NO4電子測量與儀器應用

1、電子測量與電子測量與儀器應用儀器應用模塊四模塊四 測試信號源測試信號源學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述引言信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號在電路中常常用來代替前端電路的實際信號，為后端電路提供一個理想信號。由于信號源信號的特征參數(shù)均可人為設定，可以方便地模擬各種情況下不同特性的信號，對于產(chǎn)品研發(fā)和電路實驗有重要意義。電路測試中可以通過測量、對比輸入和輸出信號，來判斷信號處理電路的功能和特性是否達到設計要求。例如，用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1 kHz的正弦波信號,輸入到一個被測的信號處理電路（功能為正弦波輸入、方波輸出），在被測電路輸出端可以用示波器檢驗是否有符合設計要求的方波輸出。高精

2、度的信號發(fā)生器在計量和校準領(lǐng)域也可以作為標準信號源（參考源），待校準儀器以參考源為標準進行調(diào)校。信號發(fā)生器的分類一、學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器產(chǎn)品種類信號發(fā)生器產(chǎn)品種類1.按輸出信號波形差異分類2.根據(jù)輸出信號頻率范圍差異分類3.按照產(chǎn)品用途差異分類4.按調(diào)制方式分類信號發(fā)生器的分類一、學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述根據(jù)輸出信號頻率范圍的不同，信號發(fā)生器可分為超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、甚高頻（VHF)信號發(fā)生器、超高頻（UHF)信號發(fā)生器等類別。信號發(fā)生器的分類一、學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述

3、信號發(fā)生器概述（2）1 Hz1 MHz（低頻信號發(fā)生器)（4）200 kHz30 MHz（高頻信號發(fā)生器)（5）30300 MHz（VHF信號發(fā)生器)各類別信號發(fā)生器輸出信號的頻率范圍如下各類別信號發(fā)生器輸出信號的頻率范圍如下（6）300 MHz（UHF信號發(fā)生器)（3）20 Hz10 MHz（視頻信號發(fā)生器)（1）1 kHz（超低頻信號發(fā)生器)學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述二、 信號發(fā)生器的技術(shù)指標（3）頻率穩(wěn)定度（4）非線性失真和頻譜純度頻率特性頻率特性（2）頻率準確度（1）有效頻率范圍學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述二、 信號發(fā)生器的技術(shù)指標（1 1

4、）輸出電平）輸出電平（3）輸出電平穩(wěn)定度和平坦度（2）輸出電平準確度（4 4）輸出阻）輸出阻抗抗學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述二、 信號發(fā)生器的技術(shù)指標1）調(diào)制類型2）調(diào)制頻率及其范圍3）調(diào)制系數(shù)的有效范圍4）寄生調(diào)制學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述二、 信號發(fā)生器的技術(shù)指標1）調(diào)制類型（1）調(diào)幅（AM調(diào)制)。調(diào)幅適用于整個射頻頻段，但主要用于高頻段。（2）調(diào)頻（FM調(diào)制)。調(diào)頻主要應用于甚高頻或超高頻頻段。（3）脈沖調(diào)制（PM調(diào)制)。脈沖調(diào)制主要應用于微波頻段。（4）視頻調(diào)制（VM調(diào)制)。視頻調(diào)制主要用于電視傳輸頻段。學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述

5、信號發(fā)生器概述三、 信號發(fā)生器的組成不同類型的信號發(fā)生器的組成有所不同，但其基本結(jié)構(gòu)是相似的，主要由主振器、變換器、指示器、輸出電路和電源組成，是一臺不可或缺的用于表示物體運動變化規(guī)律的電信號發(fā)生儀器，其一般組成可用圖41表示。學習單元一學習單元一 信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器概述三、 信號發(fā)生器的組成（1）元件參數(shù)測試（2）網(wǎng)絡的幅頻、相頻特性測試（3）接收機性能測試（4）網(wǎng)絡的瞬態(tài)響應測試（5）儀器儀表校準通用信號主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏通用信號主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器和微波信

