004常用电子仪器第四章信号源.ppt

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1、1,第四章信号发生器的原理与使用,2,学习目的：理解音频正弦信号发生器的基本结构和工作原理。掌握文氏振荡电桥的原理。理解文氏振荡电桥中负反馈和选频网络的作用。掌握音频函数信号发生器的基本结构和工作原理。掌握方波信号发生部分的原理。掌握方波信号和三角波、锯齿波、正弦波的转换原理。掌握音频函数信号发生器的使用方法，包括波形选择、幅值、频率调节等功能。,3,学习内容：1.1 信号发生器概述1.2 音频信号发生器的工作原理1.3 函数信号发生器的工作原理1.4 信号发生器的使用,4,1.1 信号发生器概述1、信号发生器的定义：信号发生器是输出供给量的仪器，产生频率、幅度、波形等，主要参数都可调节的信号

2、。2、信号发生器的作用：可以用来测元件参数、测网络的幅频及相频特性、测网络的瞬态响应、校准仪表等。,5,3、信号发生器的分类：1）按信号源：通用信号发生器和专用信号发生器。2）按频段：超低频信号发生器（0.00011000Hz),低频信号发生器（1Hz 1MHz),高频信号发生器（100KHz 30MHz),高频信号发生器（30MHz 300MHz)。当然，这些频段划分并不严格，只是一种通常的做法。,6,4、信号发生器的工作特性1）频率范围：信号源各项技术指标都能得到保证时的频率范围。2）频率准确度：信号源频率实际值对其频率标称值的相对偏差，一般不大于1%。3）频率稳定度：在一定时间间隔内，信

3、号源频率准确度的变化情况。4）非线性失真：用来表征低频信号源输出波形的好坏。5）频谱纯度：用来表征高频信号源输出的信号，来源为高次谐波及噪声。,7,5、各种信号发生器,8,9,10,11,12,由于扰动和响应的存在，存在信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变、频率突变等。要考察系统对这些情况的敏感程度，就需要任意信号发生器。,13,14,15,16,1.2 音频信号发生器的工作原理1、原理概述：1）面板图,17,1、原理概述：2）原理框图,18,信号发生器的组成：1）主振荡器2）放大器3）衰减器4）指示器5）调制器,19,1.2 音频信号发生器的工作原理2、自激振荡,20,1.2 音频

4、信号发生器的工作原理,21,1.2 音频信号发生器的工作原理,22,1.2 音频信号发生器的工作原理,23,1.2 音频信号发生器的工作原理,24,25,1.2 音频信号发生器的工作原理3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,26,3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,27,3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,28,3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,29,3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,30,3、文氏振荡电桥1）文氏电桥的结构,31,3、文氏振荡电桥2）理想的文氏电桥振荡器应满足的条件：（1）放大器本身应在全部工作频率上具有360的相位移，并有足够的放大量。（2）负反馈的分压比应具有零相移。（

5、3）放大器的输出阻抗应为零。（4）放大器的输入阻抗应为无穷大。振荡器的频率,32,4、文氏振荡器,33,5、高频信号发生器的工作原理,34,6、频率合成器1）频率合成器的基本功能随着电子技术的发展，对信号频率的准确性和稳定性要求愈来愈高。一个信号源的输出频率的准确度，在很大程度上建立在主振器的输出频率稳定度的基础上。普通的信号发生器，主振级均由可调谐的LC振荡器和RC振荡器组成，这种信号发生器的频率准确度与稳定度都不够高，频率覆盖范围亦不够宽。因此，对于要求正弦信号频率十分精确的场合，上述一般的正弦信号发生器是远不能适应要求的。,35,1）频率合成器的基本功能利用频率合成技术做成的信号发生器，

6、称为合成信号发生器。它是通用的电子测量仪器，其输出电平、工作频率范围均可调节，常常还具有调制工作特性，而且输出频率间隔较密（如10HZ、1HZ或更小），在某些专用设备中，亦利用频率合成技术做成准确度、稳定度高的频率源，称为频率合成器或频率综合器。,36,6、频率合成器2）频率合成器的基本结构频率合成的方法基本上可以分为两大类：直接合成法将基准振荡器产生的标准频率信号，经过一系列的倍频器、分频器以及混频器和滤波器等进行代数运算，合成系统所需要的信号频率输出。间接合成法（锁相合成法）通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算。由相位比较器、环路滤波器和压控振荡器组成。,37,相位比较器（亦称为鉴相器）

