信号的产生

四、信号质量问题

同其它电子装置一样，信号源因其电路不完善也会遇到信号质量恶化问题。大多数信号质量问题都是由噪声、失真和处理信号的电路中有限带宽的影响三者作用的结果。

1. 信号质量问题的类型
   噪声：这个包罗万象的术语包括伴随信号的各种不同类型的外来能量。能量可能附加到信号上，类似于音频信道的叠加，或者它可以通过对信号调制来施加影响。具有叠加性质的噪声包括热噪声和有源器件（例如晶体管）噪声以及像电源交流哼声那样的离散信号。特别是，受到设计人员称之为“尖叫声”的离散、非谐波杂散信号的干扰。最难控制的噪声是对信号进行调制的噪声。这类噪声作为相位调制左右着信号，即“相位噪声”。它引起信号频谱展宽，在信号源用在发射机和接收机场合时可能带来问题。
   失真：由于传递函数（使输入与输出相关的特性）中存在着一定的非线性，故放大器和其它信号处理电路将使通过它们的信号的波形略微发生畸变。对于正弦信号，这意味着失去纯正弦曲线形状，而信号的谐波与信号一起出现。对于三角波形，会出现线性恶化。然而，脉冲信号源有时却有意利用非线性（饱和）放大器来改善信号源的上升时间和平直度性能。
   带宽限制：没有那个实际电路具有通常在基础分析中所假定的无限大带宽。真实电路如信号源输出放大器只具有有限通带。在真实电路的通带内，增益和信号延时均随频率而变化。当复合信号通过这样的电路时，各信号分量的相对幅度和相对时间位置都会改变。这便引起信号波形的形状改变。这类变化的常见例子是紧接方波上升沿和下降沿之后出现的阻尼振荡（振铃）。
2. 制造商的技术指标
   由于没有能产生完全稳定、无噪声波形的理想信号源，信号源的制造商要对他们的产品作出评估，其中包括缺陷和不足，故必须说明仪器的实际性能，以便用户理解详情。他们以技术指标的形式向客户提供了一系列限制，若干参数因为经常被利用而成为以定量方式说明信号源产生的波形质量的标准化参数。
   频率精度：射频和音频振荡器的频率通常由机械方式改变的电容器控制。频率和电容之间的关系被记录成度盘校准，且可以计读和设定到优于1%。然而，另一些因素通常却会降低这个精度。制造公差、元件老化和环境温度是主要因素。
   幅度精度：输出波形的幅度通常用V或dBm（以1mW功率为参考的dB数）表示。幅度的技术指标会在大范围内变化。可以预料，较昂贵的仪器一般将给出较精密的数字。往往比音频信号源更贵的射频信号发生器一般也具有更好的技术标准。某些信号发生器具有计读输出幅度的仪表和将仪表设定到标准电平的微调控制旋钮。另一些发生器则具有数字读出和维持幅度不变的自动电路。通常有一个可转接的衰减器按10dB（或更小）的步长来降低输出电平。输出电平的精度在宽频范围和在较大的衰减值时会变坏（这在数据单中称为“平坦度”）。这两种效应主要由衰减器中的寄生阻抗引起。输出电平用置于发生器输出端的标准电阻性负载规定。标准电阻性负载对于射频信号源通常为50欧姆，但若信号源用于视频场合则也可能是75欧姆。
   通常音频振荡器在输出端也有步进衰减器，但步进之间的电平用未经校准的电位器设定。随频率变化的平坦度和衰减器的精度一般都做了规定，标准负载为600欧姆。
   频率稳定度：理想的正弦波是无噪声的，且无论频率还是幅度都绝对恒定不变。自然，非理想振荡器与此不符。稳定度反映了非理想振荡器接近理想振荡器的程度。依据显著的频率变化的时间量级是几分钟还是几分之一分钟，稳定度进一步分类为长期稳定度和短期稳定度。长期频率稳定度的实例是“预热漂移”，这是一种电感器和电容器在电路功耗加热数分钟或数小时期间，通常因它们的尺寸变化而引起的频率变化。这类稳定度用诸如“加电后30分钟变化小于10kHz”这样一类术语来规定。另一方面，短期稳定度则是受具有较高频率含量的一些物理因素如随机噪声、电源纹波和颤噪声的影响，这些因素导致输出信号的快速频率变化。短期因素的影响依据有效值进行组合，然后表示为振荡器的频率调制（FM）。这类技术指标的一个典型例子是“小于10Hz rms 偏离的交流哼声和噪声”。
   谐波失真：为了努力获得理想的正弦波信号，可以用它的谐波失真来反映其接近理想信号的程度。“谐波”是具有为基本信号频率整数倍的频率的正弦波。若正弦波伴有一些它的谐波，则最终得到的波形便不再是正弦波形，亦即出现了失真。随着谐波项的数目和幅度的增加，失真亦增大。谐波失真的大小通常用两种方法之一加以规定。较少使用的方法是对任何谐波项给出一个