6、號發(fā)生器；度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器和微波信號發(fā)生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器（即信號源）、標準信號發(fā)按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器（即信號源）、標準信號發(fā)生器（輸出功率能準確地衰減到生器（輸出功率能準確地衰減到-100 dB-100 dB以下）和功率信號發(fā)生器（輸出功率達以下）和功率信號發(fā)生器（輸出功率達數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器和頻率合成式信號發(fā)生器等。本單元主要介紹低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器和頻率合成式信號

7、發(fā)生器等。本單元主要介紹低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器的相關(guān)內(nèi)容。的相關(guān)內(nèi)容。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器引言學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器可以產(chǎn)生1 Hz1 MHz的正弦波信號、脈沖信號和邏輯信號（TTL），其正弦波信號具有很小的失真和良好的頻響，輸出電壓有效范圍為0.05 mV6 V，以及標準的600 輸出阻抗等特點，脈沖信號的幅度和寬度均為連續(xù)可調(diào)，TTL具有很強的負載能力和理想的波形等特性。低頻信號發(fā)生器如圖42所示。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器低頻信號發(fā)生器組成框圖如

8、圖43所示，主要包括主振器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器和電壓表等。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器1）主振器作為低頻信號發(fā)生器的核心，主振器決定了儀器輸出信號的波形和頻率。如圖44所示的文氏電橋振蕩器由兩級RC網(wǎng)絡和放大器組成。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器2）電壓放大器電壓放大器兼有隔離和電壓放大的作用。隔離是為了不使后級電路影響主振蕩器的工作；電壓放大是把振蕩器產(chǎn)生的微弱振蕩信號進行放大，使信號發(fā)生器的輸出電壓達到預定的技術(shù)指標，要求其具有輸入阻抗高、輸出阻抗低（有一定的帶負載能力)、頻率范圍

9、寬、非線性失真小等性能。一般采用射極跟隨器或運算放大器組成的電壓跟隨器。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器3）輸出衰減器輸出衰減器用于改變信號發(fā)生器的輸出電壓或功率。通常分為連續(xù)調(diào)節(jié)和步進調(diào)節(jié)。如圖45所示為低頻信號發(fā)生器中最為常用的輸出衰減器原理電路圖。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器4）功率放大器功率放大器用來對衰減器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到額定的功率輸出。5）阻抗變換器阻抗變換器用于匹配不同阻抗的負載以便獲得最大輸出功率。6）電壓表電壓表用來指示電壓放大器或功率放大器的輸出電壓幅度，或?qū)ν獠啃盘栯妷哼M行

10、測量。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器如圖43所示，主振器產(chǎn)生低頻正弦振蕩信號，經(jīng)電壓放大器放大，達到電壓輸出幅度的要求，經(jīng)輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調(diào)節(jié)電位器Rp調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。電壓輸出端的負載能力很弱，只能供給電壓，故為電壓輸出。振蕩信號再經(jīng)功率放大器放大后，才能輸出較大的功率。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器4）邏輯信號）邏輯信號（TTL）2）正弦波）正弦波3）脈沖信號）脈沖信號1）頻率）頻率學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器如圖46所示為XDI型低頻信號發(fā)生器的

11、面板圖，其工作原理框圖如圖47所示。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器XD1型低頻信號發(fā)生器操作步驟1）使用前的準備工作2）頻率的調(diào)節(jié)3）輸出電壓的調(diào)節(jié)4）電壓級的使用5）功率級的使用學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器一、 低頻信號發(fā)生器學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器通常用來產(chǎn)生100 Hz35 MHz頻率范圍內(nèi)的高頻等幅正弦波或調(diào)幅波信號，主要用來向各種電子設備和電路供給高頻能量，或供給高頻標準信號，以便測試各種電子設備和電路的電氣工作特性。它能提供在頻率和幅度上都經(jīng)過校準的從1 V到幾

12、分之一微伏的信號電壓，并能提供等幅波或調(diào)制波（調(diào)幅或調(diào)頻），廣泛應用于研制、調(diào)制和檢修各種無線電收音機、通信機、電視接收機以及測量電場強度等場合。這類信號發(fā)生器通常也稱為標準信號發(fā)生器。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器主要由主振器、緩沖級、調(diào)制器、內(nèi)調(diào)制振蕩器、輸出級、監(jiān)測器和電源等部分組成，其組成框圖如圖48所示。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器組組成成1 1）主振器）主振器2 2）緩沖級）緩沖級3 3）調(diào)制器）調(diào)制器 4 4）內(nèi)調(diào)制振蕩器）內(nèi)調(diào)制振蕩器7 7）電源）電源6 6）監(jiān)測器）監(jiān)測器5 5）輸

