電子測量6章第2部分課件

1、6.3 函數(shù)信號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器實際上是一種多波形信號源，可以輸出正弦波、方波、三角波、斜波、半波正弦波及指數(shù)波等。631函數(shù)信號發(fā)生器的基本組成與原理 構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器的方案很多，通常有三種。1方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成方案 由外觸發(fā)脈沖或內(nèi)觸發(fā)脈沖觸發(fā)，觸發(fā)施密特電路產(chǎn)生方波，輸出信號的頻率由觸發(fā)脈沖決定，然后經(jīng)積分輸出線性變化的三角波或斜波，調(diào)節(jié)積分時間常數(shù)RC值，可改變積分速度，即改變輸出的三角波斜率，從而調(diào)節(jié)三角波的幅度，最后由正弦波形成電路形成正弦波。 如圖6.9所示。內(nèi)觸發(fā)脈沖發(fā)生器施密特觸發(fā)器積分器正弦波形成電路緩沖放大器外觸發(fā)脈沖輸入圖6.9 方波-三角波-正弦

2、波函數(shù)發(fā)生器的原理框圖oooo2三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成方案如圖6.10所示。由三角波發(fā)生器先產(chǎn)生三角波，然后經(jīng)方波形成電路產(chǎn)生方波，或經(jīng)正弦波形成電路形成正弦波，最后經(jīng)過緩沖放大器輸出所需信號。三角波發(fā)生器正弦波形成電路緩沖放大器方波變換電路緩沖放大器圖6.10三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的原理框圖輸出正弦波輸出方波3正弦波-方波-三角波函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成方案由正弦波發(fā)生器先產(chǎn)生正弦波，然后經(jīng)微分電路產(chǎn)生尖脈沖，用脈沖觸發(fā)單穩(wěn)電路形成方波，經(jīng)正弦波形成電路產(chǎn)生正弦波，最后經(jīng)過緩沖放大器輸出所需信號。正弦波發(fā)生器微分電路正弦波形成電路方波形成電路緩沖放大器緩沖放大器圖6.11 正弦

3、波-方波-三角波函數(shù)發(fā)生器的原理框圖輸出正弦波輸出方波（1）電壓斜升過程輸出電壓可表示為 （6-10）式中 UO1斜升輸出電壓的瞬時值； I1 正恒流源的的電流值； C 積分電容的電容量。（2）電壓斜降過程輸出電壓可表示為 （6-13）式中 UO2斜升輸出電壓的瞬時值； I2 負恒流源的的電流值； C 積分電容的電容量。 當正負恒流源的恒流值相等時，即I1=I2時，可得到左右對稱的三角波，三角波的幅度取決于幅度控制的極限電平。若 ，可得到正、負幅度對稱的波形。（1）在三角波的正半周，當ui的瞬時值很小時， uo = ui 。（2）當三角波的瞬時電壓ui 上升到u1 ，（3）當三角波的瞬時電壓u

4、i 上升到u2 時，輸入電壓和輸出電壓分別為 隨著輸入三角波的不斷增大，二極管V3a、V4a依次導通，使得分壓器的分壓比逐漸減小，輸出電壓衰減幅度更大，使三角波趨近于正弦波。 同理，當三角波自正峰值逐漸減小時，二極管V4a、V3a、V2a、V1a依次截止，分壓器的分壓比又逐漸增大，輸出電壓衰減幅度依次變小，三角波也趨近于正弦波，如此循環(huán)，三角波變換成正弦波。波形如圖6.15所示。 （4）波形特性。不同波形有不同的表示法。一般地正弦波的特性用非線性失真系數(shù)表示，一般要求3%；三角波的特性用非線性系數(shù)表示，一般要求2%；方波的特性參數(shù)是上升時間，一般要求100ns。（5）輸出阻抗。函數(shù)輸出50；T

