电子测量技术基础第3章1

电子丈量技术根底

第三章1上节回想系统误差分析 系统误差的特性，系统误差的判别方法(实际分析法、校准和比对法、改动丈量条件法、剩余误差察看法、公式判别法)，消除系统误差产生的根源，消除系统误差的丈量技术(零示法、替代法、补偿法、对照法、微差法、交叉读数法)，消除或消弱系统误差的其他方法系统误差的合成 误差的综合；常用函数的合成误差(和差函数、乘积函数、商函数、幂函数的合成误差)；系统的不确定度丈量数据的处置 有效数字的处置(有效数字，舍入规那么，有效数字的运算规那么)；等精度丈量结果的处置2第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器3第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4韩素信号发生器43.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势53.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势63.1信号发生器概述3.1.1信号发生器的用途信号源的用途主要有以下三方面：鼓励源信号仿真规范信号源7信号源是可以产生不同频率、不同幅度的规那么或不规那么波形的信号发生器图3.1信号源的功用输入激励信号发生器被测设备测试仪器输出响应3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势83.1信号发生器概述3.1.2信号发生器的分类l.按频率范围分类按照输出信号的频率范围，有表3.1-1所示的划分：9名称频率范围主要运用领域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信号发生器超高频信号发生器30kHz以下30kHz～300kHz300kHz～6MHz6MHz～30MHz30MHz～300MHz300MHz～3000MHz电声学、声纳电报通讯无线电广播广播、电报电视、调频广播、导航雷达、导航、气候3.1.2信号发生器的分类(续)2.按输出波形分类正弦波形发生器；非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;扫频信号发生器;图形信号发生器103.1.2信号发生器的分类(续)3.按信号发生器的性能分类普通讯号发生器指对其输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类发生器；规范信号发生器指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内延续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器113.1.2信号发生器的分类(续)4.其他分类方式按照运用范围：通用和公用信号发生器(例如电声行业中运用的立体声和调频立体声信号发生器就属于公用信号发生器)；按照调理方式：普通讯号发生器、扫频信号发生器和程控信号发生器；按照频率产生方法：谐振信号发生器、锁置信号发生器及合成信号发生器等。随着电子技术程度的不断开展，信号发生器的功能越来越齐全，性能越来越优良，同一台信号发生器往往具有相当宽的频率复盖，又具有输出多种波形信号的功能。(例如：德国哈迈的HM8134-2)123.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势133.1信号发生器概述3.1.3信号发生器的根本构成14图3.1-3信号发生器原理框图3.1.3信号发生器的根本构成(续)振荡器：产生不同频率、不同波形的信号。产生不同频段、不同波形信号的振荡器原理、构造差别很大。变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形器输出级：其根本功能是调理输出信号的电平和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。15图3.1-3信号发生器原理框图3.1.3信号发生器的根本构成(续)指示器：指示器用来监视输出信号，可以是电子电压表、功率计、频率计和调制度表等，有些脉冲信号发生器还附带有简易示波器。运用时可经过指示器来调整输出信号的频率、幅度及其他特性。电源：提供信号发生器各部分的任务电源电压。通常是将50Hz交流市电整流成直流并有良好的稳压措施。16图3.1-3信号发生器原理框图3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势173.1信号发生器概述3.1.4信号发生器的开展趋势随着70年代微处置器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向开展。如今，许多信号发生器除带有微处置器，因此具备了自校、自检、自动缺点诊断和自动波形构成和修正等功能外，还带有IEEE-488或RS232总线，可以和控制计算机及其他丈量仪器一同方便地构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率复盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向开展。18第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器193.2正弦信号发生器的性能目的频率范围频率准确度频率稳定度由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量非线性失真系数(失真度)输出阻抗输出电平调制特性203.2正弦信号发生器的性能目的正弦信号发生器最普通、运用最广泛的缘由：正弦信号容易产生容易描画又是运用最广的载波信号任何线性双口网络的特性，都可以用它对正弦信号的呼应采表征被测器件、设备各项性能参数的丈量质量将直接依赖于信号发生器的性能通常用频率特性、输出特性和调制特性(俗称三大目的)来评价正弦信号发生器的性能。213.2正弦信号发生器的性能目的3.2.1频率特性1.