电子测量第7章.ppt

第7章,测量用信号源,7.1概述,测量用信号源是指测量用信号发生器，它可以产生不同频率的正弦信号、调幅信号、调频信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号等，其输出信号的幅值也可按需要进行调节。可以说，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号源。,711测量用信号源作用与分类,1测量用信号源的作用（1）测元件参数。如电感、电容及Q值、损耗角等。（2）测网络的幅频特性、相频特性、周期等。（3）测试接收机的性能。如测接收机的灵敏度、选择性、AGC范围等指标。（4）测量网络的瞬态响应。如用方波或窄脉冲激励，测量网络的阶跃响应、冲击响应、时间常数等。（5）校准仪表。输出频率、幅度准确的信号，校准仪表的衰减器、增益及刻度。,2信号源的分类,可分为通用和专用信号发生器两大类。专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的。如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等。这类信号发生器的特性与测量对象紧密相关。通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器、噪声发生器等。正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。,3正弦信号发生器的分类,（1）超低频信号发生器。（2）低频信号发生器。（3）视频信号发生器。（4）高频信号发生器。（5）甚高频信号发生器。（6）超高频信号发生器。,712正弦信号发生器的组成,1振荡器2变换器3指示器4输出电路5电源,正弦信号发生器的基本组成框图,713正弦信号发生器的主要性能指标,1频率特性频率范围、频率准确度、频率稳定度2输出特性输出电平范围输出电平的频率响应输出电平准确度输出阻抗输出信号的频谱纯度,3调制特性,高频信号发生器输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调频、调幅。有些还常有调相和脉冲调制等。调制信号有的是信号发生器内部产生的，称为内调制，有的是把外部信号加到信号发生器进行调制。称为外调制。,7.2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20HZ20KHZ，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。,721低频信号发生器的主要性能指标,（1）频率范围。1Hz20KHz或延伸到1MHz（2）频率稳定度。（0.10.4）%/小时（3）频率的准确度。(12)%（4）输出电压。010V连续可调（5）输出功率。0.55w连续可调（6）输出阻抗。50、75、150、600和5K（7）非线性失真系数。(0.11)%（8）平衡输出与不平衡输出方式。,722低频信号发生器的基本组成与原理,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（2）差频式振荡电路,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输出级输出级包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分。低频信号发生器的输出电压一般可进行步进和连续调节，以满足不同输出要求。,723低频信号发生器的应用,1使用方法2放大器放大倍数的测量3功率放大倍数的测量,应用实例,7.3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。由于其输出波形均可用数学函数描述，故命名为函数发生器。目前函数发生器输出信号的频率低端可至量级，高端可达50MHZ。除了作为正弦信号源使用外，还可以用来测试各种电路和机电设备的瞬态特性、数字电路的逻辑功能、模数转换器、压控振荡器以及锁相环的性能。,731函数信号发生器的基本组成与原理,1方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案2三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案3正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案,方波-三角波-正弦波函数发生器的原理框图,三角波-方波-正弦波函数发生器的原理框图,正弦波-方波-三角波函数发生器的原理框图,732函数信号发生器的典型电路,正弦波形成电路原理图,733函数信号发生器性能指标,（1）输出波形。（2）频率范围。（3）输出电压。（4）波形特性。不同波形有不同的表示法。一般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。