電子測(cè)量?jī)x器 第3版 課件 項(xiàng)目2 信號(hào)發(fā)生器的使用

《電子測(cè)量》項(xiàng)目二信號(hào)發(fā)生器的使用

項(xiàng)目二

信號(hào)發(fā)生器的使用

本章提要

在進(jìn)行電子電路及電子設(shè)備的電參數(shù)測(cè)量時(shí)，信號(hào)發(fā)生器是必不可少的電子測(cè)量?jī)x器，它可以產(chǎn)生不同頻率、幅度和波形的測(cè)試信號(hào)，如正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波、調(diào)幅波和調(diào)頻波等。信號(hào)發(fā)生器作為一種信號(hào)源，目前廣泛地應(yīng)用于工廠、科研院所和學(xué)校中。信號(hào)發(fā)生器的種類繁多，按頻率范圍大致可分為超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器、甚高頻信號(hào)發(fā)生器、超高頻信號(hào)發(fā)生器六類。按輸出波形，大致可分為正弦波形發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器。按照信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)可分為一般信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)發(fā)生器正向著多功能、數(shù)字化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。任務(wù)1低頻信號(hào)發(fā)生器的使用任務(wù)描述低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍通常為1Hz~1MHz，它輸出正弦波電壓，有的還能輸出一定的正弦波功率。為了滿足多功能測(cè)量的需要，有的低頻信號(hào)發(fā)生器還能輸出方波信號(hào)。低頻信號(hào)發(fā)生器主要用于測(cè)量或檢測(cè)電子儀器及家用電器的低頻放大電路，也可作為高頻信號(hào)發(fā)生器的外調(diào)制信號(hào)源。此外，低頻信號(hào)發(fā)生器在校準(zhǔn)電子電壓表時(shí)，可用作基準(zhǔn)電壓源。因此，低頻信號(hào)發(fā)生器是一種用途廣泛的信號(hào)源。知識(shí)要點(diǎn)XD1型低頻信號(hào)發(fā)生器面板知識(shí)要點(diǎn)工作原理XD1型低頻信號(hào)發(fā)生器的工作原理框圖如圖所示。它是由文氏電橋RC振蕩器、功率放大器、功放過載保護(hù)電路、交流電壓表及直流穩(wěn)壓電源等組成。文氏電橋RC振蕩器產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)，經(jīng)衰減器Ⅰ成為儀器的電壓輸出或功放級(jí)的輸入信號(hào)，通過功率放大器放大后，再經(jīng)過衰減器Ⅱ送到輸出匹配變壓器組。為適應(yīng)不同頻率的功率輸出，該信號(hào)發(fā)生器共設(shè)有三個(gè)輸出變壓器，即一個(gè)低頻變壓器和兩個(gè)高頻變壓器。直流穩(wěn)壓電源供給各個(gè)電路的工作電壓和工作電流。交流電壓表除用于指示儀器的電壓輸出或功率輸出外，也可單獨(dú)用于測(cè)量外部交流電壓。操作指導(dǎo)使用前的準(zhǔn)備工作接通儀器的電源之前，應(yīng)先檢查電源電壓是否正常，電源線及電源插頭是否完好無(wú)損，通電前將輸出細(xì)調(diào)電位器旋至最小，然后接通電源，打開XD1型低頻信號(hào)發(fā)生器的開關(guān)。頻率調(diào)節(jié)①頻段選擇：根據(jù)所需要的頻段（即頻率范圍），通過按面板上的琴鍵開關(guān)來(lái)選擇所需要的頻率。例如，需要輸出信號(hào)的頻率為6200Hz，該頻率在1~10kHz的頻段，故應(yīng)按下10kHz的按鍵（從左向右第五個(gè)鍵）②頻率細(xì)調(diào)：在頻段按鍵的上方有三個(gè)頻率細(xì)調(diào)旋鈕，1~10旋鈕為整數(shù)，0.1~0.9旋鈕為第一位小數(shù)，0.01~0.10旋鈕為第二位小數(shù)。選擇頻率時(shí)，信號(hào)頻率的前三位有效數(shù)字由這三個(gè)旋鈕來(lái)確定。例如，需要信號(hào)的頻率為3550Hz，則頻段選擇按下10kHz按鍵后，應(yīng)將三個(gè)細(xì)調(diào)旋鈕分別旋轉(zhuǎn)到3、0.5、0.05的位置。操作指導(dǎo)輸出電壓調(diào)節(jié)XD1型低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)有電壓輸出和功率輸出兩組端鈕，這兩組輸出共用一個(gè)輸出衰減旋鈕，可做10dB/步的衰減。但需要注意，在同一衰減位置上，電壓與功率的衰減分貝是不相同的，面板上已用不同的顏色區(qū)別表示。輸出細(xì)調(diào)是由同一電位器連續(xù)調(diào)節(jié)的，這兩個(gè)旋鈕適當(dāng)配合便可在輸出端得到所需的信號(hào)輸出幅度。調(diào)節(jié)時(shí)，首先將負(fù)載接在電壓輸出端鈕上，然后調(diào)節(jié)輸出衰減旋鈕和輸出細(xì)調(diào)旋鈕，即可得到所需要的電壓幅度信號(hào)。輸出信號(hào)電壓的大小可從電壓表上讀出，然后除以衰減倍數(shù)就是實(shí)際輸出電壓值。電壓級(jí)的使用操作指導(dǎo)功率級(jí)的使用使用功率級(jí)時(shí)應(yīng)先將功率開關(guān)按下，以將功率級(jí)輸入端的信號(hào)接通。