電子測量與儀器課件第二章測量用信號發(fā)生器2

1、第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 2.2.3 2.2.3 合成信號發(fā)生器合成信號發(fā)生器 合成信號發(fā)生器是用頻率合成器代替主振級的正弦信號合成信號發(fā)生器是用頻率合成器代替主振級的正弦信號發(fā)生器。頻率合成器是以一個或少量幾個標(biāo)準(zhǔn)頻率為基準(zhǔn)，發(fā)生器。頻率合成器是以一個或少量幾個標(biāo)準(zhǔn)頻率為基準(zhǔn)，利用鎖相環(huán)（利用鎖相環(huán)（PLLPLL）等進(jìn)行頻率合成的頻率振蕩器，頻率合成）等進(jìn)行頻率合成的頻率振蕩器，頻率合成器產(chǎn)生的信號具有很高的頻率穩(wěn)定度和極純的頻譜。器產(chǎn)生的信號具有很高的頻率穩(wěn)定度和極純的頻譜。 鎖相環(huán)的工作過程，是通過頻率的牽引，達(dá)到相位的鎖定鎖相環(huán)的工作過程，是通過頻率的牽引，達(dá)到相位的

2、鎖定過程。環(huán)路鎖定時，過程。環(huán)路鎖定時，f f0 0=f=fi i 1. 1. 工作原理工作原理 除振蕩器外，合成信號發(fā)生器的其他部分與高頻信除振蕩器外，合成信號發(fā)生器的其他部分與高頻信號發(fā)生器相似。號發(fā)生器相似。圖圖2.152.15為為QF1050QF1050型信號發(fā)生器原理框圖，它由射頻部分、鎖型信號發(fā)生器原理框圖，它由射頻部分、鎖相部分、調(diào)制部分和控制部分等組成。相部分、調(diào)制部分和控制部分等組成。第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 內(nèi)調(diào)制內(nèi)調(diào)制振蕩器振蕩器外調(diào)制輸外調(diào)制輸入放大器入放大器內(nèi)外調(diào)制內(nèi)外調(diào)制開關(guān)開關(guān)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)幅調(diào)頻開關(guān)開關(guān)調(diào)制度顯示調(diào)制度顯示射頻部分射頻部分鎖相部分鎖

3、相部分衰減器衰減器控制部分控制部分頻頻 率率 顯顯 示示 、衰、衰 減減 顯顯 示示外調(diào)制外調(diào)制輸入輸入圖圖2.15 QF1050型信號發(fā)生器原理方框圖型信號發(fā)生器原理方框圖輸輸出出 第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 2.3 2.3 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)生器是一種產(chǎn)生正弦波、方波、三角波函數(shù)信號發(fā)生器是一種產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等函數(shù)波形的儀器，其頻率范圍約幾毫赫至幾十兆赫。現(xiàn)代等函數(shù)波形的儀器，其頻率范圍約幾毫赫至幾十兆赫?，F(xiàn)代函數(shù)信號發(fā)生器一般具有調(diào)頻、調(diào)幅等調(diào)制功能和壓控頻率函數(shù)信號發(fā)生器一般具有調(diào)頻、調(diào)幅等調(diào)制功能和壓控頻率（VCFVCF）特性，被廣泛應(yīng)

4、用于生產(chǎn)測試、儀器維修等工作中。）特性，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)測試、儀器維修等工作中。 2.3.1 2.3.1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu) 函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法有三種：一種是由函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法有三種：一種是由施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形；施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形；第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；第三種是先產(chǎn)第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；第三種是先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。在此主要介紹第一種方法，生三角波再變換為方波和正弦波。在此主要介紹第一種方法，即脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器。即脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器。第 2 章

5、測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 1. 1. 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的組成如圖脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的組成如圖2.17(a)2.17(a)所示。所示。它包括雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、積分器和正弦波變換電路等部分，雙穩(wěn)它包括雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、積分器和正弦波變換電路等部分，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常采用施密特觸發(fā)器，積分器則采用密勒積分器。態(tài)觸發(fā)器通常采用施密特觸發(fā)器，積分器則采用密勒積分器。脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的工作過程如圖脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的工作過程如圖2.17(b)2.17(b)所示所示: :開關(guān)開關(guān)S S1 1懸空，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出為方波，積分器輸出為三懸空，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出為