,734函数信号发生器的应用,函数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性。,7.4高频信号发生器,高频信号源也称为射频信号源，信号的频率范围在30KHZ1GHZ（允许向外延伸）之间。这种仪器通常具有一种或一种以上调制或组合调制功能，包括正弦调幅、正弦调频以及脉冲调制，其输出信号的频率和电平在一定范围内可调节并能准确读数，特别是具有微伏级的小信号输出，以适应接收机测试的需要。,高频信号发生器框图,742高频信号发生器的分类,主振级用于产生高频振荡信号，它决定高频信号发生器的主要工作特性。按产生主振信号的方法不同，高频信号发生器可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器三大类。,743调谐信号发生器,由调谐振荡器构成的信号发生器称为调谐信号发生器。常用的调谐振荡器就是晶体管LC振荡电路，LC振荡电路实质上是一个正反馈调谐放大器，主要包括放大器和反馈网络两个部分。根据反馈方式，又可分为变压器反馈式、电感反馈式（也称电感三点式或哈特莱）及电容反馈式（也称电容三点式或考毕兹式）三种振荡形式。,744锁相信号发生器,锁相信号发生器是在高性能的调谐式信号发生器中增加频率计数器，并将信号源的振荡频率利用锁相原理锁定在频率计数器的时基上，而频率计数器又是以高稳定度的石英晶体振荡器为基础的，从而使锁相信号发生器的输出频率的稳定度和准确度大大提高，信号的频谱纯度等性能也大为改善。,锁相环的基本框图,745高频信号发生器的其它单元电路,1可变电抗器2缓冲级3调制级4输出级,75合成信号发生器,合成信号发生器具有良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高分辩力的优点，同时输出信号的频率、电平调制深度均可程控，是一种性能优越的信号发生器。,751频率合成的定义,合成信号发生器是利用频率合成技术构建的信号发生器。所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行频率的加、减（混频）、乘（倍频）、除（分频）四则运算，从而得到所需的频率。这一系列频率的准确度和稳定度取决于基准频率，频率合成的方法很多，但基本上分为两类，一类是直接合成法，一类是间接合成法。,752直接合成法,1固定频率合成法,2可变频率合成法,3数字直接合成法,753间接合成法,也称为锁相合成法。锁相就是自动实现相位同步，能够完成两个电信号相位同步的自动控制系统称为锁相环。经常用到的锁相环有混频式锁相环、倍频式锁相环、分频式锁相环、组合式锁相环、多环式锁相环等。间接合成法通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除，由于锁相环具有滤波作用，因此可以省掉直接合成法中所需的滤波器，它的通频带可以作得很窄，其中心频率便于调节，而且可以自动跟踪输入频率，因而结构简单、价格低廉、便于集成，在频率合成中获得广泛应用。,7.6扫频信号发生器,761概述输出信号的频率随时间按一定规律、在一定范围内重复连续变化的信号源，称为扫频信号发生器。频域测试常用的仪器扫频仪，就是利用扫频信号发生器作为主振级构成的分析电路频率特性的电子测量仪器。,1扫频信号的特性,（1）输出信号的频率随时间按一定的规律变化。通常有线性和对数变化两种。线性扫频可以得到均匀的频率刻度；对数扫频的频率刻度则是非线性的。（2）输出信号的频率受控制参量控制。输出信号的频率与控制参量的关系称为扫频信号源的扫频特性，若控制参量为电压，则称为频率的压控特性。根据不同的刻度要求，扫频特性可以是线性的，也可以是指数性的。（3）扫频信号源的输出振幅在整个扫频范围内应保持平稳。（4）扫频信号源应能产生同步的扫描信号和频率标志。,2对扫频信号发生器的基本要求,（）中心频率范围大且可连续调节。（）扫频宽度要宽且可任意调节（）寄生调幅要小。（）扫描线性度好。,3扫频信号发生器的优点,（1）可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速地将电路性能调整到预定的要求。（2）由于扫频信号的频率是连续变化的，因此，所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中频率点离散而遗漏掉细节的问题。（3）点频法是人工逐点改变输入信号的频率，速度慢，得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际。,762扫频振荡器的工作原理,扫频振荡器是扫频信号发生器的核心部件。实现扫频振荡的方法很多，目前广泛采用的是利用变容二极管实现扫频振荡；若要获得较高的扫频频率（几十到几百MHz）可采用磁调电感的扫频方法；要得到更高的扫频频率（GHz级），则可采用Y1G（钆铁石榴石）扫频。,763扫频法测试的基本原理,7.7脉冲信号发生器,脉冲信号发生