频率范围指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内既可延续又可由假设干频段或一系列离散频率复盖，在此范围内应满足全部误差要求。例1：国产XDl型信号发生器的输出信号频率范围为1Hz～1MHz，分六档即六个频段，为了保证有效频率范围延续，两相邻频段间有相互衔接的公共部分即频段重迭。例2：美国HP公司HP-8660C型频率合成器产生的正弦信号的频率范围为主0kHz～2600MHz，可提供间隔为1Hz总共近26亿个分立频率。223.2正弦信号发生器的性能目的2频率准确度频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示)数值与实践输出信号频率间的偏向，通常用相对误差表示式中f0为度盘或数字显示数值，f1是输出正弦信号频率的实践值。频率准确度实践上是输出信号频率的任务误差用度盘读数的信号发生器频率准确度约为±(1％～10％)精细低频信号发生器频率准确度可达±0.5％频率合成技术带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有基准频率(晶振)的准确度，假设机内采用高稳定度晶体振荡器，输出频率的准确度可到达l0-8～10-10233.2正弦信号发生器的性能目的3频率稳定度频率稳定度目的要求与频率准确度相关。频率稳定度是指其他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。频率短期稳定度：频率长期稳定度243.2正弦信号发生器的性能目的4由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量1).温度引起的变动量环境温度每变化工℃所产生的相对频率变化，表示为：预调频率的x.10-6℃，即式中△t为温度变化值，f0为预调值，f1为温度改动后的频率值.252).电源引起的频率变动量供电电源变化±10％所产生的相对频率变化，表示为：x.10-6，即3).负载变化引起的频率变动量负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频率变化，表示为：x.10-6，即式中f1为空载时的输出频率，f2为额定负载时的输出频率。263.2正弦信号发生器的性能目的3.2.2输出特性1.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普通为600Ω(或1kΩ);功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等档;高频信号发生器普通仅有50Ω或75Ω档。当运用高频信号发生器时，要特别留意阻抗的匹配。273.2正弦信号发生器的性能目的2.输出电平输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品规范规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率及其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。输出幅度可用电压(V，mV，μV)或分贝表示。例如XD-1低频信号发生器的最大电压输出为lHz～1MHz，>5V，最大功率输出为10Hz～700kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω)，>4W。283.2正弦信号发生器的性能目的3.非线性失真系数(失真度)人们通常用信号频谱纯度来阐明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数表示式中U1为输出信号基波有效值，为各次谐波有效值。由于等较U1小得多，为了丈量上的方便，也用下面公式定义y：293.2正弦信号发生器的性能目的3.2.3调制特性高频信号发生器在输出正弦波的同时，普通还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制;当调制信号由外部加到信号发生器进展调制时，称为外调制。调制特性的恒量目的主要包括调制频率，调幅系数，最大频偏，调制线性等。30第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器313.3低频信号发生器低频信号发生器的基本功能低频信号发生器的基本结构常用的低频信号发生器32特征：频率范围普通为1Hz～1MHz。可产生频率和幅度可调的正弦波可产生波形、频率、幅度、脉宽可调的波形还能产生频率、幅度和脉宽均可调的矩形波用途：丈量收音机、组合音响、电子仪器、无线电接纳机等电子设备的低频放大器的频率特征33低频信号发生器的根本功能低频信号发生器的根本组成框图：34低频信号发生器的根本构造图3.3.1低频信号发生器的根本组成框图1.主振荡主振荡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。常见的电路方式有差频式和RC振荡两类35低频信号发生器的根本构造1.主振荡(1)差频式振荡器36低频信号发生器的根本构造图3.3.2差频式信号发生器原理图1.主振荡(1)差频式振荡器优点：频率覆盖面比较宽缺陷：频率稳定性差，特别是f1与f2接近时，极易产生干扰，这样也就很难获得较低的差频输出。电路复杂，频率准确度、稳定度较差，波形失真较大；37低频信号发生器的根本构造1.主振荡(2)RC振荡器。为了抑制差频式振荡器的缺陷，现代低频信号发生器普遍采用RC振荡器。38低频信号发生器的根本构造1.主振荡(2)RC振荡器。包括：RC移相振荡器、RC双T振荡器和RC文氏电桥振荡器RC移相振荡器、RC双T振荡器存在频率特性不理想或调理不方便等缺陷。RC文氏电桥振荡器具有输出波形好、振幅稳定、频率范围宽以及频率调理方便等优点39低频信号发生器的根本构造RC文氏电桥振荡器谐振频率为当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率调和振频率分别为：40RC文氏电桥振荡器(续)幅频特性：相频特性：41