7、：用来比较鉴别两个输入信号的相位关系，其输出电压比例于两信号的相位差，称相位误差电压。环路滤波器：是个低通滤波器，用于滤除相位比较器输出电压中的高频成分和噪声，以稳定环路工作和改善环路性能。压控振荡器：用变容二极管作为回路电容，改变变容管的反向偏压，PN节电容将改变，从而使振荡频率随反向偏压而变化，故称为压控振荡器。,38,6、频率合成器2）频率合成器的基本结构,39,6、频率合成器2）频率合成器的基本结构,40,6、频率合成器3）频率合成器的基本特性（1）合成信号发生器的特点必须有石英晶体振荡器作为基准频率源有辅助参考频率发生器较复杂的频率转换开关频率刻度是数字式的经频率合成的所有频率在规定

8、范围内是离散的,41,6、频率合成器3）频率合成器的基本特性（2）合成信号发生器的主要工作特性频率的准确度和长期稳定度频率分辨率相位噪声相位杂散频率转换速度,42,1.3 函数信号发生器的工作原理1、函数信号发生器的概述,43,1.3 函数信号发生器的工作原理2、模拟式函数信号发生器的组成积分电路比较电路正弦波形成电路功率放大器稳压电源,44,45,1.3 函数信号发生器的工作原理3、模拟式函数信号发生器的原理1）三角波产生电路,46,3、模拟式函数信号发生器的原理2）脉冲调整方式,47,3、模拟式函数信号发生器的原理3）占空比调整方式,48,3、模拟式函数信号发生器的原理4）频率计结构图,4

9、9,4、数字式函数信号发生器的原理,50,4、数字式函数信号发生器的原理,51,4、数字式函数信号发生器的原理,52,4、数字式函数信号发生器的原理,53,4、数字式函数信号发生器的原理,54,4、数字式函数信号发生器的原理,55,4、数字式函数信号发生器的原理,56,4、数字式函数信号发生器的原理,57,4、数字式函数信号发生器的原理,58,4、数字式函数信号发生器的原理,59,4、数字式函数信号发生器的原理,60,4、数字式函数信号发生器的原理,61,4、数字式函数信号发生器的原理,62,4、数字式函数信号发生器的原理,63,4、数字式函数信号发生器的原理假设开始工作时，A点为高电位，B点

10、为低电位，积分环节输入为低电位，输出端电压随时间成正比上升，上升到Um时，电压比较器输出一个触发脉冲，使双稳电路翻转，A点为低电位，B点为高电位，此时积分电路输入电压为高电位，输出端电压随时间成正比下降，下降到Um时，电压比较器输出一个触发脉冲，使双稳电路翻转回去，完成一个循环周期。在R上并联二极管，改变不同方向的通路电阻，可以改变触发反转的时间，从而产生矩形脉冲和锯齿波。经过二极管整形电路，可将三角波变成正弦波。,64,65,4、数字式函数信号发生器的原理三角波-方波电路它是信号发生器的“心脏部分”，产生三角波和方波，而正弦波、锯齿波和正负脉冲由此演变而来。比较器作为电子开关的同时产生方波，

11、它将恒定的正负极性的电位交替地送给积分器去积分而得到三角波。过程：+6V（-K）积分器负向斜率下降-6V+6V跃变到-6V,-6V,（-K）,积分器正向斜率上升,+6V,f=K/4RC,改变积分电容C起变化周期倍乘关系；改变积分电阻R起分档细调作用。积分器和比较器均有单块线性集成电路完成。,66,4、数字式函数信号发生器的原理锯齿波和矩形脉冲电路因为“高低”与“低高”积分时，通过积分电路的电路恰恰相反，将一个二极管并联在积分电阻上，利用二极管的正反向电阻差异极大的特点，较方便的解决了积分时间问题，从而方波变为矩形脉冲，三角波变为锯齿波。,67,4、数字式函数信号发生器的原理正弦波电路正弦波时将

12、三角波通过折线网络而获得（基于二极管的开关特性，若元器件选择得当，则二极管网络具有预定的导电特性），然后经缓冲整形后送入功率放大器，以提高稳定性和降低非线性失真。,68,1.4 信号发生器的使用1、概述波形选择周期范围输出幅度调节衰减开关双向输出电源,69,2、DF1010型超低频信号发生器的使用DF1010型超低频信号发生器仪器式一种通用函数发生器，可以产生正弦波、三角波、方波、正负锯齿波和正负极性矩形脉冲等七种波形，同时有0180双向信号输出。幅度特性平坦，输出幅度稳定。频率范围包括伺服系统，程序控制以及一般机械系统中所遇到的频率。,70,1）波形的选择正弦波三角波方波正负锯齿波正负极性矩

