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1、测量用信号发生器应知要点,应知1：什么是信号源及其作用 应知2：信号发生器的分类 应知3：信号发生器的基本要求 应知4：信号发生器的主要技术指标 应知5：信号发生器的组成和测量方法 应知6：低频信号发生器工作原理 应知7：高频信号发生器工作原理 应知8： 函数信号发生器原理 应知9：合成信号发生器原理,应知1：什么是信号源及其作用,信号发生器又叫信号源，它是在电子测量中提供符合一定技术要求的电信号的仪器。 信号发生器可产生不同波形、频率和幅度的信号，为测试各种模拟系统和数字系统提供不同的信号源。 应用最为广泛、基本，常以各种形式出现在其它设备中作为一个组成部分，或和其它设备一起组成一套测试系统
2、。,正弦信号发生器（A题）,一、任务 设计制作一个正弦信号发生器。 二、要求 1、基本要求 （1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz； （2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz； （3）输出信号频率稳定度：优于10-4；,（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp1V； （5）失真度：用示波器观察时无明显失真。 2、发挥部分 在完成基本要求应知的基础上，增加如下功能： （1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V1V； （2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz10MHz范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10
3、%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；,（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生； （4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生； （5）其他。,正弦信号发生器（A题）,三、评分标准,应知2：信号发生器的分类,1按输出波形分类 正弦信号发生器： 产生正弦波或受调制的正弦波。 脉冲信号发生器： 产生脉宽可调的重复脉冲波。 函数信号发生器：
4、产生幅度与时间成一定函数关系的信号，即正弦波、三角波、方波等各种信号。,应知2：信号发生器的分类, 噪声信号发生器： 产生各种模拟干扰的电信号。 2按输出频率范围分类 超低频信号发生器： 频率范围为0.001Hz1kHz。 低频信号发生器： 频率范围为1Hz1MHz。,应知2：信号发生器的分类, 视频信号发生器： 频率范围为20Hz10MHz。 高频信号发生器： 频率范围为200kHz30MHz。 甚高频信号发生器： 频率范围为30300MHz。 超高频信号发生器： 频率范围为300MHz以上。,应知3：信号发生器的基本要求,产生一个具有指定波形的振荡信号； 信号的频率应在其有效范围内可调(步
5、进或连续可调)，波形的参数已知；波形失真足够小。 信号的振幅应在其有效范围内可调(步进或连续可调)。 有合适的输出阻抗，高频信号发生器通常为50或75 ，低频信号发生器一般为600或1k。具有功率输出时，可以选择50 ，75 ，150 ，600 和5K 等档,应知4：信号发生器的主要技术指标,1.频率特性 主要包括频率范围、准确度和稳定度。 频率范围 信号发生器的频率范围是指各项指标都能得到保证的输出频率范围，是“有效频率范围”的简称。 有效频率范围，可以通过波段式或差频式、或合成式方法获得较宽频率范围的覆盖。,应知4：信号发生器的主要技术指标,频率准确度 信号发生器的频率准确度是指频率的实际
6、值fx对其标称值f0的相对偏差，其表达式为 式中，f为频率的绝对偏差。,应知4：信号发生器的主要技术指标,度盘读数时，信号发生器的频率准确度约为(0.5%10%)，采用数字式仪器，其输出频率的准确度可达10-810-10量级。,应知4：信号发生器的主要技术指标,频率稳定度 是指在一定的时间间隔内，在其它环境条件不变时，频率源维持其工作于恒定频率的能力。 可分为长期稳定度和短期稳定度。,应知4：信号发生器的主要技术指标,短期稳定度定义为信号发生器经规定的预热时间后，频率在规定时间间隔内(15分钟)的最大变化，表示为 式中，fmax，fmin分别是频率在任何一个规定时间间隔内的最大值和最小值。,应
7、知4：信号发生器的主要技术指标,实际上可以看到，上式指的是频率的不稳定度。 频率长期稳定度是指长时间(年、月的范围内)频率的变化。 一般振荡器的频率稳定度应高于准确度12个数量级。,应知4：信号发生器的主要技术指标,2.输出特性 信号发生器的输出特性包括它的输出阻抗、输出电平、波形及输出衰减等。 输出阻抗 低频信号发生器一般为600或1K。 高频信号发生器一般使用50或75档。使用高频信号发生器时，应注意输出阻抗与负载匹配。,应知4：信号发生器的主要技术指标,电平特性 它是指输出波形的电平的有效范围、频率响应及输出电平的准确度。 如，一般标准高频信号发生器的输出电压为0.1V1V，电平振荡器的
8、输出电平为+10-60dB。,应知4：信号发生器的主要技术指标,波形特性 包括输出波形的种类及其参数。 信号发生器一般可以输出正弦、脉冲等波形，函数信号发生器还可以输出方波、三角波、锯齿波、阶梯波，甚至任意波形。,图 2-1 电子测量中的几种常用波形,应知4：信号发生器的主要技术指标,能够输出多种波形的信号发生器，对其它非正弦波的参数都有着不同的要求。输出脉冲的，有脉宽可调、符合测试要求的上升时间、下降时间等参数指标。 三角波输出时，则要限制非线性等。,电压、电流中的非线性失真度是用基波成分除外的总谐波有效值与基波有效值之比化为百分数来表示。,应知4：信号发生器的主要技术指标,3.调制特性 对
