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低频信号发生器是用来产生（）信号的信号源。A.标准方波B.标准直流C.标准高频正弦D.标准低频正
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低频信号发生器是用来产生（）信号的信号源。A.标准方波B.标准直流C.标准高频正弦D.标准低频正弦请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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1低频信号发生器的低频振荡信号由（
）振荡器产生。A.LCB.电感三点式C.电容三点式D.RC2用普通示波器观测一波形，若荧光屏显示由左向右不断移动的不稳定波形时，应当调整（
）旋钮。A.X位移B.扫描范围C.整步增幅D.同步选择3使用低频信号发生器时（
）。A.先将“电压调节”放在最小位置，再接通电源B.先将“电压调节”放在最大位置，再接通电源C.先接通电源，再将“电压调节”放在最小位置D.先接通电源，再将“电压调节”放在最大位置4疏失误差可以通过（
）的方法来消除。A.校正测量仪表B.正负消去法C.加强责任心，抛弃测量结果D.采用合理的测试方法
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信号发生器.ppt
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简介：本文档为《第3章
信号发生器ppt》，可适用于高等教育领域，主题内容包含第章信号发生器第章信号发生器信号发生器概述信号发生器概述一、信号发生器的用途在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时都需要有符等。
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信号发生器
第6章 系统分析第3章 信号发生器 章3.1 信号发生器概述 3.2 正弦信号发生器的性能指标 3.3 低频信号发生器 3.4 射频信号发生器 3.5 扫频信号发生器 3.6 脉冲信号发生器 3.7 噪声发生器 习 题 三第6章 系统分析3.1 信号发生器概述一、信号发生器的用途 在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器 件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，’由它 产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被 测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者 的输出响应，以分析确定它们的性能参数，如图 3．1―l所示。第6章 系统分析这种提供测试用电信号的装置，统称为信号发生器，用 在电子测量领域，也称为测试信号发生器。和示波器、 电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量 领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。除了电 子技术尤其是电子测量，信号发生器在其他领域也有 广泛应用，例如机械部门的超声波探伤，医疗部门的 超声波诊断、频谱治疗仪等。第6章 系统分析图3.1―1 测试信号发生器第6章 系统分析二、信号发生器的分类 信号发生器应用广泛，种类型号繁多，性能各异， 分类方法也不尽一致，下面介绍几种常见的分类。 l.按频率范围分类 按照输出信号的频率范围，有表3.1―1所示的划分。第6章 系统分析表3.1―1名称频率范围 30kHz以下 30 kHz～300 kHz 300 kHz～6 MHz 6 MHz～30 MHz 30 MHz～300 MHz 300 MHz～3000 MHz主要应用领域 电声学、声纳 电报通讯 无线电广播 广播、电报 电视、调频广播、导航 雷达、导航、气象超低频信号发生器 低频信号发生器 视频信号发生器 高频信号发生器 甚高频信号发生器 超高频信号发生器第6章 系统分析2．按输出波形分类 根据使用要求，信号发生器可以输出不．同波形 的信号，图3.1―2是其中几种典型波形。按照输出信号 的波形特性，信号发生器可分为正弦信号发生器和非 正弦信号发生器。非正弦信号发生器又可包括：脉冲 信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数 字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生 器等.第6章 系统分析图3.1―2 几种典型的信号波形第6章 系统分析3．按信号发生器的性能分类 按信号发生器的性能指标，可分为一般信号发生 器和标准信号发生器。