①阻抗匹配：功率級(jí)共設(shè)有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ五種額定負(fù)載值，如想得到最大的功率輸出，應(yīng)使負(fù)載阻抗等于這五種數(shù)值之一，以達(dá)到阻抗匹配。若做不到完全相同，一般也應(yīng)使實(shí)際的負(fù)載阻抗值大于所選用的功率級(jí)的額定阻抗數(shù)值，以減小信號(hào)失真。當(dāng)負(fù)載為高阻抗，且要求工作在頻率輸出頻段的兩端，即在接近)10Hz或幾百千赫時(shí)，為了輸出足夠的幅度，應(yīng)將功放部分內(nèi)負(fù)載按鍵按下，接通內(nèi)負(fù)載，否則在功放級(jí)工作頻段的兩端，輸出幅度會(huì)下降。當(dāng)負(fù)載值與面板上負(fù)載匹配旋鈕所指數(shù)值不相符時(shí)，步進(jìn)衰減器指示將產(chǎn)生誤差，尤其是0~10dB這一擋。當(dāng)功率輸出衰減放在0時(shí)，信號(hào)發(fā)生器內(nèi)阻比負(fù)載值要小。當(dāng)衰減放在10dB以后的各擋時(shí)，內(nèi)阻與面板上負(fù)載匹配旋鈕指示的阻抗值相符，可做到負(fù)載與信號(hào)發(fā)生器內(nèi)阻匹配。操作指導(dǎo)功率級(jí)的使用②保護(hù)電路：剛開機(jī)時(shí)，過載指示燈亮，經(jīng)5~6s后熄滅，表示功率級(jí)進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)輸出衰減旋鈕開得過大或負(fù)載阻抗值過小時(shí)，過載指示燈亮，表示過載。此時(shí)應(yīng)減小輸出幅度，指示燈過幾秒鐘后熄滅，自動(dòng)恢復(fù)正常工作。若減小輸出幅度后仍過載，則燈閃爍。在高頻端，有時(shí)因信號(hào)幅度過大，指示燈會(huì)一直亮，此時(shí)應(yīng)減小信號(hào)幅度或減輕負(fù)載，使其恢復(fù)正常。當(dāng)保護(hù)指示不正常時(shí)，需要關(guān)機(jī)進(jìn)行檢修，以免燒壞功率管。當(dāng)不使用功率級(jí)時(shí)，應(yīng)把功率開關(guān)復(fù)位，以免功率保護(hù)電路的動(dòng)作影響電壓級(jí)輸出。③對(duì)稱輸出：功率級(jí)輸出可以不接地，當(dāng)需要這樣使用時(shí)，只要將功率輸出端與接地端的連接片取下即可。操作指導(dǎo)功率級(jí)的使用注意事項(xiàng)1）使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀技術(shù)說明書或儀器使用說明書，在了解儀器的基本性能、使用方法后才可開機(jī)使用。2）接通電源前，檢查測(cè)量裝置的接線是否正確。儀器的量程、頻段、衰減、輸出等旋鈕是否有松脫、錯(cuò)位現(xiàn)象。3）接通電源后，儀器要預(yù)熱。4）對(duì)于通過表針指示的儀器，應(yīng)在接通電源前進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。觀察指針是否指零或規(guī)定值，如有差異，可用螺釘旋具輕輕旋轉(zhuǎn)機(jī)械調(diào)零旋鈕，使表針指示為零。在儀器通電并充分預(yù)熱后，進(jìn)行電氣調(diào)零，將儀器的輸入端短路，調(diào)節(jié)儀器使其讀數(shù)指示零或規(guī)定值。5）對(duì)于具有內(nèi)部校準(zhǔn)裝置的儀器，使用前要進(jìn)行正確校準(zhǔn)。6）電子儀器要求注意防塵、防潮、防腐和防振動(dòng)等方面的日常維護(hù)。任務(wù)2高頻信號(hào)發(fā)生器的使用任務(wù)描述高頻信號(hào)發(fā)生器是一種向電子設(shè)備提供等幅正弦波和調(diào)制波的高頻信號(hào)源，其工作頻率一般為100kHz~35MHz，主要用于各種接收機(jī)的靈敏度、選擇性等參數(shù)的測(cè)量。高頻信號(hào)發(fā)生器按照用途的不同可以分為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)發(fā)生器兩種，按照調(diào)制方式的不同可以分為調(diào)幅和調(diào)頻兩類。知識(shí)要點(diǎn)XFG-7型高頻信號(hào)發(fā)生器控制面板知識(shí)要點(diǎn)工作原理：XFG-7型高頻信號(hào)發(fā)生器主要由主振級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸出級(jí)、衰減級(jí)、內(nèi)調(diào)制振蕩級(jí)、監(jiān)測(cè)級(jí)和電源組成，其工作原理框圖如圖所示。主振級(jí)產(chǎn)生高頻等幅信號(hào)作為載波；調(diào)制級(jí)將低頻信號(hào)調(diào)制在載波上，這個(gè)低頻信號(hào)可以由內(nèi)部調(diào)制振蕩器產(chǎn)生，也可以由儀器外部提供；調(diào)制后的載波信號(hào)或未經(jīng)調(diào)制的高頻等幅信號(hào)經(jīng)輸出級(jí)放大后，由衰減級(jí)輸出；監(jiān)測(cè)級(jí)監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)的載波幅度和調(diào)制度；電源供給各級(jí)工作時(shí)所需要的電壓。操作指導(dǎo)使用前的準(zhǔn)備①檢查電源電壓是否在(220±10%)V范圍內(nèi)，若超出此范圍，應(yīng)外接穩(wěn)壓器或調(diào)壓器，否則會(huì)造成頻率誤差增大。②由于電源中接有高頻濾波電容器，機(jī)殼帶有一定的電位。如果機(jī)殼沒有接地線，使用時(shí)必須裝設(shè)接地線。