6、方波，積分器輸出為三角波，三角波經(jīng)過正弦波成形電路變換成正弦波。角波，三角波經(jīng)過正弦波成形電路變換成正弦波。如果如果S S1 1與與VDVD2 2相接，當(dāng)觸發(fā)器輸出為相接，當(dāng)觸發(fā)器輸出為U U1 1時，時，VDVD2 2導(dǎo)通，電阻導(dǎo)通，電阻R R3 3被短路，積分器很快下降，當(dāng)下降到被短路，積分器很快下降，當(dāng)下降到U Ur r時，觸發(fā)電路翻轉(zhuǎn)，時，觸發(fā)電路翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器輸出為觸發(fā)器輸出為U U1 1，VDVD2 2截止，截止，R R3 3接入電路，積分器輸出緩慢上接入電路，積分器輸出緩慢上升，形成正向鋸齒波升，形成正向鋸齒波u u2 2( (t t) )，觸發(fā)器輸出為矩形波，觸發(fā)器輸出為矩形波u

7、 u1 1( (t t) )，如圖，如圖2.17(c)2.17(c)所示。如果所示。如果S S1 1與與VDVD1 1相接，將得到反向鋸齒波和極性相相接，將得到反向鋸齒波和極性相反的矩形波。反的矩形波。第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 C圖圖2.17 脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器組成框圖脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器組成框圖雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器比較器比較器正弦波正弦波成形電路成形電路輸出級輸出級 +UrR1R2R3RPVD1VD2S1S2+u1u2(a)u1(t)u2(t)U1U10tt0UrUr(b)UrUrU1U200u1(t)u2(t)(c)AB 積分電路積分電路輸出輸出uottUr第 2

8、章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 由上述分析得出：脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器無獨(dú)立的主振由上述分析得出：脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器無獨(dú)立的主振級，而是由施密特觸發(fā)器、積分器和比較器構(gòu)成的閉合回路級，而是由施密特觸發(fā)器、積分器和比較器構(gòu)成的閉合回路組成的自激振蕩器，它產(chǎn)生的最基本波形是方波和三角波。組成的自激振蕩器，它產(chǎn)生的最基本波形是方波和三角波。正弦波成形電路一般采用分段折線逼近的方法將三角波正弦波成形電路一般采用分段折線逼近的方法將三角波變換成為正弦波。圖變換成為正弦波。圖2.18(a)2.18(a)，圖，圖2.18(b)2.18(b)和圖和圖2.18(c)2.18(c)分別為分別為電路輸出特性、輸

9、入波形、輸出波形，由于該網(wǎng)絡(luò)對信號的電路輸出特性、輸入波形、輸出波形，由于該網(wǎng)絡(luò)對信號的衰減隨三角波幅度的加大而增加，而使輸出波形向正弦波逼衰減隨三角波幅度的加大而增加，而使輸出波形向正弦波逼近。如果折線段選得足夠多，并適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置，便近。如果折線段選得足夠多，并適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置，便能得到非常逼真的正弦波。能得到非常逼真的正弦波。第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 圖圖2.192.19所示為正弦波成形電路。電路中使用了所示為正弦波成形電路。電路中使用了6 6對二極管。正、對二極管。正、負(fù)直流電源和電阻負(fù)直流電源和電阻R R1 1R R7 7及及R R1 1R R7 7為二極

10、管提供適當(dāng)?shù)钠珵槎O管提供適當(dāng)?shù)钠珘?，以控制三角波逼近正弦波時轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。壓，以控制三角波逼近正弦波時轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。 隨著輸入電壓的變化，隨著輸入電壓的變化，6 6對二極管依次導(dǎo)通和截止，并把電阻對二極管依次導(dǎo)通和截止，并把電阻 R R8 8R R1313依次接入電路或從電路斷開，這樣就改變了電路輸入依次接入電路或從電路斷開，這樣就改變了電路輸入輸出比例。電路中每個二極管可產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在正半周輸出比例。電路中每個二極管可產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在正半周時，一對二極管可獲得時，一對二極管可獲得3 3段折線；負(fù)半周也得到段折線；負(fù)半周也得到3 3段折線。即段折線。即1 1對二極管可獲得對二極管可獲得

11、6 6段折線。以后每增加段折線。以后每增加1 1對二極管，正負(fù)半周對二極管，正負(fù)半周可各增加可各增加2 2段折線，因此它可以產(chǎn)生由段折線，因此它可以產(chǎn)生由2626段折線逼近而成的正段折線逼近而成的正弦波，其波形失真小于弦波，其波形失真小于0.25%0.25%。 第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 t000uiuououi(a)t(c)(b)圖圖2.18 正弦波成形電路原理正弦波成形電路原理第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 直流直流穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源電源+uiuoR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R0VD1VD2VD3VD4VD5VD7VD9VD11VD6V