前者指对其输出信号的频率、 幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一 类发生器；后者是指其输出信号的频率、幅度、调制 系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、 屏蔽良好的中、高档信号发生器。第6章 系统分析还有其他的分类方法。比如按照使用范围，可分为 通用和专用信号发生器(例如电声行业中使用的立体声 和调频立体声信号发生器就属于专用信号发生器)；按 照调节方式，可分为普通信号发生器、扫频信号发生器 和程控信号发生器；按照频率产生方法又可分为谐振信 号发生器、锁相信号发生器及合成信号发生器等。第6章 系统分析上面所述仅是常用的几种分类方式，而且是大致 的分类。随着电子技术水平的不断发展，信号发生器 的功能越来越齐全，性能越来越优良，同一台信号发 生器往往具有相当宽的频率复盖，又具有输出多种波 形信号的功能。例如国产EEl631型函数信号发生器， 频率复盖范围为0．005H2～40MHz，跨越了超低频、 低频、视频、高频到甚高频几个频段，可以输出包括 正弦波、三角波＼方波、锯齿波、脉冲波、调幅波、 调频波及TTL波等多种波形的信号。第6章 系统分析三、信号发生器的基本构成 虽然各类信号发生器产生信号的方法及功能各有 不同，但其基本的构成一般都可用图3．1―3的框图描 述，下面对框图中各个部分作扼要介绍.振荡器：振荡 器是信号发生器的核心部分，由它产生不同频率、不 同波形的信号。产生不同频段、不同波形信号的振荡 器原理、结构差别很大。第6章 系统分析图3．1―3信号发生器原理框图第6章 系统分析变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器 或整形器。一般情况下，振荡器输出的信号都较微弱， 需在该部分加以放大。还有像调幅、调频等信号，也 需在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数发 生器，振荡器输出的是三角波，需在这里由整形电路 整形成方波或正弦波。 输出级：其基本功能是调节输出信号的电平和输 出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。第6章 系统分析指示器：指示器用来监视输出信号，可以是电子电 压表、功率计、频率计和调制度表等，有些脉冲信号发 生器还附带有简易示波器。使用时可通过指示器来调整 输出信号的频率、幅度及其他特性。通常情况下指示器 接于衰减器之前，并且由于指示仪表本身准确度不高， 其示值仅供参考，从输出端输出信号的实际特性需用其 他更准确的测量仪表来测量。 电源：提供信号发生器各部分的工作电源电压。通 常是将50Hz交流市电整流成直流并有良好的稳压措施。第6章 系统分析四、信号发生器的发展趋势 由于电子测量及其他部门对各类信号发生器的广 泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类 日益增多，性能日益提高，尤其随着70年代微处理器 的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向 发展。现在，许多信号发生器除带有微处理器，因而 具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和 修正等功能外，还带有IEEE-488或RS232总线，可以和 控制计算机及其他测量仪器一起方便地构成自动测试 系统。第6章 系统分析当前信号发生器总的趋势是向着宽频率复盖＼高频率 精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。 我们将在后面各节陆续介绍当前各类有代表性信号发 生器的性能指标。第6章 系统分析3.2 正弦信号发生器的性能指标在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、 应用最广泛的一类，几乎渗透到所有的电子学实验及 测量中。其原因除了正弦信号容易产生，容易描述又 是应用最广的载波信号外，还由于任何线性双口网络 的特性，都可以用它对正弦信号的响应采表征。显然， 由于信号发生器作为测量系统的激励源，被测器件、 设备各项性能参数的测量质量，将直接依赖于信号发 生器的性能。第6章 系统分析通常用频率特性、输出特性和调制特性(俗称三大指标) 来评价正弦信号发生器的性能，其中包括30余项具体 指标。不过由于各种仪器的用途不同，精度等级不同， 并非每类每台产品都用全部指标进行考核。另外各生 产厂家出厂检验标准及技术说明书中的术语也不尽一 致。本节仅介绍信号发生器中几项最基本最常用的性 能指标。第6章 系统分析一、频率范围 指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内 既可连续又可由若干频段或一系列离散频率复盖，在 此范围内应满足全部误差要求。