NO4电子测量与仪器应用

1、电子测量与电子测量与仪器应用仪器应用模块四模块四 测试信号源测试信号源学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述引言信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信号，为后端电路提供一个理想信号。由于信号源信号的特征参数均可人为设定，可以方便地模拟各种情况下不同特性的信号，对于产品研发和电路实验有重要意义。电路测试中可以通过测量、对比输入和输出信号，来判断信号处理电路的功能和特性是否达到设计要求。例如，用信号发生器产生一个频率为1 kHz的正弦波信号,输入到一个被测的信号处理电路（功能为正弦波输入、方波输出），在被测电路输出端可以用示波器检验是否有符合设计要求的方波输出。高精

2、度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源（参考源），待校准仪器以参考源为标准进行调校。信号发生器的分类一、学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述信号发生器产品种类信号发生器产品种类1.按输出信号波形差异分类2.根据输出信号频率范围差异分类3.按照产品用途差异分类4.按调制方式分类信号发生器的分类一、学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述根据输出信号频率范围的不同，信号发生器可分为超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频信号发生器、甚高频（VHF)信号发生器、超高频（UHF)信号发生器等类别。信号发生器的分类一、学习单元一学习单元一 信号发生器概述

3、信号发生器概述（2）1 Hz1 MHz（低频信号发生器)（4）200 kHz30 MHz（高频信号发生器)（5）30300 MHz（VHF信号发生器)各类别信号发生器输出信号的频率范围如下各类别信号发生器输出信号的频率范围如下（6）300 MHz（UHF信号发生器)（3）20 Hz10 MHz（视频信号发生器)（1）1 kHz（超低频信号发生器)学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述二、 信号发生器的技术指标（3）频率稳定度（4）非线性失真和频谱纯度频率特性频率特性（2）频率准确度（1）有效频率范围学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述二、 信号发生器的技术指标（1 1

4、）输出电平）输出电平（3）输出电平稳定度和平坦度（2）输出电平准确度（4 4）输出阻）输出阻抗抗学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述二、 信号发生器的技术指标1）调制类型2）调制频率及其范围3）调制系数的有效范围4）寄生调制学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述二、 信号发生器的技术指标1）调制类型（1）调幅（AM调制)。调幅适用于整个射频频段，但主要用于高频段。（2）调频（FM调制)。调频主要应用于甚高频或超高频频段。（3）脉冲调制（PM调制)。脉冲调制主要应用于微波频段。（4）视频调制（VM调制)。视频调制主要用于电视传输频段。学习单元一学习单元一 信号发生器概述

5、信号发生器概述三、 信号发生器的组成不同类型的信号发生器的组成有所不同，但其基本结构是相似的，主要由主振器、变换器、指示器、输出电路和电源组成，是一台不可或缺的用于表示物体运动变化规律的电信号发生仪器，其一般组成可用图41表示。学习单元一学习单元一 信号发生器概述信号发生器概述三、 信号发生器的组成（1）元件参数测试（2）网络的幅频、相频特性测试（3）接收机性能测试（4）网络的瞬态响应测试（5）仪器仪表校准通用信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏通用信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信

6、号发生器；度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到生器（输出功率能准确地衰减到-100 dB-100 dB以下）和功率信号发生器（输出功率达以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器数十毫瓦以上）；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器和频率合成式信号发生器等。本单元主要介绍低频信号发生器和高频信号发生器和频率合成式信号

7、发生器等。本单元主要介绍低频信号发生器和高频信号发生器的相关内容。的相关内容。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器引言学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器低频信号发生器可以产生1 Hz1 MHz的正弦波信号、脉冲信号和逻辑信号（TTL），其正弦波信号具有很小的失真和良好的频响，输出电压有效范围为0.05 mV6 V，以及标准的600 输出阻抗等特点，脉冲信号的幅度和宽度均为连续可调，TTL具有很强的负载能力和理想的波形等特性。低频信号发生器如图42所示。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器低频信号发生器组成框图如

8、图43所示，主要包括主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和电压表等。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器1）主振器作为低频信号发生器的核心，主振器决定了仪器输出信号的波形和频率。如图44所示的文氏电桥振荡器由两级RC网络和放大器组成。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器2）电压放大器电压放大器兼有隔离和电压放大的作用。隔离是为了不使后级电路影响主振荡器的工作；电压放大是把振荡器产生的微弱振荡信号进行放大，使信号发生器的输出电压达到预定的技术指标，要求其具有输入阻抗高、输出阻抗低（有一定的带负载能力)、频率范围