13、出級）輸出級學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器輸出級具有如下功能。（1）輸出級包含功率放大級，提供足夠的輸出功率。（2）輸出級具有輸出微調(diào)和步進衰減電路，使得輸出信號的幅度大小可以任意調(diào)節(jié)。（3）阻抗匹配。在信號發(fā)生器輸出端與負載之間加入阻抗變換，使其工作在負載匹配的條件下，否則不僅會引起衰減系數(shù)誤差，而且可能影響前級電路的正常工作，減少信號發(fā)生器的輸出功率，在輸出電纜中出現(xiàn)駐波。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器高大信號發(fā)生器電路原理如圖49所示。高頻信號發(fā)生器由高頻石英晶體振蕩電路和告警電路組成。學習單元

14、二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器 1）使用前的準備工作（1）檢查電源電壓是否在220（110） V范圍內(nèi)，若超出此范圍，應外接穩(wěn)壓器或調(diào)壓器，否則會造成頻率誤差增大。（2)由于電源中接有高頻濾波電容器，機殼帶有一定的電位。（3)通電前，檢查各旋鈕位置，把載波調(diào)節(jié)、輸出微調(diào)、輸出倍乘和調(diào)幅度調(diào)節(jié)等旋鈕逆時針方向旋到底。（4）接通電源，打開開關(guān)，指示燈亮。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器 2）等幅高頻信號輸出（載波）步驟 （1）將調(diào)幅選擇開關(guān)置于等幅位置。 （2）將波段開關(guān)置于相應的波段，調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)旋鈕到所需頻率。 （3）轉(zhuǎn)動載

15、波調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓表的指針指在紅線“1”上。 （4）若要得到1 V以下的輸出電壓，必須使用帶有分壓器的輸出電纜。 （5）若需大于0.1 V的信號電壓，應該從“01 V”插孔輸出。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器3）調(diào)幅波輸出調(diào)幅波輸出有內(nèi)部調(diào)制和外部調(diào)制兩種情況。（1）內(nèi)部調(diào)制。儀器內(nèi)有400 Hz和1 000 Hz的低頻振蕩器供內(nèi)部調(diào)制用。內(nèi)部調(diào)制的調(diào)節(jié)操作順序如下。將調(diào)幅選擇開關(guān)放在需要的400 Hz或1 000 Hz位置。調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕到電壓表指示為1 V。調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕，從調(diào)幅度表上的讀數(shù)確定出調(diào)幅波的幅度。一般可以調(diào)節(jié)在30的標準調(diào)幅度刻度線

16、上。頻率調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)與等幅輸出的調(diào)節(jié)方法相同。學習單元二學習單元二 通用信號發(fā)生器通用信號發(fā)生器二、 高頻信號發(fā)生器（2）外部調(diào)制。當輸出電壓需要其他頻率的調(diào)幅時，就需要輸入外部調(diào)制信號。外部調(diào)制的調(diào)節(jié)操作順序如下。將調(diào)幅選擇開關(guān)放在等幅位置。按選擇等幅振蕩頻率的方法，選擇所需要的載波頻率。選擇合適的外加信號源，作為低頻調(diào)幅信號源。接通外加信號源的電源，預熱幾分鐘后，將輸出調(diào)到最小，然后將它接到“外調(diào)幅輸入”插孔。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。例如，通函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。例如，通

17、信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學等領(lǐng)域，如高頻感應加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學等領(lǐng)域，如高頻感應加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。引言學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器一、 函數(shù)信號

18、發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成函數(shù)信號發(fā)生器是一種寬帶頻率可調(diào)的多波形信號發(fā)生器。它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、矩形波（寬帶和周期可調(diào)）、正負尖脈沖波形。如圖410所示為SG1641A型函數(shù)信號發(fā)生器面板圖。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器無獨立的主振器，而是由施密特觸發(fā)器、積分器和比較器構(gòu)成自激振蕩器，它產(chǎn)生的最基本波形是方波和三角波，其原理框圖如圖412所示。方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器三種波形變換示意圖如圖413所示。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理如圖414所示，U1構(gòu)成同相輸入遲滯比較器電路，

