电子测量原理第五章.ppt
《电子测量原理第五章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子测量原理第五章.ppt(82页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第五章 信号源,一、引言1.用途(1)激励源例如:激励扬声器发出声音(2)信号仿真例如:高频干扰信号需要对干扰信号进行仿真(3)校准源,2.分类信号源分为通用和专用两大类,这里只讨论通用信号源,正弦信号源,函数信号源,脉冲信号源,任意波形信号源,按输出波形分,超低频信号源(0.00011000HZ),低频信号源(1HZ20K/1MHZ),视频信号源(20HZ10MHZ),高频信号源(200KHZ30MHZ),甚高频信号源(30M300MHZ),超高频信号源 300MHZ以上,射频信号源 1GHZ以上,按信号产生方法分,调幅(AM),调频(FM),脉冲调制(PM),按调制类型分,谐振法,合成法,
2、3.主要技术指标(正弦信号源)(1)频率范围(2)频率准确度和稳定度 低频信号源:(13)%,10-3;高频信号源:(0.51)%,10-310-4,(3)非线性失真和频谱纯度非线性失真表征低频信号源输出波形的好坏,(0.11)%频谱纯度表征高频信号源输出波形的质量(高次谐波,非谐波)(4)输出电平调节范围 一般输出电平不高,但调节范围较宽,可达(5)输出电平准确度 一般在(310)%(6)输出电平稳定度和平坦度 输出电平稳定度指输出电平随时间变化的情况,平坦度指调节频率时输出电平的变化情况。,(7)输出阻抗 低频信号源:50,600,5000 高频信号源:50,75(8)调制类型:AM,FM
3、,PM,VM(9)调制频率及其范围:调幅:400Hz,1000Hz;调频:10110kHz(10)调制系数的有效范围:080%(11)调制系数的准确度:一般优于10%(12)调制线性度:1%5%(13)寄生调制:应低于-40dB,4、信号源的发展过程及现状:1928年,第一台射频信号源;20世纪30年代,低频信号源;20世纪40年代,脉冲信号源;1962年,函数发生器;20世纪60年代,合成信号发生器;20世纪80年代,任意波形发生器;,二、低频及高频信号源1.低频信号源 信号源由主振和和输出两部分组成。主振部分为RC振荡器,由文氏电桥和两级放大器组成(如图5-1所示)R1和R2用于细调频率,
4、C1和C2用于粗调频率,2.高频信号源 高频信号的频率范围在30kHz1GHz之间;高频信号的组成如图5-2所示,其中主振级为LC振荡器,内调制振荡器用于产生调制信号3.脉冲信号源 通用脉冲信号源的组成如图5-3所示。,组成:主振极通常采用射极耦合自激多谐振荡器;延迟级使主脉冲产生延迟,可以使同步脉冲超前主脉冲一段时间;形成级用于调节输出脉冲的宽度。4.函数信号发生器1.原理 以某种波形为第一波形,然后导出其它波形。现在比较流形的方案是先产生三角波,然后产生其他波形,这种方案的框图如图5-4所示。,2.函数发生器的典型电路1)三角波产生电路,图5-5 三角波产生电路,图5-6 三角波产生原理,
5、充电电流是I1,所以有:,三角波期从E上升到,三角波期从下降到E,三角波的周期为,对称三角波:,讨论:()I1=I2 时可以得到对称三角波,改变可以实现粗调,改变可以实现细调;()积分电容一定,越小,输出信号的频率越低;()I1和I2不等时,调节I1(或I2)可以改变三角波的不对称度;(4)三角波的幅度取决于+E和E,若两者幅度相等,可得到幅度对称的波形。,2)正弦波形成电路(1)用二极管组成的正弦波形成电路 在图5-7中用二极管和电阻构成三角波的“限幅”电路,它实际上是由输入三角波控制的可变分压器。当三角波的瞬时电压上升到,时,,D1A 导通,这时输出电压为,随着三角波电压值不断上升 当 时
6、,这时输出电压为,此时的分压比 小于 之前仅D1A导通时的分压比。随着Vi不断上升,二极管D3A、D4A相继导通,分压比进一步减小。,除了D1A导通,D2A也开始导通。,负半周:类似的,D1B、D2B、D3B、D4B 在输入逐步减小的过程中相继导通,输出与输入的分压比逐步减小;D1B、D2B、D3B、D4B 在输入逐步增大的过程中相继截止,输出与输入的分压比逐步增大。三角波-正弦波的变换:实际是用16条线段逼近,斜降期:随着三角波电压值不断下降,二极管D4A、D3A、D2A、D1A 又依次截止,输出与输入的分压比又逐步增大。,3.集成函数信号发生器 典型芯片是5G8038,电路组成如图5-8所
