第3章 信号源-01--09版.ppt

第3章信号源 内容提要 3 1信号源概述3 2低频信号发生器3 3函数信号发生器3 4高频信号发生器3 5合成信号发生器 重点 掌握各类测试信号源的特点 工作原理和使用方法 难点 各类测试信号源的工作原理与电路构成 常用信号发生器示例 脉冲信号发生器 函数 任意波形发生器 功率函数信号发生器 函数发生器 计数器 视频和电视信号发生器 3 1信号源概述 信号源的作用和组成信号源的分类正弦信号源的性能指标 3 1 1信号源在电子测量中的作用和组成 1 信号源的作用信号源是能够产生不同频率 不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器 信号源的用途主要有以下三方面 激励源 测量用的激励信号 信号仿真 标准信号源 校准测量仪器 2 信号源的组成基本构成如图3 1所示 一般包括振荡器 变换器 指示器 电源及输出电路等部分 用RC或LC电路调节输出频率 调频 调幅两个电路 调频可直接由振荡器实现 调幅有专门电路完成 衰减器电路 阻抗变换器和电压表几部分 1 按频率范围大致可分为六类 1 超低频信号发生器频率在0 0001 1KHz范围内 2 低频信号发生器频率在1Hz 20KHz 或1MHz 范围内 其中用得最多的是音频信号发生器 频率范围在20Hz 20KHz之间 3 视频信号发生器频率在20KHz 10MHz范围内 3 1 2信号源的分类 4 高频信号发生器频率在200KHz 30MHz范围内 大致相当于长 中 短波段的范围 广播的波段 5 甚高频信号发生器频率在30MHz 300MHz范围内 相当于米波波段 6 超高频信号发生器频率一般在300MHz以上 相当于分米波 厘米波波段等 工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器 射频信号 易于辐射的无线电信号 大体为30KHz 若干GHz的范围 2 按输出波形 大致可分为 正弦波形发生器 脉冲信号发生器 函数信号发生器 噪声信号发生器 3 按照信号发生器的性能指标可分为 一般信号发生器 标准信号发生器 3 1 3正弦信号源的性能指标 1 频率特性 1 频率范围 上述 2 频率准确度 度盘数值与实际输出信号频率间的偏差 3 频率稳定度 是指其它外界条件恒定不变的情况下 在规定时间内 信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小 RC和LC信号源 频率准确度可达10量级 稳定度可达10 10量级 利用晶体振荡器的合成信号源 频率准确度和稳定度都可达到10量级 2 3 8 4 2 输出特性正弦信号源的输出特性一般包括输出电平范围 输出电平的频响 输出电平的准确度 输出阻抗等指标 1 输出电平范围指输出信号幅度的有效范围 也就是信号发生器的最大和最小输出电平的可调范围 输出幅度可用电压 mV V 和分贝 dB 两种方式表示 2 输出电平的频率响应是指在有效频率范围内调节频率时 输出电平的变化情况 也就是输出电平的平坦度 3 输出电平准确度输出电平准确度一般由电压表刻度误差 输出衰减器换档误差 0dB准确度和输出电平平坦度等几项指标综合组成 输出阻抗信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600 或1K 功率输出端根据输出匹配变压器的设计而定 通常有50 75 150 600 和5K 等 高频信号发生器一般有50 和75 两种不平衡输出 3 调制特性描述高频信号发生器输出正弦波的同时 输出调频 调幅 调相或脉冲调制信号的能力 下一节 结束返回 3 2低频信号发生器 低频信号发生器的输出信号频率范围通常为20Hz 20KHz 也称为音频信号发生器 低频信号发生器可用于测试调整低频放大器 传输网络和广播 音响等电声设备 还可以用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等 3 2 1低频信号发生器的主要性能指标 1 频率范围 1Hz 20KHz或延伸到1MHz 2 频率稳定度 0 1 0 4 小时 3 频率的准确度 1 2 4 输出电压 0 10V连续可调 5 输出功率 0 5 5w连续可调 6 输出阻抗 50 75 150 600 和5K 7 非线性失真系数 0 1 1 8 平衡输出与不平衡输出方式 3 2 2低频信号发生器的基本组成与工作原理如图3 2所示 包括振荡器 放大器 稳压电源 电压表及输出级等部分 振荡器 放大器 输出衰减 稳压电源 电压表 低频信号输出 图3 2低频信号发生器框图 1 振荡器振荡器是低频信号发生器的核心部分 产生频率可调的正弦信号 一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成 振荡器决定输出信号的频率范围和稳定度 1 通用RC振荡电路图3 3为文氏电桥振荡器的原理框图 R1 C1 R2 C2组成RC选频网络 可改变振荡器的频率 R3 R4组成负反馈臂 可自动稳幅 2 差频式振荡电路差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图所示 主要包括固定高频振荡器 可变高频振荡器 混频器 低通滤波器和放大 衰减器等 固定高频振荡器 混频器 可变高频振荡器 低通滤波电路 