例如国产XDl型信号发 生器，输，出信号频率范围为1Hz～1MHz，分六档即 六个频段，为了保证有效频率范围连续，两相邻频段 间有相互衔接的公共部分即频段重迭。又如(美)HP公 司HP―8660C型频率合成器产生的正弦信号的频率范 围为主0kHz～2 600MHz，可提供间隔为1Hz总共近26 亿个分立频率。第6章 系统分析二、频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示)数值 与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示f 0 ? f1 ?= × 100% f1（3.2-1）第6章 系统分析式中f0为度盘或数字显示数值，也称预调值， f1是 输出正弦信号频率的实际值。频率准确度实际上是输 出信号频率的工作误差。用度盘读数的信号发生器频 率准确度约为±(1％～10％)，精密低频信号发生器频 率准确度可达±0.5％o例如调谐式XFC―6型标准信号 发生器，其频率准确度优于±1％，而一些采用频率合 成技术带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有 基准频率(晶振)的准确度，若机内采用高稳定度晶体振 荡器，输出频率的准确度可达到l0-8～10-10。第6章 系统分析三、频率稳定度 频率稳定度指标要求与频率准确度相关。频率稳 定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时 间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。 按照国家标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和 频率长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器 经过规定的预热时间后，信号频率在任意1.5min内所 发生的最大变化，表示为f max ? f min δ= × 100% f0（3.2-2）第6章 系统分析式中fo为预调频率，fmax、fmin分别为任意15min信 号频率的最大值和最小值。频率长期稳定度定义为信 号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意3h 内所发生的最大变化，表示为： 预调频率的x × 10 + yHz?6（3.2-3）式中x、y是由厂家确定的性能指标值。第6章 系统分析四、由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量 在第一章第§1．4节中曾提到测量仪器的稳定性指 标，其一为稳定度，其二为影响量。前述规定时间间隔内 的频率漂移即稳定度，而由温度、电源、负载变化等外界 因素造成的频率漂移(或变动)即为影响量. (l)温度引起的变动量 环境温度每变化工℃所产生的相对频率变化，表示为： 预调频率的x.10-6℃，即( f1 ? f 0 ) × 10 ?= × 10?6 / o C （3.2-4） f 0 ? ?t6式中△t为温度变化值，f0为预调值， f1为温度改变后 的频率值.第6章 系统分析(2) 电源引起的频率变动量 供电电源变化±10％所产生的相对频率变化，表 示为： x ? 10?6 ，即 （3.2-5）( f1 ? f 0 ) × 106 ?= × 10?6 f0第6章 系统分析(3)负载变化引起的频率变动量 负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频率 变化，表示为： x ? 10?6 ，即( f 2 ? f1 ) × 106 ?= × 10?6 f1（3.2-6）式中f1为空载时的输出频率，f2为额定负载时的输 出频率。第6章 系统分析五、非线性失真系数(失真度) 正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频 率的正弦波，但由于信号发生器内部放大器等元、器 件的非线性，会使输出信号产生非线性失真，除了所 需要的正弦波频率外， 还有其他谐波分量。人们通常 用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程 度，并用非线性失真系数2 2 2 3γ 表示：2 nU +U +L+U γ = × 100% U1（3.2-7）第6章 系统分析U L 式中U1为输出信号基波有效值， 2、U 3、 、U n 为 L 各次谐波有效值。由于 U 2、U 3、 、U n 等较U1小得多，为了测量上的方便，也用下面公式定义y：γ =U +U +L+U2 2 2 3 2 22 n 2 nU +U +L+U2 1× 100%（3.2-8）第6章 系统分析六、输出阻抗 作为信号源，输出阻抗的概念在“电路”或“电子 电路”课程中都有说明。信号发生器的输出阻抗视其 类型不同而异。