2.1 信号发生器的分类和技术指标
2.1.1 信号发生器的用途
测量用信号发生器（简称为信号源）可以给被测设备提供各种不同频率和幅值的正弦波信号、方波信号和三角波信号等激励信号，然后由其他的测试仪器观测其输出响应，如图2-1所示。
图2-1 信号发生器的用途
一般电子系统只有在一定电信号激励作用下才能开始工作。因此，信号发生器是必不可少的电子测量仪器之一。归纳起来，其主要有以下3个方面的用途。
1）激励源。信号发生器产生的信号作为某些电子设备的激励信号。
2）信号仿真。在电子设备的测量中，常需要产生模拟实际环境相同特性的信号，这时可利用信号发生器产生的信号模拟此信号进行仿真测量。
3）校准源。信号发生器产生的一些标准信号，可用于对一般的信号源进行校准或比对。
2.1.2 信号发生器的分类
信号发生器种类繁多，用途广泛，总体可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。
通用信号发生器具有广泛而灵活的应用性，按输出波形可分为正弦波信号发生器、函数信号发生器和脉冲信号发生器等。其中正弦波信号发生器在线性系统的测试中应用最广，因为正弦波形不受线性系统的影响，即作为正弦输入信号，经线性系统运行之后，其输出仍为同频正弦信号，不会产生畸变，只是幅值和相位略有差别。函数信号发生器也比较常用，因为它不仅可以产生多种波形，而且信号的频率范围较宽。脉冲信号发生器主要用来测量数字电路的工作性能和测量模拟电路的瞬态响应。
通用信号发生器根据工作频率的不同，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频和超高频几大类，各种信号发生器的频率范围如表2-1所示。
表2-1 各种信号发生器的频率范围
【注意】 频率范围的划分并不是绝对的，各类信号发生器的频率范围也存在重叠的情况，这与它们的不同应用范围有关。例如，有的低频信号发生器的频率上限高于1MHz，有时也将0Hz～6MHz划分为视频信号发生器的频率范围。
专用信号发生器主要用于特殊要求的信号仿真和测量，能提供特殊的测量信号，如电视信号发生器、调频信号发生器等。
另外，信号发生器按对信号的调制方式不同，可分为调幅式、调频式、调相式和脉冲式等类型。
2.1.3 信号发生器的一般组成
图2-2所示为信号发生器的一般组成框图，不同类型的信号发生器其组成有所不同，但其基本结构是相似的，主要由振荡器、变换器、输出电路、电源和指示器5部分组成。
图2-2 信号发生器的一般组成框图
1）振荡器。它是信号发生器的核心，可产生不同频率、不同波形的信号。信号发生器的一些重要工作特性如工作频率、频率的稳定度等基本上由振荡器的状态来决定。
2）变换器。主要用于完成对振荡器信号进行放大、整形及调制等工作。一般来说，振荡器的输出信号都比较微弱，需进行放大和整形。对高频信号发生器而言，变换器还具有对正弦信号进行调制的作用。
3）输出电路。其基本功能是调节输出信号的电平和变换输出阻抗，以提高带负载能力。输出电路一般由衰减器、跟随器及匹配变压器等组成。
4）指示器。用来指示输出信号的电平、频率及调制度，它可能是电压表、功率计、频率计或调制度仪等，可采用指针表、数码LED或LCD显示。指示器本身的准确度一般不高，其示值仅供使用时参考。
5）电源。提供信号发生器各部分所需的直流电压，除了便携式仪器带有电池外，一般的仪器都采用直流稳压电源，将220V、50Hz的市电经变压、整流、滤波及稳压后，供给仪器使用。
2.1.4 信号发生器的主要技术指标
信号发生器的技术指标是指向被测电路提供符合要求的测试信号，主要包括以下3项内容。
1．频率特性