13、形脉冲2）频率的调节根据所使用的频率，先把面板上左下方波段开关转向相应档，然后利用上边的三个频率旋钮，按照十进制原则细调到所需频率。,71,3）幅值的调节仪器的正弦波信号由右下方两个接线柱上输出，适当调节面板下方输出衰减波段和输出细调电位器，便可在输出端得到所需的电压。如需小信号时，可用粗衰减器进行适当的衰减，这时实际输出为该机电压表指示值，再缩小所选粗衰减dB值得倍数。,72,3、SG1645功率函数信号发生器的使用,73,74,75,4、NW1642A函数信号发生器的使用,76,1）NW1642信号发生器使用说明（1）电源开关:按下开关，电源接通，电源指示灯发亮（2）波形选择（FUNCTI

14、ON）输出波形选择与SYM,INV配合得可得到正、负向锯齿波和脉冲波（3）频率选择开关频率选择开关与“9”、“10”配合选择工作频率外测频率时闸门时间,77,（4）频率单位1（Hz）：指示频率单位，灯亮有效（5）频率单位2（KHz）：指示频率单位，灯亮有效（6）闸门显示器（GATE）：此灯闪烁，说明频率计正在工作（7）频率溢出显示灯（OVFL）：当频率超过6个LED所显示范围时灯亮（8）数字LED：所有内部产生频率或外测时的频率均由此6个LED显示（9）频率调节（FREQ）：与“3”配合选择工作频率,78,（10）频率微调（FINE）：微调工作频率（11）外界输入衰减20db（EXT20 db

15、）：频率计内测和外测频率信号（按下）选择 外测频率信号衰减选择按下时信号衰减20dB（12）计数器输入（COUNTER）：外测频率时，信号从此输入（13）斜波、脉冲波调节旋钮（PULL TO VAR RAMP/PULSE）：拉出此旋钮，可以改变输出波形的对称性，产生斜波、脉冲波且占空比可调，将此旋钮推进则为对称波形（14）VCF输入（VCF IN）：外接电压控制频率输入端,79,（15）直流偏置调节旋钮（PULL TO VAR DC OFFSET）：拉出此旋钮可设定任何波形的直流工作点，顺时针方向为正，逆时针方向为负，将此旋钮推进则直流电位为零（16）TTL输出（TTL OUT）：输出波形为T

16、TL脉冲可作同步信号（17）斜波倒置开关幅度调节旋钮（PULL TO INV AMPLI TUDE）：与“13”配合使用，拉出时波形反向 调整输出幅度大（18）信号输出（OUT PUT）：输出波形由此输出，阻抗为50（19）输出衰减（ATTENUATOR）：按下按钮可产生20dB或40dB衰减，同时按下衰减60dB,80,3）NW1642信号发生器使用步骤（1）将仪器接入AC电源，按下电源开关。（2）按下所需选择波形的功能开关。（3）当需要脉冲波和锯齿波时，拉出并转动占空比VAR RAMP/PULSE开关，调节占空比，其它状态时关掉。（4）当需小于1VPP信号时，按入衰减器，同时按人可输出1m

17、v的信号。（5）调节幅度至需要的输出幅度。（6）调节直流电平偏移至需要设置的电平值，即在交变信号叠加直流分量，当和占空比调节开关同时使用时，可得到正负脉冲波和正负锯齿波。其它状态时关掉，直流电平将为零。,81,3）NW1642信号发生器使用步骤（7）当需要TTL信号时，从脉冲输出端输出，此电平将不随功能开关改变。（8）单脉冲：按SPS按键,OVTS输出单脉冲。（9）外测频：将外信号输入本机IN PUT端口，按入FREQ键，根据外测频率选择合适的闸门时间，注意最高位不得大于1。如信号幅度较小，调节触发电平（VOLTS）旋钮，获得稳定显示。（10）功率输出：将幅度调节开关拉出，这时功率输出插座有信号输出，输出阻抗为4,其余功能的调节与电压输出相同。将开关推入时,功率输出插座无输出。,82,4）NW1642信号发生器使用注意事项（1）把仪器接入AC电源之前，应检查AC电源是否和仪器所需的电源电压相适应。（2）仪器在使用时应避免剧烈振动，仪器周围不应有热源和电磁场的设备。（3）请不要将大于10V(DCAC)的电压加至出端和脉冲端、功率输出端。（4）功率输出端不得短路，不使用时将幅度调节开关推入。,83,84,