低频信号发生器电压输出端的输出阻 抗一般为600Q(或1 k )，功率输出端依输出匹配变压 器的设计而定，通常有50 、75 、150 、600 和 5k 等档。高频信号发生器一般仅有50 或75 档。当 使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。第6章 系统分析七、输出电平’ 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由 产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输 出功率及其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。 输出幅度可用电压(V，mV， V)或分贝表示。例如XD? 1低频信号发生器的最大电压输出为lHz～1MHz，&5V， 最大功率输出为10Hz～700kHz(50 600 )，&4W。 、75 、150 、第6章 系统分析八、调制特性 高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能 输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下 是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲调制 等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为 内调制，当调制信号由外部加到信号发生器进行调制 时，称为外调制。这类带有输出已调波功能的信号发 生器，是测试无线电收发设备等场合不可缺少的仪器。第6章 系统分析例如xFC―6标准信号发生器，就具备内、外调幅，内、 外调频，或进行内调幅时同时进行外调频，或同时进 行外调幅与外调频等功能。而像HP8663这类高档合成 信号发生器，同时具有调幅、调频、调相、脉冲调制 等多种调制功能。第6章 系统分析3.3 低频信号发生器一、低频信号发生器 1．低频信号发生器主要性能指标 通用低频信号发生器的主要性能指标：①频率范 围为lHz～1MHz连续可调；②频率稳定度(0.1～0.4)％ ／h；⑧频率准确度±(1～2)％；④输出电压0―10v连 续可调；⑤ 输出功率约(0.5～5)w连续可调；⑥非线性 失真(0.1 ～ 1)％；⑦输出阻抗可为50 、 600 及5k 。 、 75 、150第6章 系统分析2．低频信号发生器组成框图 通用低频信号发生器的组成框图如图3．3-1所示。 图(a)仅包括电压输出，负载能力 弱。图(b)除包括电 压输出外，另有功率输出能力o 3. 通用RC振荡器 低频信号发生器中产生振荡信号(图3．3-1中主振 器)的方法有多种，在通用信号发生器(如XD-1 、 XD-2、 XD-7)中，主振器通常使用RC振荡器，而其中应用最 多的当属 文氏桥振荡器。第6章 系统分析图3.3―1 低频信号发生器框图第6章 系统分析图3.3―1 低频信号发生器框图第6章 系统分析图3.3―2 RC文氏桥网络第6章 系统分析图3.3―2 RC文氏桥网络第6章 系统分析图3．3-2给出了文氏桥式网络及其传输函数的幅频 相频特性。我们简要分析其工作原理。在图(a)中，& Ui& 是网络的输入电压， U o 是输出电压，Z1为R、C串联阻抗，Z2为R、C并联阻抗，则网络的传输函数& Uo Z2 1 = = N ( jω ) = & U i Z1 + Z 2 3 + j ( RωC ? 1 = = ω ω0 f f0 3 + j( ? ) 3 + j( ? ) ω0 ω f0 f 11 RωC)（3.3-1）第6章 系统分析式中1 1 , f0 = ω0 = RC 2πRC特性? (ω )分别为（3.3-2）由式(3。3―1)得到传输函数的幅频特性N (ω ) 和相频N (ω ) = N ( jω ) =21ω ω0 2 3 +( ? ) ω0 ω2（3.3-3）? ω ω0 ? ? (ω ) = ? arctan ?( ? ) / 3? ? ω0 ω ?（3.3-4）第6章 系统分析N (ω ) 和 ? (ω ) 分别示于图3．3-2中(b)和?.由图(b)、(c)可以看出：当 ω = ω 0 = 1 / RC ，或 f = f 0 = 1 / 2πRC 输出信号与输入信号同相，且此时传输函数模最 大时，( N (ω 0 ) = N ? (ω ) max = 1 / 3)，如果输出信号& U o 后接放大倍数 K v = 1 / N (ωo ) = 3 的同相放大器 (一般 由两级反相放大器级联实现)，那么就可以维持ω = ω0 或者f = f 0 = 1 / 2πRC的正弦振荡，而由于RC网络的选频特性，其他频率的信号将被抑制。第6章 系统分析但是，放大倍数Kv＝3的放大器是不稳定的，同时 由于文氏桥电路的选频特性很差，放大器增益不稳， 不但会引起振荡振幅变化，还会造成输出波形失真。 