信号发生器PPT课件.ppt

1 以矩形脉冲信号为例 表征脉冲信号的主要参数如下 1 脉冲幅度 脉冲波从底部到顶部之间的数值 2 脉冲上升时间 脉冲波从0 1上升到0 9所经历的时间 也叫脉冲前沿 3 6脉冲信号发生器 图3 6 1矩形脉冲信号 第三章信号发生器 2 3 脉冲下降时间 脉冲波从0 9下降到0 1所经历的时间 也叫脉冲后沿 4 脉冲宽度 脉冲持续时间 一般指脉冲前 后沿分别等于0 5时相应的时间间隔 3 6脉冲信号发生器 图3 6 1矩形脉冲信号 第三章信号发生器 3 5 平顶降落 表征脉冲顶部不能保持平直而呈现倾斜降落的数值 也常用其对脉冲幅度的百分比值来表示 6 脉冲过冲 包括脉冲上冲b和下冲f 上冲指上升边超过顶值以上所呈现的突出部分 下冲指下降边超过底值以下所呈现的突出部分 3 6脉冲信号发生器 图3 6 1矩形脉冲信号 第三章信号发生器 4 7 脉冲周期和重复频率 周期性脉冲相邻两脉冲之间的时间间隔称为脉冲周期 用T表示 脉冲周期的倒数称为重复频率 用f表示 8 脉冲的占空系数 脉冲宽度与脉冲周期T的比值称为占空系数或空度比 3 6脉冲信号发生器 3 6 1 图3 6 1矩形脉冲信号 第三章信号发生器 5 3 6 2 脉冲信号发生器分类按照用途和产生脉冲的方法不同 脉冲信号发生器可分为通用脉冲发生器快沿脉冲发生器函数发生器数字可编程脉冲信号发生器特种脉冲发生器 3 6脉冲信号发生器 第三章信号发生器 6 3 6 2脉冲信号发生器分类 3 6脉冲信号发生器 通用脉冲发生器 最常用 其输出脉冲频率 延迟时间 脉冲持续时间 脉冲幅度均可在一定范围内连续调节 一般输出脉冲都有 两种极性 有些产品还具有前 后沿可调 双脉冲 群脉冲 闸门 外触发及单次触发等功能 第三章信号发生器 7 3 6脉冲信号发生器 快沿脉冲发生器以快速前沿为其特征 主要用于各类电路瞬态特性测试 特别是测试示波器的瞬态响应 第三章信号发生器 8 3 6脉冲信号发生器 函数信号发生器可输出多种波形信号 有些具有正负尖脉冲信号 已成为通用性极强的一类信号发生器 但作为脉冲信号源 当前主要的问题是上限频率不够高 50MHz左右 前后沿也难提高 不能完全取代通用脉冲信号发生器 第三章信号发生器 9 数字可编程脉冲信号发生器是随着集成电路技术 微处理器技术发展而产生的一代新型脉冲发生器 一般带有GPIB接口 可编程控制 使之进入自动测试系统 特种脉冲信号发生器是指那些具有特殊用途 对某些性能指标有特定要求的脉冲信号源 如稳幅 高压 精密延迟等脉冲发生以及功率脉冲发生器和数字序列发生器等 3 6脉冲信号发生器 第三章信号发生器 10 3 6 3 脉冲信号发生器结构1 基本脉冲信号发生器基本脉冲信号发生器结构如下图所示 各单元主要功能如下 3 6脉冲信号发生器 图3 6 2基本脉冲信号发生器框图 第三章信号发生器 11 1 主振级 该单元是脉冲信号源的核心 振荡源 一般采用恒流源射极耦合自激多谐振荡器产生矩形波 调节振荡器中电容和钳位电压可进行振荡频率粗调 频段 和细调 也可采用正弦振荡 限幅放大和积分电路等构成主振级 3 6脉冲信号发生器 图3 6 2基本脉冲信号发生器框图 第三章信号发生器 12 2 脉冲形成级 主要由延时单元和脉冲形成单元构成 延时单元将主振级送出的信号转换成形成单元所需的延时脉冲 形成单元在延时脉冲作用下 形成宽度准确 波形良好的矩形脉冲 脉冲宽度可在该级进行独立调节 通常采用单稳态触发器作为脉冲形成电路 3 输出级 通常包括脉冲放大器 倒相器等 输出信号幅度 极性在输出级进行调节 3 6脉冲信号发生器 图3 6 2基本脉冲信号发生器框图 第三章信号发生器 13 2 前后沿可调节的脉冲信号发生器除矩形脉冲外 有时还需要其它波形的脉冲号如梯形 三角形等 这些信号可用改变矩形脉冲的前后沿宽度来实现 如下图所示 在基本脉冲发生器中 增加相应的脉冲前后沿调节电路 即可获得不同波形的脉冲信号输出 3 6脉冲信号发生器 图3 6 3前后沿宽度不同的波形 第三章信号发生器 14 3 6脉冲信号发生器 2 前后沿可调节的脉冲信号发生器 图3 6 4XC 14型脉冲信号发生器框图 左下图是XC 14型脉冲信号发生器的原理框图 其各单元电路的输出波形画在右下图中 图3 6 5XC 14框图中各单元输出波形 第三章信号发生器 2019 