5、TL同步輸出600。634函數(shù)信號發(fā)生器的應用函數(shù)發(fā)生器可用于音頻放大器、濾波器、自動測試系統(tǒng)等的測試。如用于測量低頻放大器的幅頻特性。測試過程如下。6.4 高頻信號發(fā)生器6.4.1高頻信號發(fā)生器的組成與原理 高頻信號發(fā)生器主要包括主振級、緩沖級、調(diào)制級、輸出級、監(jiān)測電路和電源等電路。 組成的基本框圖如圖6.16所示?？勺冸娍蛊髡袷幤骶彌_級調(diào)制級調(diào)制度計輸出級電壓表內(nèi)調(diào)制振蕩器圖6.16 高頻信號發(fā)生器框圖外調(diào)制輸入電源O外內(nèi)OO OFMAM 輸出S O高頻信號發(fā)生器的其它單元電路1可變電抗器2緩沖級3調(diào)制級4輸出級642高頻信號發(fā)生器的分類 按產(chǎn)生主振信號的方法不同，高頻信號發(fā)生器可分為調(diào)諧

6、信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器和合成信號發(fā)生器三大類。643 調(diào)諧信號發(fā)生器 由調(diào)諧振蕩器構(gòu)成的信號發(fā)生器稱為調(diào)諧信號發(fā)生器。它們的工作頻率 為 6.4.4 鎖相信號發(fā)生器鎖相環(huán)路是由基準頻率源、鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)?；鶞暑l率源鑒相器壓控振蕩器低通濾波器圖6.19 鎖相環(huán)的基本框圖foUof0frUiUd直接合成法包括模擬直接合成法和數(shù)字直接合成法。模擬直接合成法采用基準頻率通過諧波發(fā)生器，產(chǎn)生一系列諧波頻率，然后利用混頻、倍頻和分頻進行頻率的算術(shù)運算，最終得到所需的頻率；數(shù)字直接合成法則利用RAM和DAC結(jié)合，通過控制電路，從RAM單元

7、中讀出數(shù)據(jù)，再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到一定頻率的輸出波形。間接合成法則是通過鎖相技術(shù)進行頻率的算術(shù)運算，最后得到所需的頻率。652 直接合成法1固定頻率合成法石英晶體振蕩器提供基準頻率，基準頻率經(jīng)分頻器、倍頻器后輸出。輸出頻率為 （6-16）式中 D分頻器的分頻系數(shù)；N倍頻器的倍頻系數(shù)； f0輸出頻率；fr基準頻率。 D、N均為給定的正整數(shù)，所以輸出頻率為一固定值，稱為固定頻率合成法。基準頻率計D分頻器N倍頻器frf0圖6.20 固定頻率合成法原理圖3數(shù)字直接合成法電路由程控時鐘發(fā)生器、順序地址發(fā)生器、ROM、鎖存器和DAC變換器構(gòu)成。653 間接合成法間接合成法通過鎖相環(huán)來完成頻率的加、減、乘、除

8、，最后獲得需要的頻率。1.基本鎖相環(huán)基本鎖相環(huán)是由基準頻率源、鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。2.混頻式鎖相環(huán)是能對輸入頻率進行加、減運算的鎖相環(huán)。它是在基本鎖相環(huán)的反饋支路中加入混頻器和帶通濾波器組成的。如果混頻器是和混頻，則輸出頻率 ；如果混頻器是差混頻，則輸出頻率 。3.倍頻式鎖相環(huán)是利用鎖相環(huán)對基準頻率進行乘法運算的鎖相環(huán)，簡稱倍頻環(huán)。基準頻率源鑒相器低通濾波器壓控振蕩器分頻器（/N） 數(shù)字控制式倍頻器fi圖6.25 倍頻式所相環(huán)框圖Udf0分頻式鎖相環(huán)是利用鎖相環(huán)對基準頻率進行除法運算的鎖相環(huán)，簡稱分頻環(huán)。在鎖相環(huán)鎖定條件時， 滿足，