9、高频信号发生器来说，一般还具有输出一种或多种调制信号的能力，通常为调幅和调频。 调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数或最大频偏及调制线性等。 高频信号发生器中调幅的调制频率一般固定为400或1000Hz。,应知5：信号发生器的组成和测量方法；要点1：信号发生器的组成,应知5：信号发生器的组成和测量方法,主振器是信号发生器的核心部分，它产生各种频率、不同波形的信号。 变换器可以完成对频率信号的放大、整形、调制等应知。 输出级的基本应知则是调节信号的输出幅度(电平)和信号源的输出阻抗。 指示器监测输出信号的电平、频率及调制度。 电源供给仪器各部分所需的工作电压。,应知5：信号发生器的组成和测量方
10、法 要点2：利用信号发生器的测量方法,1.谐振法 利用此法，借助信号发生器可以测试阻抗和品质因数。如图,电路谐振时，可由示波器和电压表监测谐振状态，信号发生 器的输出频率就是谐振频率。用谐振公式就可以计算出电感 量大小。,应知5：信号发生器的组成和测量方法,2.二次测量法利用“二次测量”的方法，可以测试放大器的增益、幅频特性、相频特性以及输出阻抗等参数。其输出阻抗的测试过程如下。,先S1接1位，S2不接，测U0。然后闭合S2， 测得U1。,应知5：信号发生器的组成和测量方法,则：,因此，放大器的输出阻抗R0为,“半电压法”介绍,应知5：信号发生器的组成和测量方法,“半电压法”介绍,如果R2是可
11、变电阻箱，就可以利用“半电压法” 测量过程是(1)先测出放大器的开路电压U0。 (2)然后接入R2，并调节其大小，使电压表读数为开路电压的一半，即U1=U0/2 此时R0=R2,应知5：信号发生器的组成和测量方法,3.比较法利用比较法，信号发生器可用来测量电压、电流、功率、频率和调制度等，如图所示。,应知5：信号发生器的组成和测量方法,4.替代法 利用替代法可以测量衰减和相位等，如图2-6所示。加上标准天线，可以测量场强，如图2-7所示。,应知5：信号发生器的组成和测量方法,用替代法测量场强 加上标准天线，可以测量场强，如下图所示。,应知6：低频信号发生器工作原理要点1：低频信号发生器的组成,
12、以输出正弦波为主，工作频率1HZ1MHz范围，多功能、宽量程的电子仪器。广泛用于模拟电路设计，测试维修。例如，各种音频设备的调试与测试。 组成：主振器、连续衰减器（电位器RP）、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）和监测器（监测电压表）,应知6,图2-7低频信号发生器的一般组成方框图,应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式,1、主振级 主振级用来产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。 常见的电路形式有差频式和RC振荡两类。 (1) 差频式振荡器 差频式振荡器的原理见下图。,应知6：低频信号发生器工作原理要点2：主振级基本组成形式
13、(差频式),产生差频信号：f1-f2，如f2从3.3997MHz变为5.1MHz，f1 =3.4MHz，则输出频率为300Hz1.7MHz，频率覆盖范围比较宽,输出波形失真较大、频率准确度和稳定性差，当f1和f2 接近，易产生频率牵引，难获得较低的差频输出。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥),（2）RC振荡器 为了克服以上差频式振荡器的缺点，现代低频信号发生器普遍应用RC振荡器。 RC振荡器又可分为RC移相振荡器、RC双T振荡器、RC文氏电桥振荡器三种。 用得最多的是RC文氏电桥振荡器，它具有输出波形好、振幅稳定、频率范围宽及频率调节方便等优点。,RC文氏
14、电桥电路,为了便于频率调节，常选正反馈网络电阻为R，电容为C，则传输系数可写成,应知6：低频信号发生器工作原理 要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥),应知6：低频信号发生器工作原理 要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥),此时，选频网络的传输系数最大，相移为零。 要求放大器提供360相移才能完成正反馈以满足振荡的相位平衡，即要有两级放大器才行。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥),可见振荡器要输出等幅振荡正弦波，必须 满足两个条件 振幅平衡条件 相位平衡条件 故A3， R1、 R t构成的负反馈支路，利用负温度系数R t的非线性来完成稳幅作用，避免晶体管工
15、作到非线性区，减少输出波形失真。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点2：主振级基本组成形式(文氏电桥),整个电路频率的调节是通过改变桥路电阻值和电容值进行的。 用波段开关改变R进行频率粗调， 用同轴双联可变电容器改变C进行频率细调。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点3：缓冲放大器作用,2 缓冲放大器 缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。,隔离后级电路对主振电路的影响，保证主振频率稳定，一般采用射（源）极跟随器或运放组成的电压跟随器。,电压放大的目的：使主振级的输出电压达到预定技术指标，要求频带宽、谐波失真小、工作稳定等。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点4：衰减器组成与作用,3 衰减
16、器 输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，通常分为连续调节和步进调节。 图所示电路是XD22A型低频信号发生器中采用的输出衰减器。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点4：衰减器组成与作用,调节电位器在不同位置，实现连续调节,调节波段开关S处不同档位，均可使衰减器输出不同的电压，实现步进调节,应知6：低频信号发生器工作原理 要点4：衰减器组成与作用,信号发生器对步进衰减量的表示通常有两种。 (1)直接用步进衰减器的输出电压U0与输入电压UI的比值来表示，即 U0/UI。 (2)将上述的比值取对数再乘以20，即20lg (U0 /UI ), 单位为分贝（dB）。 例如，当U0UI = 0.1时，表示为0.1,对数表示则为()dB。,应知6：低频信号发生器工作原理 要点5：功率放大器的作用,4功率放大器 功率放大器对衰减器送来的电压信号进行功率放