9、宽、非线性失真小等性能。一般采用射极跟随器或运算放大器组成的电压跟随器。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器3）输出衰减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。如图45所示为低频信号发生器中最为常用的输出衰减器原理电路图。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器4）功率放大器功率放大器用来对衰减器送来的电压信号进行功率放大，使之达到额定的功率输出。5）阻抗变换器阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载以便获得最大输出功率。6）电压表电压表用来指示电压放大器或功率放大器的输出电压幅度，或对外部信号电压进行

10、测量。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器如图43所示，主振器产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器Rp调节输出电压的大小。电压输出端的负载能力很弱，只能供给电压，故为电压输出。振荡信号再经功率放大器放大后，才能输出较大的功率。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器4）逻辑信号）逻辑信号（TTL）2）正弦波）正弦波3）脉冲信号）脉冲信号1）频率）频率学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器如图46所示为XDI型低频信号发生器的

11、面板图，其工作原理框图如图47所示。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器XD1型低频信号发生器操作步骤1）使用前的准备工作2）频率的调节3）输出电压的调节4）电压级的使用5）功率级的使用学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器一、 低频信号发生器学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器高频信号发生器通常用来产生100 Hz35 MHz频率范围内的高频等幅正弦波或调幅波信号，主要用来向各种电子设备和电路供给高频能量，或供给高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气工作特性。它能提供在频率和幅度上都经过校准的从1 V到几

12、分之一微伏的信号电压，并能提供等幅波或调制波（调幅或调频），广泛应用于研制、调制和检修各种无线电收音机、通信机、电视接收机以及测量电场强度等场合。这类信号发生器通常也称为标准信号发生器。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器高频信号发生器主要由主振器、缓冲级、调制器、内调制振荡器、输出级、监测器和电源等部分组成，其组成框图如图48所示。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器组组成成1 1）主振器）主振器2 2）缓冲级）缓冲级3 3）调制器）调制器 4 4）内调制振荡器）内调制振荡器7 7）电源）电源6 6）监测器）监测器5 5）输

13、出级）输出级学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器高频信号发生器输出级具有如下功能。（1）输出级包含功率放大级，提供足够的输出功率。（2）输出级具有输出微调和步进衰减电路，使得输出信号的幅度大小可以任意调节。（3）阻抗匹配。在信号发生器输出端与负载之间加入阻抗变换，使其工作在负载匹配的条件下，否则不仅会引起衰减系数误差，而且可能影响前级电路的正常工作，减少信号发生器的输出功率，在输出电缆中出现驻波。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器高大信号发生器电路原理如图49所示。高频信号发生器由高频石英晶体振荡电路和告警电路组成。学习单元

14、二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器 1）使用前的准备工作（1）检查电源电压是否在220（110） V范围内，若超出此范围，应外接稳压器或调压器，否则会造成频率误差增大。（2)由于电源中接有高频滤波电容器，机壳带有一定的电位。（3)通电前，检查各旋钮位置，把载波调节、输出微调、输出倍乘和调幅度调节等旋钮逆时针方向旋到底。（4）接通电源，打开开关，指示灯亮。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器 2）等幅高频信号输出（载波）步骤 （1）将调幅选择开关置于等幅位置。 （2）将波段开关置于相应的波段，调节频率调节旋钮到所需频率。 （3）转动载

15、波调节旋钮，使电压表的指针指在红线“1”上。 （4）若要得到1 V以下的输出电压，必须使用带有分压器的输出电缆。 （5）若需大于0.1 V的信号电压，应该从“01 V”插孔输出。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器3）调幅波输出调幅波输出有内部调制和外部调制两种情况。（1）内部调制。仪器内有400 Hz和1 000 Hz的低频振荡器供内部调制用。内部调制的调节操作顺序如下。将调幅选择开关放在需要的400 Hz或1 000 Hz位置。调节载波调节旋钮到电压表指示为1 V。调节载波调节旋钮，从调幅度表上的读数确定出调幅波的幅度。一般可以调节在30的标准调幅度刻度线

