第3章信号源0109版.ppt

第3章 信号源,内容提要：3.1 信号源概述 3.2 低频信号发生器3.3 函数信号发生器 3.4 高频信号发生器 3.5 合成信号发生器,重点：掌握各类测试信号源的特点、工作原理和使用方法。难点：各类测试信号源的工作原理与电路构成。,常用信号发生器示例,脉冲信号发生器,函数、任意波形发生器,功率函数信号发生器,函数发生器/计数器,视频和电视信号发生器,3.1 信号源概述,信号源的作用和组成 信号源的分类 正弦信号源的性能指标,3.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成,1.信号源的作用 信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器。信号源的用途主要有以下三方面：激励源。-测量用的激励信号 信号仿真。标准信号源。-校准测量仪器,2.信号源的组成基本构成如图3.1所示，一般包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路等部分。,用RC或LC电路调节输出频率,调频、调幅两个电路；调频可直接由振荡器实现，调幅有专门电路完成,衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分,1.按频率范围 大致可分为六类：（1）超低频信号发生器频率在0.00011KHz范围内。（2)低频信号发生器频率在1Hz20KHz(或1MHz)范围内。其中用得最多的是音频信号发生器，频率范围在20Hz20KHz之间。（3）视频信号发生器频率在20KHz10MHz范围内。,3.1.2 信号源的分类,（4）高频信号发生器频率在200KHz30MHz范围内，大致相当于长、中、短波段的范围-广播的波段。（5）甚高频信号发生器频率在30MHz300MHz范围内，相当于米波波段。（6）超高频信号发生器频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘米波波段等。工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器。射频信号-易于辐射的无线电信号；大体为30KHz若干GHz的范围,2.按输出波形,大致可分为：正弦波形发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器；噪声信号发生器。,3.按照信号发生器的性能指标 可分为：一般信号发生器；标准信号发生器；,3.1.3 正弦信号源的性能指标,1.频率特性（1）频率范围-上述（2）频率准确度 度盘数值与实际输出信号频率间的偏差（3）频率稳定度-是指其它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。RC和LC信号源，频率准确度可达10 量级，稳定度可达10 10 量级；利用晶体振荡器的合成信号源，频率准确度和稳定度都可达到10 量级,-2,-3,-8,-4,2输出特性正弦信号源的输出特性一般包括输出电平范围、输出电平的频响、输出电平的准确度、输出阻抗等指标。（1）输出电平范围指输出信号幅度的有效范围，也就是信号发生器的最大和最小输出电平的可调范围。输出幅度可用电压(mV、V)和分贝(dB)两种方式表示。,（2）输出电平的频率响应是指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化情况，也就是输出电平的平坦度。（3）输出电平准确度输出电平准确度一般由电压表刻度误差、输出衰减器换档误差、0dB准确度和输出电平平坦度等几项指标综合组成。,（）输出阻抗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600（或1K）；功率输出端根据输出匹配变压器的设计而定，通常有50、75、150、600和5K等；高频信号发生器一般有50和75两种不平衡输出。,3调制特性描述高频信号发生器输出正弦波的同时，输出调频、调幅、调相或脉冲调制信号的能力。,下一节,结束返回,3.2 低频信号发生器,低频信号发生器的输出信号频率范围通常为20Hz20KHz，也称为音频信号发生器。低频信号发生器可用于测试调整低频放大器、传输网络和广播、音响等电声设备，还可以用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等。,321低频信号发生器的 主要性能指标（1）频率范围。1Hz20KHz或延伸到1MHz（2）频率稳定度。（0.10.4）%/小时（3）频率的准确度。(12)%（4）输出电压。010V连续可调（5）输出功率。0.55w连续可调（6）输出阻抗。50、75、150、600和5K（7）非线性失真系数。(0.11)%（8）平衡输出与不平衡输出方式。,322低频信号发生器的 基本组成与工作原理如图3.2所示，包括振荡器、放大器、稳压电源、电压表及输出级等部分。,振荡器,放大器,输出衰减,稳压电源,电压表,低频信号输出,图3.2 低频信号发生器框图,1振荡器振荡器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号。一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。振荡器决定输出信号的频率范围和稳定度。,（1）通用RC振荡电路图3.3为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。,（2）差频式振荡电路差频电路产生低频正弦信号的原理方框图如图所示。主要包括固定高频振荡器、可变高频振荡器、混频器、低通滤波器和放大、衰减器等。,固定高频振荡器,混频器,可变高频振荡器,低通滤波电路,放大电路,衰减电路,输出,图3-5 差频式振荡电路框图,2023/11/18,25,设固定高频振荡器的频率为，可变高频振荡器的频率范围为，则混频器输出的基波差频信号频率范围为 差频信号的频率覆盖系数为,2023/11/18,26,式中 可变高频振荡器的频率覆盖系数；可变高频振荡器的最低频率；可变高频振荡器的最高频率。