因此，总是使用高增益的二级放大器加上负反馈，使 得在维持振荡期间，总电压增益为3，这样就形成了图 3，3―3所示的文氏桥振荡电路。图中负温度系数热敏 电阻Rt和电阻Rf就构成了电压负反馈电路。第6章 系统分析热敏电阻只，的阻值随环境温度升高或流过的电流增 加而减小，当由于各种原因引起输出电压增大时，由 于该电压也直接接在Rt、Rf串联电路，流过Rt的电流也 随之增加而导致Rt阻值降低，负反馈加大，放大器总 增益降低，使输出电压减小，达到稳定输出信号振幅 的目的。而在振荡器起振阶段，由于Rt温度低，阻值 大，负反馈小，放大器实际总增益大于3，振荡器容易 起振。第6章 系统分析图3.3―3 使用热敏电阻Rt作为增益控制器件的 文氏桥式振荡器方框图第6章 系统分析由式(3．3―2)可知，改变电阻R和电容C数值可调 节振荡频率。可以使用同轴电阻器改变电阻R进行粗调， 使得换档时频率变化10倍，而用改变双联同轴电容C的 方法在一个波段内进行频率细调。图3.3―4是XD―2型 低频信号发生器中的月C振荡器部分电路。第6章 系统分析在上边的分析中，没有考虑放大器的输入电阻Ri 和输出电阻Ro的影响， Ri和Ro对RC 网络的影口向如图 3.3―5所示，由图不难看出，应使Ri尽可能大而Ro尽可 能小。为此实际振荡器电路中放大器输入级常采用场 效应管，以提高输入阻抗Ri，输出时加接射极跟随器， 以降低输出阻抗Ro.第6章 系统分析图3.3―4 XD―2低频信号发生器中的RC振荡器第6章 系统分析图3.3―5 放大器输入输出阻抗对 RC网络的影响第6章 系统分析4．其他低频振荡器 (l) LC振荡器 当谈到正弦振荡时，很容易想到用L、C构成谐振 电路和晶体管放大器来实现。实际上基本不用这种电 路做为低频信号发生器的主振荡器。这是因 为对L、C振荡电路，振荡频率f0 = 1 2π L ? C当频率较低时， L、C的体积都相当大，分布电容、漏 电导等也都相应很大，而品质因数Q值降低很多， 谐振特性变坏，且调节困难。其次，由于f0与 L ? C第6章 系统分析成反比，因而同一频段内的频率复盖系数很小。例如L 固定，调节电容C改变振荡频率，设电容调节范围为 40～450pF，则频率复盖系数f max Cmax 450 K= = = ≈3 f min Cmin 40式(3．3―2)，可以得到频率复盖系数(3.3-5)如果用只C桥式振荡器，仍以上面的情况为例，根据f max Cmax 450 K= = = ≈ 11 f min Cmin 40(3.3-6)第6章 系统分析事实上，例如以RC文氏桥电路构成振荡器的XD-1 型低频信号源，信号频率范围为1kHz ～1MHz，分为6 个频段，每个频段内的频率复盖系数均为主0。第6章 系统分析(2)差频式振荡器 差频式低频信号发生器框图示于图3．3-60框图中可 变频率振荡器和固定频率振荡器分别产生可变频率的高 频振荡f1和固定频率的高频振荡f2，经过混频器M产生两 者差频信号f＝ f1 C f2 ，后面的低通滤波器滤除混频器输 出中含有的高频分量。当可变频率振荡器频率从f1max变 成f1min时，低通滤波器后就得到了fmax ～ fmin的低频信号， 再经放大器和输出衰减器后得到所需要的低频信号。这 种方法的主要缺点是电路复杂，频率准确度、稳定度较 差，波形失真较大；最大的优点是容易做到在整个低频 段内频率可连续调节而不用更换波段，输出电平也较均 匀，所以常用在扫频振荡器中。第6章 系统分析图3.3―6 差频信号发生器框图第6章 系统分析5．XD―l型低频信号发生器 由于低频信号发生器应用非常广泛和频繁，我们 以XD―1型低频信号发生器为例，介 绍其主要技术指 标和简要使用方法.第6章 系统分析(1)主要技术指标 频率范围：lHz～1MHz，分成1Hz一10Hz～ 100Hz～1kHz～10kHz一100kHz～1MHz六个频段(六 档)。 频率漂移：预热30min后，第一小时内， I档， ≤0．4％；Ⅵ档，≤0．2％；Ⅱ～V档， ≤0，工％，其 后7小时内， I档，≤0．8％； Ⅵ档，≤0．4％； Ⅱ～ V档，≤0．2％。第6章 系统分析频率特性(输出信号幅频特性)：电压输出&±ldB； 功率输出，10Hz～100kHz 600 1，50 、 (50 、75 、150 、 、 、 5 k )，≤±2dB 100～700kHz(50 、75600 )，≤13dB；100～200kHz(5 k )，≤±3dB。 输出：电压输出，lHz～1MHz，&5V；最大功率输 出，10Hz～7 0 0kHz(5 0 、 75 10 Hz～200 kHz(5 k )， &4W。 、 150 、 600 )，第6章 系统分析非线性失真：电压输出，20Hz ～ 20kHz，&0.1％； 功率输出，20Hz～20kHz，&0.5％。 衰减器：电压输出，lHz～1MHz衰减≤80dB ± l.5dB；功率输出，10Hz ～ 100kHz衰减≤80dB ± 3dB， 100kHz～700kHz衰减≤80dB ± 3.5dB。 