16、上。频率调节、电压调节与等幅输出的调节方法相同。学习单元二学习单元二 通用信号发生器通用信号发生器二、 高频信号发生器（2）外部调制。当输出电压需要其他频率的调幅时，就需要输入外部调制信号。外部调制的调节操作顺序如下。将调幅选择开关放在等幅位置。按选择等幅振荡频率的方法，选择所需要的载波频率。选择合适的外加信号源，作为低频调幅信号源。接通外加信号源的电源，预热几分钟后，将输出调到最小，然后将它接到“外调幅输入”插孔。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器 函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如，通函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如，通

17、信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核在工业、农业、生物医学等领域，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。引言学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器一、 函数信号

18、发生器的结构组成函数信号发生器是一种宽带频率可调的多波形信号发生器。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、矩形波（宽带和周期可调）、正负尖脉冲波形。如图410所示为SG1641A型函数信号发生器面板图。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理方波三角波正弦波函数发生器无独立的主振器，而是由施密特触发器、积分器和比较器构成自激振荡器，它产生的最基本波形是方波和三角波，其原理框图如图412所示。方波三角波正弦波函数发生器三种波形变换示意图如图413所示。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理如图414所示，U1构成同相输入迟滞比较器电路，

19、用于产生输出方波。运算放大器U2与电阻Rp2及电容构成积分电路，用于将U1电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理波形变换是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图415所示。从图中可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或截止区域。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理正弦波产生电路如图416所示。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理三角波方波正弦波函数发生器现在较为流行，还可借助于计算机技术直接产生各

20、种函数波形。这种信号源不仅使用方便，而且能产生的函数波形更为丰富。其原理框图如图418所示。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理正弦波方波三角波函数发生器的原理框图如图419所示。三种波形的输出选择由开关进行控制。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器二、 波形转换原理图420主要用于将三角波变换成正弦波，此电路是典型的二极管网络变换电路。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器三、 函数信号发生器的性能指标(1)(2)(3)(5)(4)输输 出出 波波 形形输输 出出 电

21、电 压压波波 形形 特特 性性频频 率率 范范 围围输输 出出 阻阻 抗抗学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器四、 函数信号发生器的使用函数信号发生器面板如图421所示。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器四、 函数信号发生器的使用（1）PWR（电源开关)。PWR为函数发生器电源控制。（2）ON（电源开关指示器)。ON显示电源的开关状态。（3）RANGE（挡位开关）。（4）FUNCTION（波形选择开关）。（5）频率调整旋钮。（6）DUTY（波形对称旋钮）。（7)DUTY INV（反相开关）。（8）AMPL/-20 dB（输出衰减及振幅调整钮）。（9）ATT/-20

22、 dB（衰减）。（10）OUTPUT（输出端子）。（11）INPUT VCF（压控频率输入端子）。（12）OUTPUT PULSE（脉冲输出）为TTL输出信号。学习单元三学习单元三 函数信号发生器函数信号发生器四、 函数信号发生器的使用（1）依照下列指示调整信号发生器的各控制钮。（2）主输出。输出端连接一台示波器,观察一个20Vpp,20 Hz的三角波。（3）FUNCTION按键。选择并观察20Vpp方波和正弦波。（4）AMPL/-20 dB旋钮。（5）ATT/-20 dB衰减调节钮。（6）OFFSET/ADJ直流准位调整。（7）DUTY波形对称旋钮。（8）DUTY INV反相开关。（9）OU

23、TPUT PULSE脉冲输出。学习单元四学习单元四 脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器是一种可以产生频率、脉冲宽度及幅度均可调的标准脉冲信号的电子仪器，它不仅应用于研究、测试脉冲和数字电路，测试逻辑元件的开关特性，并且广泛应用于雷达、激光、航天、数字通信、计算机、自动控制、集成电路和半导体器件的测量测试领域。例如，对视频放大器以及其他宽带电路的振幅特性、过渡特性的测试，逻辑元件开关速度测试、集成电路的研究以及对示波器的检定和测试等，都需要脉冲信号发生器提供测试信号。脉冲信号发生器已经成为时域测量的重要仪器。引言学习单元四学习单元四 脉冲信号发生器脉冲信号发生器一、 脉冲信号发生器的组成及原理脉冲信号发生器的种类和型号繁多，性能各有不同，但是其基本结构却大致相同。现以XC-15型脉冲信号发生器为例，说