12、D8VD10VD12R1R2R3R4R5R6R7圖圖2.19 2.19 正弦波成形電路實例正弦波成形電路實例第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 2. 2. 正弦式函數(shù)信號發(fā)生器正弦式函數(shù)信號發(fā)生器 圖圖2.202.20為正弦式函數(shù)信號發(fā)生器基本原理框圖。它為正弦式函數(shù)信號發(fā)生器基本原理框圖。它包括正弦振蕩器、緩沖級、方波形成器、積分器、放大器和包括正弦振蕩器、緩沖級、方波形成器、積分器、放大器和輸出級等部分。其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)輸出級等部分。其工作過程是：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖級隔離后，分為兩路信號，一路送放大器輸出正弦波，緩沖級隔離后，分為兩路信號，一路送放大

13、器輸出正弦波，另一路作為方波形成器的觸發(fā)信號。方波形成器通常是施密另一路作為方波形成器的觸發(fā)信號。方波形成器通常是施密特觸發(fā)器，它輸出兩路信號，一路送放大器，經(jīng)放大后輸出特觸發(fā)器，它輸出兩路信號，一路送放大器，經(jīng)放大后輸出方波；另一路作為積分器的方波；另一路作為積分器的輸入信號。積分器通常為輸入信號。積分器通常為密勒積分器，積分器將方密勒積分器，積分器將方波變換為三角波，經(jīng)放大波變換為三角波，經(jīng)放大后輸出。三個波形的輸出后輸出。三個波形的輸出由選擇開關(guān)控制。由選擇開關(guān)控制。正弦正弦振蕩器振蕩器緩沖級緩沖級方波形成器方波形成器放大器放大器積分器積分器輸出級輸出級圖圖2.20 正弦式函數(shù)信號發(fā)生器

14、原理框圖正弦式函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 2.3.2 AS101D2.3.2 AS101D型函數(shù)信號發(fā)生器簡介型函數(shù)信號發(fā)生器簡介 AS101DAS101D型函數(shù)信號發(fā)生器是由集成電路和晶體管構(gòu)型函數(shù)信號發(fā)生器是由集成電路和晶體管構(gòu)成的通用函數(shù)信號發(fā)生器，能產(chǎn)生成的通用函數(shù)信號發(fā)生器，能產(chǎn)生0.2Hz0.2Hz2MHz2MHz的正弦波、方的正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖信號，并具有檢測數(shù)字電路用波、三角波、鋸齒波和脈沖信號，并具有檢測數(shù)字電路用TTLTTL、CMOSCMOS邏輯電平輸出，另外還有壓控振蕩輸入，邏輯電平輸出，另外還有壓控振蕩輸入，10V1

15、0V直流偏置直流偏置電壓輸出，占空比調(diào)節(jié)等功能。具有功能豐富、性能穩(wěn)定、電壓輸出，占空比調(diào)節(jié)等功能。具有功能豐富、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)新穎、價格便宜、操作方便等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)新穎、價格便宜、操作方便等特點(diǎn)。 第 2 章 測 量 用 信 號 發(fā) 生 器 本章小結(jié)本章小結(jié) (1(1）信號發(fā)生器的組成、各組成部分的功能）信號發(fā)生器的組成、各組成部分的功能 （2 2）正弦信號發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)、調(diào)制方式、調(diào)制頻率。）正弦信號發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)、調(diào)制方式、調(diào)制頻率。 （3 3）使用信號發(fā)生器時應(yīng)注意阻抗的匹配，信號發(fā)生器只有在）使用信號發(fā)生器時應(yīng)注意阻抗的匹配，信號發(fā)生器只有在匹配情況下才能正常工作。匹配情況下才能正常工作。 （4 4）低頻信號發(fā)生器的主振器、功能（頻率范圍、波形）、用途、）低頻信號發(fā)生器的主振器、功能（頻率范圍、波形）、用途、使用注意事項。使用注意事項。 （5 5）高頻信號發(fā)生器的主振器、功能（頻率范圍、波形）、用）高頻信號發(fā)生器的主振器、功能（頻率范圍、波形）、用途、使用注意事項。途、使用注意事項。 （6 6）合