由式可以看出，和 越大，差频信号的频率覆盖系数就越大，所得到的低频信号的频率范围也就越宽。,2放大器 低频信号发生器的放大器一般包括电压放大器和功率放大器两级，以达到电压输出幅度和功率的要求。3输出级 输出级一般包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表几部分。,323低频信号发生器的应用,1使用方法（1）接通电源，频率应有显示。（2）根据测试所要求信号的频率选择合适的波段，再通过频率开关得到所需的频率。（3）通过衰减器和细调电位器调节输出信号的幅度，并由电压表监测。（4）低频信号发生器的输出阻抗一般为600，应注意与被测对象的匹配。,2放大器放大倍数的测量测试电路如图3.6所示。,2023/11/18,30,用毫伏表分别测出被测放大器输入、输出信号电压的有效值，即可求出放大器的电压放大倍数。式中 UO被测放大器输入电压的有效值；Ui被测放大器输出电压的有效值。3功率放大倍数的测量()/(),2023/11/18,31,3.3 函数信号发生器,函数信号发生器实际上是一种多波形信号源，可以输出正弦波、方波、三角波、斜波、半波正弦波及指数波等。3.3.1函数信号发生器的基本组成与原理 构成函数发生器的方案很多，通常有三种。,2023/11/18,32,1.方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案,由外触发脉冲或内触发脉冲触发，触发施密特电路产生方波，输出信号的频率由触发脉冲决定，然后经积分输出线性变化的三角波或斜波，调节积分时间常数RC值，可改变积分速度，即改变输出的三角波斜率，从而调节三角波的幅度，最后由正弦波形成电路形成正弦波。如图3.7所示。,2023/11/18,33,内触发脉冲发生器,施密特触发器,积分器,正弦波形成电路,缓冲放大器,外触发脉冲输入,图3.7 方波-三角波-正弦波函数发生器的原理框图,o,o,o,o,2023/11/18,34,2三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案 如图3.8所示。由三角波发生器先产生三角波，然后经方波形成电路产生方波，或经正弦波形成电路形成正弦波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。,2023/11/18,35,3.正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案由正弦波发生器先产生正弦波，然后经微分电路产生尖脉冲，用脉冲触发单稳电路形成方波，经三角波形成电路产生三角波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。,正弦波发生器,微分电路,三角波形成电路,方波形成电路,缓冲放大器,缓冲放大器,图3.9 正弦波-方波-三角波函数发生器的原理框图,输出三角波,输出方波,2023/11/18,36,3.3.2函数信号发生器的典型电路1.三角波形成电路电路框图如图3.10所示，由恒流源控制电路、恒流源、积分器（包括积分电容C和运算放大器A）和幅度控制电路构成。,2023/11/18,37,（1）电压斜升过程输出电压可表示为（3-10）式中 UO1斜升输出电压的瞬时值；I1 正恒流源的的电流值；C 积分电容的电容量。（2）电压斜降过程输出电压可表示为（3-13）式中 UO2斜升输出电压的瞬时值；I2 负恒流源的的电流值；C 积分电容的电容量。,2023/11/18,38,当正负恒流源的恒流值相等时，即I1=I2时，可得到左右对称的三角波，三角波的幅度取决于幅度控制的极限电平。若，可得到正、负幅度对称的波形。,2023/11/18,39,2.正弦波形成电路,如图3.12所示典型的二极管网络变换电路，将三角波变换成正弦波。,2023/11/18,40,（1）在三角波的正半周，当ui的瞬时值很小时，uo=ui。（2）当三角波的瞬时电压ui 上升到u1，（3）当三角波的瞬时电压ui 上升到u2 时，输入电压和输出电压分别为,2023/11/18,41,随着输入三角波的不断增大，二极管V3a、V4a依次导通，使得分压器的分压比逐渐减小，输出电压衰减幅度更大，使三角波趋近于正弦波。同理，当三角波自正峰值逐渐减小时，二极管V4a、V3a、V2a、V1a依次截止，分压器的分压比又逐渐增大，输出电压衰减幅度依次变小.同理，在三角波负半周，二极管v1b、V2b、V3b、V4b依次导通与截止，使三角波也趋近于正弦波，如此循环，三角波变换成正弦波。波形如图3.13所示。,2023/11/18,42,3.3.3 函数信号发生器的性能指标,（1）输出波形。有正弦波、方波、脉冲和三角波等波形，具有TTL同步输出、单次脉冲输出等。（2）频率范围。频率范围一般分为若干频段，如1Hz10Hz、10 Hz100Hz、100Hz1kHz、1kHz 10kHz、10kHz100kHz、100kHz 1MHz等六个波段。（3）输出电压。一般指输出电压的峰-峰值。,2023/11/18,43,（4）波形特性。不同波形有不同的表示法。一般地有：正弦波的特性用非线性失真系数表示，一般要求3%；三角波的特性用非线性系数表示，一般要求2%；方波的特性参数是上升时间，一般要求100ns。（5）输出阻抗。函数输出50；TTL同步输出600。,2023/11/18,44,3.3.4函数信号发生器的应用函数信号发生器可用于音频放大器、滤波器、自动测试系统等的测试。如用于测量低频放大器的幅频特性。测试过程如下。,2023/11/18,45,（1）按图3.14所示连线。（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。（3）在被测放大器输出端接上负载电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的输出电压值。（4）按被测电路的技术指标，在保持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐点改变信号发生器的频率，逐点记录被测放大器的输出电压值，然后，根据记录数据，画出被测放大器的频率特性曲线。,