交流电压表：5V、15V、5 0V、15 0V四档， ≤±5％，电压表输入电阻、电容： ≥100k ，≤50pF。 电源：220V ± 10％，50Hz，50VA。第6章 系统分析(2)使用 参考图3.3-7所示XD-1低频信号发生器框图。 频率选择：根据所需频段按下“频率范围”按钮， 然后再用按键开关上面的“频率调节1 、 2、3旋钮按 照十进制原则进行细调。例如：“频率范围”指10～ 100kHz 100kHz档，“频率调节×1”指4，“频率调节× 0.1”指 1” 4 0.1” 8，“频率调节× 0．01”指7，则此时输出频率为 48．7 kHz。第6章 系统分析图3.3―7 XD―1低频信号发生器框图第6章 系统分析电压输出：用电缆直接从“电压输出”插口引出。 通过调节输出衰减旋钮和输出细调旋钮，可以得到较 ? 好的非线性失真(&0.1％)、 较小的电压输出(&200 V) 和小电压下较高的信噪比。最大电压输出5V，输出阻 抗随输出衰减的分贝数变化而变化。为了保证衰减的 准确性及输出波形不变坏，电压输出端钮上的负载应 大于5k .第6章 系统分析功率输出：将功率开关按下，用电缆直接从功率 输出插口引出。为了获得大功率输出，应考虑阻抗匹 配，适当选择输出阻抗。当负载为高阻抗，且输出频 率接近低高两端，即接近10Hz或几百kHz时，为保证 有足够的功率输出，应将面板右侧“内负载”键按下， 接通内负载。第6章 系统分析过载保护：刚开机时，过载保护指示灯亮，约5～ 6s后熄灭，表示进入工作状态。若负载阻抗过小，过 载指示灯会再次闪亮，表示已经过载，机内过载保护 电路动作，此时应加大负载阻抗值(即减轻负载)，使灯 熄灭。第6章 系统分析交流电压表：该电压表可做“内测”与“外测”o 测量开关拨向“外测”时，它做为一般交流电压表测 量外部电压大小。当开关拨向“内测”时，它做为信 号发生器输出指示，由于它位于输出衰减器之前，因 此实际输出电压应根据电压表指示值与输出衰减分贝 数按表3.3―l计算。第6章 系统分析表3.3―l第6章 系统分析二、超低频信号发生器 超低频信号发生器实际上仍属于低频信号发生器， 只是输出信号频率低端较一般低频信号发生器更低一 些，通常将能产生士Hz以下频率的信号源称为超低频 信号发生器，目前超低频信号发生器的频率低端已可 低于10-8 Hz.这类信号发生器主要用于自动控制系统的 10 Hz. 测试。第6章 系统分析在电子测量仪器的门类划分中，并不把超低频信号发 生器单列一类，我们仅出于从产生低频振荡的方法不 同考虑，将其单独列出加以叙述，其实这些产生低频 振荡的方法，有时也用在一般低频信号发生器中。除 了输出信号频率范围往低端延伸外，超低频信号发生 器和一般低频信号发生器技术指标基本相同。下面我 们主要介绍产生超低频振荡的几种常用方法.第6章 系统分析1．用积分器构成的超低频信号发生器 (1)运算放大器及其理想化模型 图3．3-8(a)中虚框内表示运算放大器，(b)中虚框 内部分为其等效电路，其中只i为运算放大器(以后简称 运放)输入电阻，必为运放开环放大系数，图中R2、R1 为构成实际放大器的反馈电阻。由于电子技术的发展， 现在运放(不管是集成电路还是分立元件构成)的性能可 以达到很高，比如输入电阻Ri和开环放大倍数且可分 别达到106～108 及105～108 甚至更高。输出电压受 到偏置直流电压限制，一般在一15V～+15V范围内。第6章 系统分析当运放工作在线性区时，u 2＝Aui，由此可推算出叭在 几个微伏到几十微伏之间，相比输入电压，u1(几十毫 伏～几伏)小到可以忽略，再由于R1很大，因此流入运 放的电流i更 是小于 10-8 A以下。为了便于分析，不妨 就近似认为：ui ≈ 0(习惯上称为虚短路，因为小并不真 正等于零)， i ≈ 0(习惯上称为虚开路)输入电阻、开环 放大系数分别近似认为Ri → ∞, A → ∞，这样就得到图3．3-8中(c)的理想化运放模型。第6章 系统分析图3.3―8 运算放大器及其理想化模型第6章 系统分析图3.3―8 运算放大器及其理想化模型第6章 系统分析图3.3―8 运算放大器及其理想化模型第6章 系统分析现在使用理想化运放模型分析图3.3―9中三个电路 的功能。图(a)中i1＝i2(虚开路)，u2 = ? R2i2 , u1 = R1i1 (虚短路)，所以u2 ? R2i2 R2 = =? u1 R1i1 R1(3.3-7)第6章 系统分析因此图(a)所示电路具有比例(乘法、除法)功能。 在图(b))中，2 = i11 + i12 (虚开路)，而 iu11 = R11i11 , u12 = R12i12 , u2 = ? R2i2(虚短路)，所以?U11 U12 ? u2 = ? R2 ? + ? ? R11 R12 ?若取R2＝R11＝R12，由上式成为(3.3-8)u2 = ?(u11 + u12 )(3.3-9)第6章 系统分析由式(3．3―8)、(3．3―9)可见图(b)电路具有加法 (或比例与加法)功能。