信号发生器的频率特性包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度。
（1）有效频率范围
有效频率范围指各项指标均能得到保证时的输出频率范围。在该频率范围内，有的仪器要求频率连续可调，有的仪器是分波段连续调节，有的则由一系列的离散频率覆盖。例如XFE-6型高频信号发生器，其频率范围为4～300MHz，分为8个连续可调波段。又如美国HP公司的HP-8660C型频率合成器，其产生的正弦信号的频率范围为10kHz～2600MHz，可提供的频率间隔能达到1Hz，总共有26亿个分立频率。
（2）频率准确度
信号发生器的频率准确度是指信号频率的实际值fx与其标称值f0的相对偏差，其表达式为
频率准确度实际上表示了输出信号频率的误差，一般用度盘读数的信号发生器，其频率准确度在±（1%～10%），而一些采用频率合成技术带有数字显示的信号发生器，机内采用高稳定度的石英晶振，其输出频率的准确度可高达10-9～10-8。
（3）频率稳定度
信号发生器的频率稳定度是指在一定时间内仪器输出频率准确度的变化，它表示了信号源维持工作于某一恒定频率的能力。信号发生器的频率稳定度是由振荡器的频率稳定度来保证的。频率稳定度可分为短期频率稳定度和长期频率稳定度。
短期频率稳定度是指信号源在规定的时间内（15min）预热后，其输出频率产生的最大变化，用公式可表示为
式中，fmax、fmin分别为信号频率在任何一个规定的时间间隔内的最大值和最小值。
长期频率稳定度是指信号源在长时间内（如3h、24h等）输出频率的变化。
通用信号发生器的频率稳定度一般为10-4～10-2，用于高精密测量的高精度高稳定度信号发生器的频率稳定度应高于10-7～10-6。一般来说，振荡器的频率稳定度应比所要求的仪器频率准确度高1～2个数量级。
2．输出特性
（1）输出形式
信号发生器的输出形式有不平衡输出（即不对称输出u1）和平衡输出（即对称输出u2）两种形式，如图2-3所示。当信号发生器不平衡输出时，指示器电压值即为输出电压值；当信号发生器平衡输出时，输出电压值为指示器电压值的两倍。
图2-3 信号发生器的平衡 输出和不平衡输出
（2）输出阻抗
信号发生器的输出阻抗因信号发生器的类型不同而不同。低频信号发生器的电压输出端阻抗一般为500Ω（或1kΩ），功率输出端一般安装有匹配变压器，所以有50Ω、150Ω、500Ω和5kΩ等不同的输出阻抗。高频信号发生器一般只有50Ω或75Ω两种不平衡输出阻抗。在使用高频信号发生器时，应使其输出阻抗与负载相匹配。
（3）电平特性
信号发生器的电平特性包括输出电平及其平坦度。输出电平是表征信号源的最大和最小输出电平之间的可调范围，目前正弦信号发生器输出信号的幅度采用有效值或绝对电平来度量。
输出电平平坦度是指在有效的频率范围内，输出电平随频率变化的程度。现代的信号发生器一般都使用自动电平控制电路，可使其电平平坦度保持在±1dB以内。
（4）输出波形及其非线性失真
信号发生器的输出波形是指信号源所能产生信号的波形，函数信号发生器除可以输出正弦波外，还可以输出三角波、方波和锯齿波等。正弦信号发生器应输出单一频率的正弦信号，但由于非线性失真、噪声等原因，其输出信号中都含有谐波等其他成分，即信号的频谱不纯。用来表征信号频谱纯度的技术指标就是非线性失真度γ，一般γ值应小于1%。
3．调制特性
对高频信号发生器来说，一般都能输出调幅波和调频波，有的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。当调制信号由外部电路或低频信号发生器提供时称为外调制。高频信号发生器的调制特性包括调制方式、调制频率、调制系数以及调制线性等。例如QF1481型合成信号发生器同时具有调幅、调频、调相和脉冲调制特性。