19、用于產(chǎn)生輸出方波。運算放大器U2與電阻Rp2及電容構(gòu)成積分電路，用于將U1電路輸出的方波作為輸入，產(chǎn)生輸出三角波。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理波形變換是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖415所示。從圖中可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或截止區(qū)域。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理正弦波產(chǎn)生電路如圖416所示。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理三角波方波正弦波函數(shù)發(fā)生器現(xiàn)在較為流行，還可借助于計算機技術(shù)直接產(chǎn)生各

20、種函數(shù)波形。這種信號源不僅使用方便，而且能產(chǎn)生的函數(shù)波形更為豐富。其原理框圖如圖418所示。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理正弦波方波三角波函數(shù)發(fā)生器的原理框圖如圖419所示。三種波形的輸出選擇由開關(guān)進行控制。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器二、 波形轉(zhuǎn)換原理圖420主要用于將三角波變換成正弦波，此電路是典型的二極管網(wǎng)絡變換電路。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器三、 函數(shù)信號發(fā)生器的性能指標(1)(2)(3)(5)(4)輸輸 出出 波波 形形輸輸 出出 電

21、電 壓壓波波 形形 特特 性性頻頻 率率 范范 圍圍輸輸 出出 阻阻 抗抗學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器四、 函數(shù)信號發(fā)生器的使用函數(shù)信號發(fā)生器面板如圖421所示。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器四、 函數(shù)信號發(fā)生器的使用（1）PWR（電源開關(guān))。PWR為函數(shù)發(fā)生器電源控制。（2）ON（電源開關(guān)指示器)。ON顯示電源的開關(guān)狀態(tài)。（3）RANGE（擋位開關(guān)）。（4）FUNCTION（波形選擇開關(guān)）。（5）頻率調(diào)整旋鈕。（6）DUTY（波形對稱旋鈕）。（7)DUTY INV（反相開關(guān)）。（8）AMPL/-20 dB（輸出衰減及振幅調(diào)整鈕）。（9）ATT/-20

22、 dB（衰減）。（10）OUTPUT（輸出端子）。（11）INPUT VCF（壓控頻率輸入端子）。（12）OUTPUT PULSE（脈沖輸出）為TTL輸出信號。學習單元三學習單元三 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器四、 函數(shù)信號發(fā)生器的使用（1）依照下列指示調(diào)整信號發(fā)生器的各控制鈕。（2）主輸出。輸出端連接一臺示波器,觀察一個20Vpp,20 Hz的三角波。（3）FUNCTION按鍵。選擇并觀察20Vpp方波和正弦波。（4）AMPL/-20 dB旋鈕。（5）ATT/-20 dB衰減調(diào)節(jié)鈕。（6）OFFSET/ADJ直流準位調(diào)整。（7）DUTY波形對稱旋鈕。（8）DUTY INV反相開關(guān)。（9）OU

23、TPUT PULSE脈沖輸出。學習單元四學習單元四 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器是一種可以產(chǎn)生頻率、脈沖寬度及幅度均可調(diào)的標準脈沖信號的電子儀器，它不僅應用于研究、測試脈沖和數(shù)字電路，測試邏輯元件的開關(guān)特性，并且廣泛應用于雷達、激光、航天、數(shù)字通信、計算機、自動控制、集成電路和半導體器件的測量測試領(lǐng)域。例如，對視頻放大器以及其他寬帶電路的振幅特性、過渡特性的測試，邏輯元件開關(guān)速度測試、集成電路的研究以及對示波器的檢定和測試等，都需要脈沖信號發(fā)生器提供測試信號。脈沖信號發(fā)生器已經(jīng)成為時域測量的重要儀器。引言學習單元四學習單元四 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器一、 脈沖信號發(fā)生器的組成及原理脈沖信號發(fā)生器的種類和型號繁多，性能各有不同，但是其基本結(jié)構(gòu)卻大致相同?，F(xiàn)以XC-15型脈沖信號發(fā)生器為例，說