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(shí)針方向旋到底。電壓表（V表）和調(diào)幅度表（M%表）做好機(jī)械調(diào)零④接通電源，打開開關(guān)，指示燈亮。預(yù)熱10min，將儀器面板上的波段開關(guān)旋到任意兩擋之間，然后調(diào)節(jié)面板上的零點(diǎn)旋鈕，使電壓表的指針指零。操作指導(dǎo)等幅高頻信號(hào)輸出（載波）操作指導(dǎo)調(diào)幅波輸出

①內(nèi)部調(diào)制：儀器內(nèi)有400Hz和)1000Hz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：a.將調(diào)幅選擇開關(guān)放在400Hz或1000Hz位置。b.調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕到電壓表指示為1V。c.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(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅度刻度線上。d.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。調(diào)節(jié)載波調(diào)節(jié)旋鈕也可以改變輸出電壓，但由于電壓表的刻度只在“1”時(shí)正確，其他各點(diǎn)只有參考作用，誤差較大。同時(shí)，由于載波調(diào)節(jié)旋鈕的改變，會(huì)使在輸出信號(hào)的調(diào)幅度不變的情況下，調(diào)幅度表的讀數(shù)相應(yīng)有所改變，造成讀數(shù)誤差②外部調(diào)制：當(dāng)輸出電壓需要其他頻率的調(diào)幅時(shí)，就需要輸入外部調(diào)制信號(hào)。外部調(diào)制的調(diào)節(jié)操作順序如下：a.將調(diào)幅選擇開關(guān)放在“等幅”位置。b.按選擇等幅振蕩頻率的方法，選擇所需要的載波頻率。c.選擇合適的外加信號(hào)源，作為低頻調(diào)幅信號(hào)源。外加信號(hào)源的輸出電壓必須在20kΩ的負(fù)載上有100V電壓輸出（即其輸出功率為0.5W以上），才能在50~8000Hz的范圍內(nèi)達(dá)到100%的調(diào)幅。d.接通外加信號(hào)源的電源，預(yù)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。逐漸增大輸出，直到調(diào)幅度表的指針達(dá)到所需要的調(diào)幅度。利用輸出-微調(diào)旋鈕和輸出-倍乘開關(guān)控制調(diào)幅波輸出，計(jì)算方法與等幅振蕩輸出相同。任務(wù)3