当f=f0时的反响系数，且与频率f0的大小无关，此时的相角φF=0°。即调理谐振频率不会影响反响系数和相角，在调理频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改动。RC文氏电桥振荡器(续)例：XD-22A型振荡电路由热敏电阻Rt组成的负反响支路主要起稳幅作用整个电路频率的调理是经过改动桥路电阻值和电容值来实现的用波段开关改动R1、R2进展频率粗调用同轴双联可变电容改动C1、C2进展频率细调42XD-22A型振荡电路原理图2.缓冲放大器缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。缓冲的目的是为了隔离后级电路对主振荡电路的影响，保证主振频率稳定，普通采用射(源)极跟随器或运放组成的电压跟随器放大的目的是为了使主振荡的输出电压到达预定技术目的，要求频带宽、谐波失真小、任务稳定等。43低频信号发生器的根本构造3.电平调理器相当于衰减器，用于改动信号发生器的输出电压和功率，通常分为延续调理和步进调理。延续调理由电位器实现步进调理由电阻分压器实现44低频信号发生器的根本构造电平调理器由电位器Rp取出一部分电压加于R1～R8组成的步进衰减器，调理电位器在不同位置，或调理波段开关S处于不同档位，均可使衰减器输出不同的电压。信号发生器步进衰减器的表示通常有两种。一种是直接用步进衰减器的输出电压U0与输入电压Ui的比值表示。即U0/Ui。例如，当U0/Ui=0.1时，表示为*0.1。另一种是将上述比值取对数在乘以20，即20lg(U0/Ui)，其单位为dB。由于比值总是小于1，其对数必定为负值。45衰减器原理图4.功率放大器功率放大器对衰减器送来的电信号进展功率放大，使其可以到达额定的输出功率。要求功率放大器的任务效率高，谐波失真小。46低频信号发生器的根本构造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47低频信号发生器的根本构造6.电压指示表电压指示表用于指示电压放大器的输出电压幅度48低频信号发生器的根本构造1.NY2201D低频信号发生器引见1、是一种数字显示、带频率计、真正的二合一高性能低频信号源2、输出正弦波和方波，并有同步功能3、运用同步功能可做整形器，滤波器，放大器运用4、正弦波输出失真极小5、是测放大器，音响及喇叭，频率呼应等的理想设备主要技术参数：频率范围：10Hz-1MHz分五段7位LED显示，高精度灵敏度25mV输出衰减：0db-20dB-40dB并可细调正弦波输出：最大电压：7.5Vrms方波输出:测试范围:1Hz-100MHz灵敏度:25mVrms最大输入电压:1Hz-10MHz25V10MHz-100MHz3V同步范围:±3％振荡频率最大输入:10Vrms49常用的低频信号发生器2.AS1033低频信号发生器引见AS1033低频信号发生器是新一代智能化产品。具有友好的人机对话界面，由于输出频率和幅度均为数字显示，抑制了传统的信号发生器刻度盘读数的不便和误差。

50常用的低频信号发生器2.AS1033低频信号发生器引见AS1033低频信号发生器是新一代智能化产品。具有友好的人机对话界面，由于输出频率和幅度均为数字显示，抑制了传统的信号发生器刻度盘读数的不便和误差。主要技术参数：1.正弦波特性：频率范围2Hz~2MHz

