着频率逐渐降低，VF和F也随着增大

6、，相角ψ也逐渐减小。当ω=ω0时，VF和F达到最大，相移ψ=0。上述过程也可用数学公式表示：R1、C1的串联阻抗为R2、C2的并联阻抗为因此，该网络的传输系数为一般说来，为了调节方便，常取R1=R2=R，C1=C2=C，则上式可改写为当频率ω=ω0=时，则有此时，为实数，即相移ψ=0，F为最大。因此，要产生振荡，需满足ω=ω0=，也就是,即。若,则有即有.可以RLC网络谐振来举例。由于RC串并联网络对不同频率的信号具有上述选频特性，因此，当它与放大器组成正反馈放大器时，就有可能使ω=1/RC的频率满足振幅和相位条件，从而得到单一频率的正弦振荡。如图

7、3-2所示，T1、T2组成两级阻容耦合放大器。其频率特性很宽，可以把放大倍数A看成常数，每级放大器倒相180°，两级放大器共产生360°的相移，为同相放大。在ω=ω0=1/RC时，ψ=0，满足相位平衡条件。只要放大器总放大倍数A≥3，则AF≥1，即可满足振幅平衡条件。因此，在频率为ω0时满足振幅、相位条件而产生振荡，对于其他频率，由于RC网络相移不为零，且振幅传输系数很快下降，所以其他任何频率都不可能形成振荡。图3-4加热敏电阻负反馈桥式振荡器原理图（a）(b)在实际的RC桥式振荡电路中，由于两级放大器的放大量很大（远大于3），正反馈信号很强，使振

8、荡幅度不断增长，直到增长到晶体管输出特性的非线性区域，放大倍数降低，振荡才能稳定。这样，振荡信号很强，一方面使波形失真严重