第3章信号源0109版.ppt

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1、电子测量原理电子测量原理第1页第第3 3章章 信号源信号源3.1 3.1 信号源概述信号源概述 3.2 3.2 低频信号发生器低频信号发生器3.3 3.3 函数信号发生器函数信号发生器 3.4 3.4 高频信号发生器高频信号发生器 3.5 3.5 合成信号发生器合成信号发生器 电子测量原理电子测量原理第2页电子测量原理电子测量原理第3页脉冲信号发生器电子测量原理电子测量原理第4页电子测量原理电子测量原理第5页电子测量原理电子测量原理第6页电子测量原理电子测量原理第7页电子测量原理电子测量原理第8页3.1 信号源概述信号源概述电子测量原理电子测量原理第9页3.1.1 信号源在电子测量中的作用和组

2、成信号源在电子测量中的作用和组成1.1.信号源的作用信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的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。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：信号源的用途主要有以下三方面：激励源。激励源。-测量用的激励信号测量用的激励信号 信号仿真。信号仿真。标准信号源。标准信号源。-校准测量仪器校准测量仪器电子测量原理电子测量原理第10页振荡器振荡器调制器调制器输出电路输出电路电源电源指示器指示器图3.1正弦信号发生器的基本组成框图输出正弦波用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

3、电路完成衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分电子测量原理电子测量原理第11页按频率范围按频率范围 大致可分为六类：大致可分为六类：3.1.2 信号源的分类信号源的分类电子测量原理电子测量原理第12页电子测量原理电子测量原理第13页2.2.按输出波形按输出波形,大致可分为：大致可分为：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；电子测量原理电子测量原理第14页3.1.3 3.1.3 正弦信号源的性能指标正弦信号源的性能指标1.1.频率特性频率特性%100minmaxofff%100ooofffff-2-3-8-4电子测量原理电子测量原理第15页电子测量原理电子测量原理第

4、16页电子测量原理电子测量原理第17页电子测量原理电子测量原理第18页下一节结束返回电子测量原理电子测量原理第19页电子测量原理电子测量原理第20页电子测量原理电子测量原理第21页振荡器振荡器放大器放大器输出衰减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电子测量原理电子测量原理第22页电子测量原理电子测量原理第23页 电子测量原理电子测量原理第24页固定高频振固定高频振荡器荡器混频器混频器可变高频可变高频振荡器振荡器低通滤低通滤波电路波电路放大电路放大电路 衰减电路衰减电路输出图3-5 差频式振荡电路框图2023-11-1525l设固定高频振荡器的频率为 ，可变高频振荡器的

5、频率范围为 ，则混频器输出的基波差频信号频率范围为 l差频信号的频率覆盖系数为min0maxffFmax0minffFmax0min0minmaxffffFFkminmax0minmaxminmaxmin2min0ffffffffffminmax02minminmaxminmax0minmaxmin0)()(fffffffffffff0fmaxmin ff2023-11-1526l式中 可变高频振荡器的频率覆盖系数；l 可变高频振荡器的最低频率；l 可变高频振荡器的最高频率。l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。max0minminminm

6、ax1ffffffminmin11Ffkkminmaxffk minfmaxfkminmaxFf电子测量原理电子测量原理第27页电子测量原理电子测量原理第28页电子测量原理电子测量原理第29页2023-11-1530l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。l式中 lUO被测放大器输入电压的有效值；lUi被测放大器输出电压的有效值。l3功率放大倍数的测量功率放大倍数的测量 ()/()iOVUUA iPPPK0LRU20iiRU22023-11-1531v 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

7、。v3.3.1函数信号发生器的基本组成与原理v 构成函数发生器的方案很多，通常有三种。2023-11-1532v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。v如图3.7所示。2023-11-1533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oooo2023-11-1534v2 2三角波三角波-方波方波-正弦波函数发生器的构

8、正弦波函数发生器的构成方案成方案 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。三角波发生器正弦波形成电路缓冲放大器方波变换电路缓冲放大器图3.8 三角波-方波-正弦波函数发生器的原理框图输出正弦波输出方波2023-11-1535v3.3.正弦波正弦波-方波方波-三角波函数发生器的构成三角波函数发生器的构成方案方案v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

9、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2023-11-1536v3.3.2函数信号发生器的典型电路函数信号发生器的典型电路v1.三角波形成电路三角波形成电路v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。2023-11-1537v（1）电压斜升过程v输出电压可表示为 （3-10）v式中 UO1斜升输出电压的瞬时值；v I1 正恒流源的的电流值；v C 积分电容的电容量。v（2）电压斜降过程v输出电压可表示为 （3-13）v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

10、分电容的电容量。v tCIUo11tCIUUoo2122023-11-1538v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。v若 ，v可得到正、负幅度对称的波形。EE2023-11-1539 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。2023-11-1540v（1）在三角波的正半周，当ui的瞬时值很小时，uo=ui。v（2）当三角波的瞬时电压ui 上升到u1，v（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 ERRRRRRUUaaaaaai5432111iaaOURRRRRU1111ER

11、RRRRRRUUaaaaaaai54321212iaaaaOURRRRRRRU2122122023-11-1541 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。utiustusct图图3.13 分段折线逼近波形综合分段折线逼近波形综合

12、2023-11-15423.3.3 函数信号发生器的性能指标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1Hz10Hz、10 Hz100Hz、100Hz1kHz、1kHz 10kHz、10kHz100kHz、100kHz 1MHz等六个波段。（3）输出电压。一般指输出电压的峰-峰值。2023-11-1543（4）波形特性。不同波形有不同的表示法。一般地有：v正弦波的特性用非线性失真系数表示，一般要求3%；v三角波的特性用非线性系数表示，一般要求2%；v方波的特性参数是上升时间，一般要

13、求100ns。（5）输出阻抗。函数输出50；TTL同步输出600。2023-11-1544v3.3.4函数信号发生器的应用函数信号发生器的应用v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性。测试过程如下。2023-11-1545v（1）按图3.14所示连线。v（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。v（3）在被测放大器输出端接上负载电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的输出电压值。v（4）按被测电路的技术指标，在保持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐点改变信号发生器的频率，逐点记录被测放大器的输出电压值，然后，根据记录数据，画出被测放大器的频率特性曲线。