12 27 15 16 3 7噪声发生器 A引言噪声通常是指干扰有用信号的不期望的 不可预测的扰动 它使有用信号受到干扰而造成失真 降低了信号观察和测量的可靠性 许多情况下 人们希望克服或降低噪声 而有些情况下 噪声又可被人们利用 因而噪声测量技术就成为电子测量领域的一个重要组成部分 并且已在国防 能源 水文 海洋 地理 气象及医疗等部门得到广泛应用 第三章信号发生器 17 B噪声信号发生器是噪声测量中不可缺少的仪器 它能提供在特定的频率范围内有足够的输出电平并具有所要求的统计参数 如功率密度谱 均方根值 概率密度函数等 的噪声信号 3 7噪声发生器 图3 7 1噪声发生器结构 第三章信号发生器 18 B噪声信号发生器在电子测量领域 噪声发生器可用来测量接收机的极限灵敏度 放大器及各有源器件的噪声系数 电声转换器的频响及失真度等 噪声发生器的结构如下图所示 主要由噪声源 变换器及输出衰减器等部分组成 3 7噪声发生器 图3 7 1噪声发生器结构 第三章信号发生器 19 3 7 1 噪声源噪声源是噪声发生器的核心 提供在一定频率范围内有足够高电平和噪声统计特性 如功率谱 均方根值 概率密度函数等 的噪声信号 应用最多的是频谱分布均匀的白噪声 产生白噪声的噪声源通常有下面几种 3 7噪声发生器 第三章信号发生器 20 1 电阻噪声源 任何电阻在一定温度下由于导体中电子无规则的热运动都会产生热噪声 噪声的大小取决于导体 电阻 的热力学状态 噪声电压均方值为 3 7噪声发生器 式中R为电阻值 K为波尔兹曼常数 T为绝对温度 f为系统工作带宽 改变温度 可改变噪声电压的大小 如果将电阻置于低温下 如放在液氮中 它输出的噪声电压极低 可用来测量低噪声放大器的噪声系数 第三章信号发生器 3 7 1 21 2 二极管噪声源 在真空二极管饱和区 如阴极温度一定 则电流也维持恒定 在单位时间内 阴极发射的电子束围绕着平均值起伏变化 这种现象称为 散弹效应 在数kHz到数百MHz范围内散弹噪声具有白噪声特性 一般用改变阳极电流的方法调整噪声输出电平 3 7噪声发生器 第三章信号发生器 22 3 气体放电管噪声源 气体放电管是一种离子器件 由灯丝和阳极构成 管内充有一定气压的惰性气体 氩或氖 当放电管点燃后 管内气体放电 在电场作用下 电子受到不断地加速 在高速运动中又与其它离子和中性粒子碰撞 在碰撞中 一方面使气体进一步电离 一方面电子本身运动速度急剧减慢 损失掉的能量就转化成一定形式的电磁辐射 3 7噪声发生器 由于电子运动速度和碰撞都是随机的 这种电磁辐射就具有噪声的性质 并在极宽的范围内具有均匀的谱密度 如果是同轴结构 其应用频率范围为0 2 5GHz 如果是波导结构 应用频率范围为2 6 75GHz 是微波波段应用的噪声源 第三章信号发生器 23 4 固体噪声源 固态噪声源主要器件是固态噪声二极管 它是一种P N结器件 当工作于反偏压 处于雪崩击穿状态时 载流子雪崩倍增的电流起伏产生雪崩散弹噪声 这种噪声在工作频率远低于雪崩频率时 近似为白噪声 固态噪声源除频率覆盖宽外 还具有体积小 重量轻 功耗低等优点 3 7噪声发生器 第三章信号发生器 24 3 7 2 变换器噪声源输出的噪声功率有限 频谱密度等也由噪声源类型等决定 为了使输出的噪声满足一定的要求 包括输出功率 频谱密度特性等 需要在噪声源后级联变换器 包括带宽放大器等 非线性电路 改变噪声特性如概率密度函数 滤波器频谱变换器等 3 7噪声发生器 第三章信号发生器 25 3 7 3 输出衰减器在噪声发生器中 常用已校准好刻度的衰减器作为输出级 其衰减量在系统工作频率范围内保持恒定 信号电平指示仪表接在衰减器之前 由电平指示仪表的示值和输出倍乘即可得知输出噪声的均方根值或均方值 当需要的噪声电平较小时 也可直接由噪声源输出噪声信号 3 7噪声发生器 第三章信号发生器 26 1如何按信号频段和信号波形对测量用信号源进行分类 2正弦信号发生器的主要性能指标有哪些 各自具有什么含义 3说明文氏桥振荡器的振荡原理 4某文氏桥RC振荡器如题4图所示 其中R3 R4是热敏电阻 试确定它们各自应具有什么性质的温度系数 思考题 题4图 第三章信号发生器 27 5差频式振荡器作低频信号发生器振荡源的原理和优点是什么 6XD 1型低频信号发生器表头指示分别为2V和5V 当输出衰减旋钮分别指向下列各