9、所以，實現(xiàn)了分頻。如圖6.26（a）、（b）所示。 組合式鎖相環(huán)圖6.26所示，為混頻環(huán)和倍頻環(huán)構(gòu)成的組合環(huán)，鎖定時可產(chǎn)生2MHz頻率的信號。頻率源鑒相器低通濾波器壓控振蕩器分頻 器10帶通濾波器混頻器頻率源1MhzUdf0圖6.26 組合式鎖相環(huán)構(gòu)成8MHZ654 頻率合成器應用舉例6.6 掃頻信號發(fā)生器661 概述輸出信號的頻率隨時間按一定規(guī)律、在一定范圍內(nèi)重復連續(xù)變化的信號源，稱為掃頻信號發(fā)生器。1掃頻信號的特性（1）輸出信號的頻率隨時間按一定的規(guī)律變化。（2）輸出信號的頻率受控制參量控制。（3）掃頻信號源的輸出振幅在整個掃頻范圍內(nèi)應保持平穩(wěn)。（4）掃頻信號源應能產(chǎn)生同步的掃描信號和頻率

10、標志。2對掃頻信號發(fā)生器的基本要求（）中心頻率范圍大且可連續(xù)調(diào)節(jié)。（）掃頻寬度要寬且可任意調(diào)節(jié)。（）寄生調(diào)幅要小。（）掃描線性度好。3掃頻信號發(fā)生器的優(yōu)點（1）可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻率特性的自動或半自動測量，特別是在進行電路測試時，人們可以一面調(diào)節(jié)電路中的有關(guān)元件，一面觀察熒光屏上頻率特性曲線的變化，從而迅速地將電路性能調(diào)整到預定的要求。（2）由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，因此，所得到的被測網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線也是連續(xù)的，不會出現(xiàn)由于點頻法中頻率點離散而遺漏掉細節(jié)的問題。（3）掃頻測量法是在一定掃描速度下獲得被測電路的動態(tài)頻率特性，符合被測電路的應用實際。 662 掃頻振蕩器的工作原理1變?nèi)荻O管掃頻變

11、容管掃頻振蕩器利用變?nèi)莨苋萘扛淖冞_到改變頻率的目的。變?nèi)荻O管是一種電壓控制的可變電抗器?？梢宰C明，變?nèi)荻O管的電容特性為 （6-16） 式中 cj0 變?nèi)荻O管反向電壓為零時的結(jié)電容； U0 PN結(jié)勢壘電壓； n電容的變化系數(shù)； U加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓。若n，則變?nèi)荻O管的電容為 (6-18）變?nèi)荻O管特性曲線如圖6.29所示。 BT4型低頻率特性測試儀中采用的是變?nèi)荻O管掃頻振蕩電路。如圖6.30所示。磁調(diào)電感掃頻磁調(diào)電感法掃頻通過磁場改變電感量，達到改變振蕩器的頻率的目的。帶磁心的電感線圈，其電感量LC與該磁心的有效導磁系數(shù)之間存在著線性關(guān)系。 （6-19）式中 L空心線圈的電感量； 磁芯的增量導磁系數(shù)； 有效導磁系數(shù)； 磁芯的利用率。原理如圖6.31所示。磁調(diào)電感振蕩器的振蕩頻率為 (6.20) 式中 L空心線圈的電感量； 磁心的增量導磁系數(shù)； 磁心的利用率； C諧振回路的電容。663 掃頻法測試的基本原理6.6 脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器可以產(chǎn)生不同重復頻率，不同的寬度和幅度的脈沖信號。通用脈沖信號源的組成如圖6.34所示。 1測量信號源的選擇（1）根據(jù)被測信號的頻率進行選擇。（2）根據(jù)測試功能選擇。（3）根據(jù)被測信號波形選擇。（4）根據(jù)測量準確度的要求進行選擇。6.8 測