高频信号发生器（三）

5.3.1 高频信号发生器的组成

高频信号发生器的组成框图如图5.7所示，主要包括振荡器、缓冲级、调制级、输出级、内调制振荡器、频率调制器、监测指示电路等。

（1）振荡器：用于产生高频振荡信号，它是信号发生器的核心，信号发生器的主要工作特性大都由它决定。

（2）缓冲级：主要起隔离放大的作用，用来隔离调制级对主振级可能产生的不良影响，以保证主振级工作稳定，并将主振信号放大到一定的电平。

（3）调制级：主要完成对主振信号的调制。

图5.7 高频信号发生器原理框图

（4）内调制振荡器：供给符合调制级要求的音频正弦调制信号。

（5）输出级：主要由放大器、滤波器、输出微调、输出衰减器等组成。

（6）监测指示电路：监测指示输出信号的载波电平和调制系数。

5.3.2 调谐信号发生器

根据反馈方式，又可分为变压器反馈式、电感反馈式（也称电感三点式或哈特莱式）及电容反馈式（也称电容三点式或考毕兹式）三种振荡形式，如图5.8所示。

图5.8 LC振荡器电路的三种构成形式

（a）变压器反馈式；（b）电感三点式；（c）电容三点式。

5.3.3 合成信号发生器

（1）直接合成法分为模拟直接合成法和数字直接合成法。模拟直接合成法采用基准频率通过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后利用混频、倍频和分频进行频率的算术运算，最终得到所需的频率； 数字直接合成法则是利用ROM和DAC结合，通过控制电路，从ROM单元中读出数据，再进行数/模转换，得到一定频率的输出波形。

（2）间接合成法则通过锁相技术进行频率的算术运算，最后得到所需的频率。

1. 直接合成法

（1）模拟直接合成法

图5.9所示为模拟直接合成法的例子直接频率合成器的原理框图，基准频率源（石英晶体振荡器）产生1 MHz基准频率，通过谐波发生器产生2 MHz、3 MHz、…、9 MHz等谐波频率。连同1 MHz基准频率一起并接在纵横制接线的电子开关上，通过电子开关取出8 MHz、2 MHz、6 MHz、4 MHz信号，再经过10分频器（完成÷10运算），混频器（完成加法或减法运算）和滤波器，最后产生4.628 MHz输出信号。

图5.9 直接频率合成器原理框图

（2）数字直接合成法

数字直接合成法又叫直接数字频率合成（DDS），它是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法，它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域，通过控制相位变化速度来直接产生各种不同频率信号。DDS的基本原理如图5.10所示。

图5.10 DDS的基本原理

与传统的频率合成技术相比，DDS具有以下特殊优点：

（1）频率分辨率高，频点数多。

（2）频率转换快。

（3）相位连续。

（4）信号相干。

（5）相位噪声小。

（6）便于实现复杂方式的信号调制。

（7）微处理器接口，控制容易，稳定可靠。

（8）大规模集成，体积小，功耗低，重量轻。

2. 间接合成技术

图5.11给出了锁相环的基本原理框图。

图5.11 锁相环的基本原理框图

基本锁相环是个闭环相位负反馈环路，由鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）及压控振荡器（VCO）三大部分组成。

（1）鉴相器（PD，又称相位比较器）。

（2）低通滤波器（LPF）。

（3）压控振荡器（VCO）。

将基本锁相环的结构稍加变化，在反馈回路中加入分频比N可变的分频器，就可得到频率合成器中经常使用的锁相环，其原理如图5.12所示。

图5.12 倍频式锁相环原理图

当锁相环锁定时，鉴相器PD两输入端信号的频率差为零，即

从而有

除倍频式锁相环外，还有混频式锁相环（如图5.13所示）等形式，在此不作详述。

图5.13 混频式锁相环

5.3.4 高频信号发生器的主要性能指标

其主要性能指标如下：

（1）频率范围： 100 kHz~30 MHz，共分八个波段。

（2）频率刻度误差： ±1%。

（3）输出电压： 0~1 V（有效值）。

（4）输出阻抗： 40 Ω（0~1 V输出孔）、8 Ω（0~0.1 V输出孔）。

（5）电压表刻度误差： ±5%（载波为1 MHz，1 V电压时）。

（6）内调制信号频率：400 Hz、1000 Hz，误差为±5%。

（7）外调制信号频率： 50 Hz~8 kHz。

（8）调幅范围：当m＜60%时，误差为±5%； 当m＞60%时，误差为±10%。

（9）谐波电平： ＜25 dBc。

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