在图(c)中，同样考虑虚开路、 虚短路的理想化条件，可以得到i1 = i2 u1 = Ri1 1 1 1 u2 = ? ∫ i2 (t )dt = ? ∫ i1 (t )dt = ? ∫ u1 (t )dt C C RC(3.3-10)第6章 系统分析由式(3。3―10)，可看到(c)图电路具有积分功能， 积分时常数由R、C决定，如果在积分区间u1 (t ) 为常数U， 则输出电压u2为t u2 = ? ?U RC(3.3-11)由上面的分析可以得出结论，由于运放反馈通路的 构成不同，它可以具有乘、除、加、减、微分、积分等 运算功能，运算放大器就因此而得名.第6章 系统分析(2)用运放构成的超低频信号发生器 仍考虑图3.3―9(c)积分电路和式(3.3―10)，当输入u1 (t ) 为角频率 ω )的正弦函数时u2 (t ) 也为同频率正弦函数，用相量表示有& U2 = ?或者1 & U1 jRCω& 1 U2 &= = j K & U1 ωRC(3.3-12)第6章 系统分析图3.3―9 运算放大器的运算功能第6章 系统分析图3.3―9 运算放大器的运算功能第6章 系统分析图3.3―9 运算放大器的运算功能第6章 系统分析即积分器产生 π / 2 相移，增益为 1 / ωRC 如果用两 级积分器级联并在反馈环路中加接一个反相器& ( K = ?1 )，如图3.3―1.0(a)所示，则闭环增益& K=或者当1 2 ω R1R2C1C2(3.3-13)ω = ω0 =1 1 , f = f0 = R1R2C1C2 2π R1R2C1C2(3.3-14)第6章 系统分析& 时，闭环增益 K = 1 ，这正好是维持振荡的相位和振 幅条件，也就是说图3．3―10(a)图电路可产生频率为式(3．3―14)所表示的正弦振荡。在实际振荡器中，为 了调节方便，结构简单，一般取 R1 = R2 = R, C1 = C2 = C ， 并在两级积分器前，各加一个由同轴电位器构成的分 压电路，分压比均为a，如图3．3―l0(b)所示，不难得 出其振荡频率为a a , f0 = ω0 = RC 2πRC变。进行频率细调。(3.3-15)实际振荡器中，用改变R或C的办法改变频段，改第6章 系统分析图3.3―10 用积分器构成的超低频信号发生器第6章 系统分析图3.3―10 用积分器构成的超低频信号发生器第6章 系统分析2．函数信号发生器 在低频(或超低频)信号发生器的家族中，还有一种 被称为函数信号发生器，简称函数 发生器，它在输出 正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯 齿波等波形，以满足不同的测试需求。函数发生器的 基本工作原理是先由积分电路和触发电路产生三角波 和方波，然后通过函数转换器(例如二极管整形网络)将 三角波整形成正弦波。第6章 系统分析图3．3―1l是函数发生器的原理图，图中由双稳态 触发器，比较器I、Ⅱ和积分器构成方波及三角波振荡 电路，然后由二极管整形网络将三角波整形成正弦波。 其简要工作原理如下：第6章 系统分析图3.3―11 函数发生器原理图第6章 系统分析设开始I作时，双稳 Q 输出端电压为-E，经过电位 器P分压，设分压系数 α = 积分器输出端D点电位随时间t正比上升R2 R1 + R2，根据式(3．3―11)，uD =α ?ERC?t(3.3-16)第6章 系统分析当经过时间T1 , uD 上升到Um时，比较器I输出触发脉冲使双稳态电路翻转，弓端输出电压为刀并输入给 积分器，则积分器输出端。点电位为uD = ?α ?ERC?t(3.3-17)第6章 系统分析图3.3―12 函数发生器波形图第6章 系统分析将对称三角波转换为正弦波的原理如图3.3―13(a) 所示。正弦波可看成是由许多斜率不同的直线段组成， 只要直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好 地近似正弦波形，斜率不同的直线段可由三角波经电 阻分压得到(各段相应的分压系数不同).因此，只要将 三角波叭通过二个分压网络，根据叭的大小改变分压 网络的分压系数，便可以得到近似的正弦波输出。二 极管整形网络就可实现这种功能，我们用图3.3―13(b) 所示的二极管整形网络来说明其工作原理。第6章 系统分析图3.3―13 由三角波整形成正弦波第6章 系统分析图3.3―13 由三角波整形成正弦波第6章 系统分析图3．3―14为XD8B超低频信号发生器(函数发生 器)框图，它由积分电路、比较电路、正弦波成形电路、 功率放大器、衰减器及稳压电源等部分组成。第6章 系统分析图3.3―14 XD8B框图第6章 系统分析比较器把恒定的正负极性电位(±16V)交替地送到 积分器去积分而得到三角波，三角波又反馈到比较器 使它交替翻转，形成振荡环路，从积分器得到三角波， 从比较器得到方波。三角波经过由10只二极管组成的 电阻网络和缓冲放大器组成的正弦折线成形电路变换 成正弦波。如果将二极管并接在积分电阻R上，由于二 极管正、反向电阻的巨大差异而使正负积分时间常数 不同，可以获得锯齿波和脉冲信号。第6章 系统分析3．数字合成低频信号发生器 用RC文氏桥振荡器以及以积分器为基础的函数发 生器，突出的优点是 电路简单。