放大电路 衰减电路 输出 图3 5差频式振荡电路框图 2020 2 26 25 设固定高频振荡器的频率为 可变高频振荡器的频率范围为 则混频器输出的基波差频信号频率范围为差频信号的频率覆盖系数为 2020 2 26 26 式中 可变高频振荡器的频率覆盖系数 可变高频振荡器的最低频率 可变高频振荡器的最高频率 由式可以看出 和越大 差频信号的频率覆盖系数就越大 所得到的低频信号的频率范围也就越宽 2 放大器低频信号发生器的放大器一般包括电压放大器和功率放大器两级 以达到电压输出幅度和功率的要求 3 输出级输出级一般包括输出衰减器电路 阻抗变换器和电压表几部分 3 2 3低频信号发生器的应用 1 使用方法 1 接通电源 频率应有显示 2 根据测试所要求信号的频率选择合适的波段 再通过频率开关得到所需的频率 3 通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅度 并由电压表监测 4 低频信号发生器的输出阻抗一般为600 应注意与被测对象的匹配 2 放大器放大倍数的测量测试电路如图3 6所示 2020 2 26 30 用毫伏表分别测出被测放大器输入 输出信号电压的有效值 即可求出放大器的电压放大倍数 式中UO 被测放大器输入电压的有效值 Ui 被测放大器输出电压的有效值 3 功率放大倍数的测量 2020 2 26 31 3 3函数信号发生器 函数信号发生器实际上是一种多波形信号源 可以输出正弦波 方波 三角波 斜波 半波正弦波及指数波等 3 3 1函数信号发生器的基本组成与原理构成函数发生器的方案很多 通常有三种 2020 2 26 32 1 方波 三角波 正弦波函数发生器的构成方案 由外触发脉冲或内触发脉冲触发 触发施密特电路产生方波 输出信号的频率由触发脉冲决定 然后经积分输出线性变化的三角波或斜波 调节积分时间常数RC值 可改变积分速度 即改变输出的三角波斜率 从而调节三角波的幅度 最后由正弦波形成电路形成正弦波 如图3 7所示 2020 2 26 33 内触发脉冲发生器 施密特触发器 积分器 正弦波形成电路 缓冲放大器 外触发脉冲输入 图3 7方波 三角波 正弦波函数发生器的原理框图 o o o o 2020 2 26 34 2 三角波 方波 正弦波函数发生器的构成方案如图3 8所示 由三角波发生器先产生三角波 然后经方波形成电路产生方波 或经正弦波形成电路形成正弦波 最后经过缓冲放大器输出所需信号 2020 2 26 35 3 正弦波 方波 三角波函数发生器的构成方案由正弦波发生器先产生正弦波 然后经微分电路产生尖脉冲 用脉冲触发单稳电路形成方波 经三角波形成电路产生三角波 最后经过缓冲放大器输出所需信号 正弦波发生器 微分电路 三角波形成电路 方波形成电路 缓冲放大器 缓冲放大器 图3 9正弦波 方波 三角波函数发生器的原理框图 输出三角波 输出方波 2020 2 26 36 3 3 2函数信号发生器的典型电路1 三角波形成电路电路框图如图3 10所示 由恒流源控制电路 恒流源 积分器 包括积分电容C和运算放大器A 和幅度控制电路构成 2020 2 26 37 1 电压斜升过程输出电压可表示为 3 10 式中UO1 斜升输出电压的瞬时值 I1 正恒流源的的电流值 C 积分电容的电容量 2 电压斜降过程输出电压可表示为 3 13 式中UO2 斜升输出电压的瞬时值 I2 负恒流源的的电流值 C 积分电容的电容量 2020 2 26 38 当正负恒流源的恒流值相等时 即I1 I2时 可得到左右对称的三角波 三角波的幅度取决于幅度控制的极限电平 若 可得到正 负幅度对称的波形 2020 2 26 39 2 正弦波形成电路 如图3 12所示典型的二极管网络变换电路 将三角波变换成正弦波 2020 2 26 40 1 在三角波的正半周 当ui的瞬时值很小时 uo ui 2 当三角波的瞬时电压ui上升到u1 3 当三角波的瞬时电压ui上升到u2时 输入电压和输出电压分别为 2020 2 26 41 随着输入三角波的不断增大 二极管V3a V4a依次导通 使得分压器的分压比逐渐减小 输出电压衰减幅度更大 使三角波趋近于正弦波 同理 当三角波自正峰值逐渐减小时 二极管V4a V3a V2a V1a依次截止 分压器的分压比又逐渐增大 输出电压衰减幅度依次变小 同理 在三角波负半周 二极管v1b V2b V3b V4b依次导通与截止 使三角波也趋近于正弦波 如此循环 三角波变换成正弦波 波形如图3 13所示 2020 2 26 42 3 3 3函数信号发生器的性能指标 1 输出波形 有正弦波 方波 脉冲和三角波等波形 具有TTL同步输出 单次脉冲输出等 2 频率范围 频率范围一般分为若干频段 如1Hz 10Hz 10Hz 100Hz 100Hz 1kHz 1kHz 10kHz 10kHz 100kHz 100kHz 1MHz等六个波段 3 输出电压 一般指输出电压的峰 峰值 2020 2 26 43 4 波形特性 不同波形有不同的表示法 一般地有 正弦波的特性用非线性失真系数表示 一般要求 3 三角波的特性用非线性系数表示 一般要求 2 方波的特性参数是上升时间 一般要求 100ns 5 输出阻抗 函数输出50 TTL同步输出600 2020 2 26 44 3 3 4函数信号发生器的应用函数信号发生器可用于音频放大器 滤波器 自动测试系统等的测试 如用于测量低频放大器的幅频特