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用任務(wù)描述函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種多波形的信號(hào)源。它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波及任意波形；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器還可以利用其本身具有的電壓控制振蕩頻率（VCF）的功能，作為掃描電路使用。一些函數(shù)信號(hào)發(fā)生器還具有調(diào)制功能，可以進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈寬調(diào)制和VCO控制等操作。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率很寬，使用范圍很廣，是一種不可或缺的通用信號(hào)源，可以用于生產(chǎn)測(cè)試、儀器維護(hù)維修及其他科學(xué)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、教育、化學(xué)、通信、工業(yè)控制、地球物理學(xué)、軍事和宇航等。知識(shí)要點(diǎn)DF1636A型功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器控制面板知識(shí)要點(diǎn)工作原理：采用不同的振蕩方式可得到非常低的頻率輸出。三角波發(fā)生器為其基本振蕩電路，可輸出一個(gè)三角波電壓、經(jīng)由電壓比較器可輸出頻率相同的方波，將三角波經(jīng)由正弦波整形電路即可得到正弦波輸出。操作指導(dǎo)準(zhǔn)備按下電源按鈕，接通電源，此時(shí)頻率輸出顯示器和電壓輸出顯示器亮，預(yù)熱10min后再使用該儀器。設(shè)置頻率輸出區(qū)間例如，按下“輸出頻率區(qū)間設(shè)置”中的“10k”按鍵。設(shè)置輸出波形按下“輸出波形設(shè)置”中的“正弦波”按鍵。調(diào)節(jié)輸出頻率輸出頻率粗調(diào)和細(xì)調(diào)聯(lián)合在一起進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如，輸出頻率調(diào)節(jié)為1.455kHz（使用這兩個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕時(shí)，動(dòng)作要緩慢。調(diào)節(jié)輸出幅度選擇功率輸出端輸出功率輸出端帶負(fù)載能力強(qiáng)一些，其他與電壓輸出端相同。任務(wù)4脈沖信號(hào)發(fā)生器的使用任務(wù)描述脈沖信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生頻率重復(fù)、脈沖寬度及幅度均為可調(diào)的脈沖信號(hào)，廣泛應(yīng)用于脈沖電路、數(shù)字電路的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試中。脈沖信號(hào)發(fā)生器一般都以矩形波為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。知識(shí)要點(diǎn)脈沖信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)產(chǎn)生脈沖波形的儀器。脈沖波與方波的區(qū)別在于占空比（dutycycle）不同。占空比的定義為脈沖的平均值與峰值的比例，方波的占空比永遠(yuǎn)50%，而脈沖波的占空比不一定為恒定，且可以調(diào)整。占空比可以用脈沖寬度與周期或脈沖重復(fù)時(shí)間之比來(lái)表示。脈沖產(chǎn)生方法有兩種：可以將正弦波振蕩器的輸出經(jīng)過施密特電路后形成所需的脈沖；也可以用多諧振蕩器或間歇振蕩器來(lái)產(chǎn)生脈沖。知識(shí)要點(diǎn)下圖所示為一個(gè)典型脈沖信號(hào)發(fā)生器的框圖，工作原理：由非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生自由振蕩輸出，控制此多諧振蕩器的振蕩頻率，即決定輸出脈沖的周期或脈沖重復(fù)頻率，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出接至單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，經(jīng)觸發(fā)后產(chǎn)生脈沖輸出，輸出脈沖的寬度由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器來(lái)調(diào)整。知識(shí)要點(diǎn)

操作指導(dǎo)

1.頻率粗調(diào)開關(guān)和頻率細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)開關(guān)和頻率細(xì)調(diào)旋鈕，可實(shí)現(xiàn)1kHz~100MHz的連續(xù)調(diào)整。粗調(diào)分為十擋（1kHz、3kHz、10kHz、300kHz、1MHz、30MHz和100MHz），各擋之間用細(xì)調(diào)覆蓋。頻率細(xì)調(diào)旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，頻率增高，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，即為頻率粗調(diào)