但频率准确度及稳定 度较差，非线性失真较大，而且输出信号的幅频特性 不太平坦。数字合成低频信号发生器可以有效地提高 上述性能指标。在这种仪器中，正弦波由阶梯波合成， 如图3．3-15所示，而阶梯波的形成是由存贮在只读存 贮器(ROM)中的数字信息经数模转换器(D／A)形成的。第6章 系统分析图3.3―15 正弦波的阶梯近似第6章 系统分析图 3.3-16是基于这种方法的数字合成低频振荡器方框图， 我们简要分析其工作原理。在i?t ≤ t & (i + 1) ?t 区间u(t ) = Um sin 2πf ? i?T由于(3.3-18)所以1 1 f = = T p ? ?T(3.3-19)i u(t ) = Um sin 2π ? = u(i ) p(3.3-20)第6章 系统分析通常正弦信号峰值电压恒定，比如设Um= 255mV， 这样我们可以用32个字节8比特的存贮器(ROM)来贮存i 等于不同数值时的电压 u(t)或u(i)最小分辨率为1 mV。 由于正 弦信号四个象限内数值的对称性，一个周期分 成p=128等份，只有32个独立的数值，因此用32个字节 的ROM存贮数据就够了。由式(3．3-19)看出，输出信 号的频率取决于 △ T，改变△ T即可得到不同的输出 频率，这通过图3．3-16“中的晶体振荡器和分频器实 现。由分频器输出的计数脉冲周期为△ T ，设晶体振 荡器振荡频率为f0，分频系数为q，则输出信号频率第6章 系统分析1 1 f = = ? f0 p ? ?T p ? q(3.3-21)图3．3―16中加／减5位二进制计数器、RS触发器、 检测器等构成ROM的地址译码器，根据译出地址从 ROM中取出相对应的幅度值(是数字量)，经模―数转 换器转换成模拟电压，配合以相应的倒相电路，构成 图3．3―15所示的阶梯波，再经低通滤波器加以“平 滑”，即滤除阶梯波中的高次谐波，得到正弦波输出。 这种方法的主要优点包括：第6章 系统分析①输出频率准确度高，基本上等于机内晶体振荡器的 频率准确度和稳定度.②因为各区间的振幅值以数字形 式存于ROM中不会改变，加上现在的数―模转换器性 能稳定，因此输出信号的幅频特性很好o⑧输出信号的 非线性失真很小，可低于0．1％.第6章 系统分析图3.3―16 数字合成低频信号产生器框图第6章 系统分析三、低频信号产生器的发展现状 由于需求的广泛和电子技术的发展，低频信号发 生器的性能指标不断得到提高，表3．3―2列出了当前 国外、国内有代表性产品的主要性能指标，以给读者 一些数量上的概念。表 中所列的频率合成器也是低频 信号发生器中的重要一类，其工作原理将在后面予以 介绍。第6章 系统分析表3.3―2第6章 系统分析第6章 系统分析
第三章 信号源 3.1 概述 3.2 正弦信号源(一) 1.掌握信号源的定义、种类。...A、新课 新授课 B、引入 附 记 信号源又称信号发生器,是为电子测量提供符合...关键词:虚拟仪器 Labview 任意信号发生器 目录 第一章 课题调研 1.1 信号发生...其典型结构如图 1.3 所示:波形 输出 控制 面板 DDS 模块 波形存储器 D/A ...?26 -3- 第一章 课程设计任务书――简易信号发生器设计 一、 设计目的 1...二、 设计技术与要求 1、 设计要求 A、电路能输出正弦波、方波和三角波等三种...NT1639A 型函数信号发生器 用户手册 武汉莱斯特电子科技有限公司 1/9 NT1639A...3/9 图二 3.2 方波发生器 这是一个恒流源控制的三角波―方波发生器,如图...2005年电子设计大赛(A题:正弦信号发生器)_其它_高等教育_教育专区。无线电爱好者协会 2005 年全国大学生电子设计大赛 A 题:正弦信号发生器目录 1. 2. 3. 4....安捷伦函数信号发生器 Agilent 33120A 的性能与使用说明安捷伦函数信号发生器 33120A 是数字式函数信号发生器。其内部永久存储着正弦波、 方波、三角波、噪声、锯齿波...第三章第一节 低频信号发生器 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七...C1 R1 +- A f0 R2 C2 R4 R3 图 5 文氏电桥振荡器的原理框图 (2).缓冲...3 第二章 方案的设计与选择 2.1 方案的比较方案一:采用单片函数发生器(如 ...用 D/A 转换器的输出来改变调制电压,也可以实现数控调整频 率,但产生信号的...正弦信号发生器(A 题)一、任务设计制作一个正弦信号发生器。 二、要求 1、...调制信号频率为 1kHz,调制信号自 行产生; (3) 产生模拟频率调制(FM)信号: ...第三章 信号发生器 思考题与习题 3.1 信号发生器的常用分类方法有哪些?按照...并送 D/A 机波 D/A 转换器进行转换, 并将电压信号送滤波器 进行滤波, ...
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