信号幅度0.5mVrms~5Vrms〔可调〕

幅频特性≤±0.3失真度2Hz~20Hz≤0.3，20Hz~200kHz≤0.1，200kHz~2MHz谐波分量≤-46dB2.方波特性：

最大输出电压14Vp-p〔无负载中心电平为零〕

占空比系数20--80〔延续可调〕

输出频率调理，五位数码管显示频率

51常用的低频信号发生器2.AS1033低频信号发生器主要技术参数：3.频段调理

频率从2Hz~2MHz共分五档，根据需求可用轻触按钮在五档内任选。4.频率调理

可用轻触按钮选择快调和慢调，有LED显示；

可用数码开关来快调和慢调，根据手动的快和慢，频率相应变化快和慢。5.输出电压调理

三位数码管显示电压有效值或dB值，可经过一轻触按钮恣意选择显示方式。

电压粗调：采用轻触按钮调理，有20dB、40dB、60dB三档可选择。

电压细调：采用电位器调理，在0~20dB内延续可调。52常用的低频信号发生器第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器533.4函数信号发生器54函数信号发生器的基本功能函数信号发生器的基本结构典型的函数信号发生器特征在低频(或超低频)信号发生器的家族中，还有一种被称为函数信号发生器，简称函数发生器，它在输出正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不同的测试需求。用途用于科研消费、测试、仪器维修和实验室55函数信号发生器的根本功能功能特点函数信号发生器设计上又分为模拟方式和数字合成方式。数字合成式函数信号源无论就频率、幅度、信号的信噪比(S/N)均优于模拟信号发生器，其锁相环(PLL)的设计使输出信号不仅是频率精难，而且相位判动及频率漂移均能到达相当稳定的形状但数字电路与模拟电路之间的干扰，一直难以有效抑制，也呵斥在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。56函数信号发生器的根本功能函数发生器的根本任务原理先由积分电路和触发电路产生三角波和方波，然后经过函数转换器(例如二极管整形网络)将三角波整构成正弦波。57函数信号发生器的根本构造1.方波、三角波产生电路这种电路由双稳态触发电路产生方法，经积分电路将方波变换成三角波。双稳态触发电路和积分电路都由正负电源供电，双稳态电路的输出为+E或-E。假定仪器开场任务时，双稳态角落电路左边A点为高电位E，右边B点为低电位-E。此时积分电路输入电压为-E，输出端D点电压将随时间成正比地上升，上升速度(斜率)决议于输入电压-E，分压电阻值R1、R2和时间常数Rc。58函数信号发生器的根本构造1.方波、三角波产生电路当经过时间T1，UD上升到+Um时，电压比较器I输出一个触发脉冲，使双稳电路翻转，A点成为低电位-E，B点成为高电位E。此时积分电路输入电压为E，输出电压UD将以同样速度随时间成正比下降。当经过时间T2，UD下降到-Um时，电压比较器II有输出，使双稳电路翻转回去，完成一个循环周期。A点成为高电位，B点成为低电位，又开场下一个循环。如此不断循环产生振荡，只需在正负电源(±E)和正负比较电平(±Um)绝对值各自相等，在A点和B点就将得到极性相反的对称方波信号，D点将得到对称的三角波信号。函数发生器的波形闯如图(a)所示。其振荡频率等于59函数信号发生器的根本构造1.方波、三角波产生电路函数发生器的波形闯如图(a)所示。其振荡频率等于可见，换接电容器C或者用电位器调理电阻器R可以调理输出信号频率。改动电阻R2值也可以调理振荡频率，因此，假设用由一个电压控制的可变电阻(例如场效应管等)替代电阻器R2，就可以用电压来控制振荡频率(称压控振荡器)。60函数信号发生器的根本构造1.方波、三角波产生电路61函数信号发生器的根本构造2.矩形脉冲和锯齿波产生电路函数信号发生器还可用以产生矩形脉冲和锯齿波，这时只需在电阻器R上并联一个二极管(见虚线)。当B点电压为正(+E)时，二极管导通，其正向电阻很小，积分电阻值(R+R’)中的只R被它短路而变