7、示 该芯片产生的三角波的频率为:,其中设,如果RA=RB=RT,则,(1)如果改变RA和RB的比值,可以输出非对称三角波或锯齿波;(2)在RS触发器的输出Q端后接缓冲器2可以从引脚9输出方波或脉冲波;(3)三角波在缓冲器1后经过正弦波变换电路就可以输出正弦波;(4)在引脚7输入调频电压,引脚8外接适当控制信号(控制I1、I2)可以使输出信号实现扫频或调频.以5G8038为核心接入少量外部元件就可以构成一个实用的函数信号发生器,原理电路如图59所示。,三、合成信号源以RC、LC为主振的信号源:频率准确度:,频率稳定度:石英晶振:频率稳定度:频率合成技术:对一个或几个高稳定度频率进行加、减、乘、除
8、的频率运算,得到一系列所要求的频率。合成信号源:采用频率合成技术的信号源。,合成信号源主要技术指标:(1)频率准确度和稳定度 取决于内部基准源,一般可达10-8/日(2)频率分辨力 合成信号源的分辨力较好,可达(0.0110)Hz(3)相位噪声:信号相位的随机变化(4)相位杂散:频率合成时产生的寄生频率分量(5)频率转换速度:直接合成:微秒级别;间接合成:毫秒级别;,四、间接合成信号源的基本原理 间接合成法是基于锁相环(PLL)的原理,锁相环,鉴相器 fr(PD),低通滤波器(LPF),压控振荡器(VCO),输出频率,环路稳定时,图5-11(a)中,反馈支路接入N分频器,所以环路稳定时,即:,
9、图5-11(b)中基准频率首先被形成窄脉冲,再以N次谐波作用于锁相环,因此有分频式锁相环同样对图5-12(a)和图(b)都可以得到,倍频式锁相环(NPLL),混频式锁相环图5-13为混频式锁相环。混频器后加一带通滤波器以消除由于混频作用而引入的组合干扰,提高合成信号的频谱纯度。环路稳定时有 fo fr2=fr1即:fo=fr1fr2在图中混频器若取“”为和频混频,相应地“”为差频混频。小结:(1)锁相环的输出信号是基准频率经有关的数学表达式的运算结果;(2)表达式中的运算符号正好与运算电路的相反;(3)数字环的N值可以借助微处理器实现程控设定。,如果则输出频率的分辨力就是f。由于混频的两个频率
10、很接近,所以分辨力得到提高。,2)多环合成法 在混频式锁相环中,如果混频器的输入信号频率fi2可变,且变化的增量很小,小于fi1,则可以提高频率分辨力。可变的fi2是由另一个锁相环产生的,如图5-26所示。由锁相环有:由锁相环有:所以,频率分辨力为 fr2/D,如果要进一步提高频率分辨力,可以采用三环等多环合成方法。例:设计一锁相频率合成器,输出频率范围为0.113099999.9Hz,步进频率为0.1Hz,基准频率为100kHz.,解:0 13000000 Hz(0130)100k,+0 99000 Hz(099)100k100,+0.1 9.9 Hz(099)100k1000000,0.1
11、 13099999.9 Hz,+0 990 Hz(099)100k10000,PD1,M1,N1,(0130),VCO1,100kHz,PD2,M2,N2,(099),VCO2,D,(100),PD3,M3,N3,(099),VCO3,D,(100),PD4,N4,(099),VCO4,D,(100),3)小数合成法用具有小数部分的倍频锁相环实现 小数分频技术(图5-28)在锁相环中VCO至N之间插入一个脉冲删除电路,设F=0.1,累加器的起始值为0,则经过10次累加,全加器溢出,产生一次(N+1)分频,其它9次均为N分频,因此:,例:设F=0.32,相位累加器初值为零。第四个周期时,全加器溢
12、出,余数为 0.3241=0.28 再经过三个周期,将有0.28+0.323=1+0.24,又产生一次溢出一共经过25个周期,全加器8次溢出,并且累加器存数为零。因此,F-NPLL和NPLL比较例:要求一频率合成器,输出频率为5082MHz,频率分辨力 为1Hz。NPLL 需要5个环路:3个NPLL和2个相加环,如图5-29所示。F-NPLL 需要3个环路:1个F-NPLL、1个NPLL和1个相加环。如图5-30所示。用F-NPLL比只用NPLL简洁得多,而且F-NPLL在频率分辨力、频率范围、噪声性能方面都比较优越。用F-NPLL的缺点是环路比较复杂。,2.扩展频率上限的方法1)前置分频法如
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子 测量 原理 第五

链接地址:https://www.31ppt.com/p-6479788.html