第2章测量信号产生与仪器应用

1、第第2 2章章 测量信号产生与仪器应用测量信号产生与仪器应用2.1 2.1 案例分析案例分析2.2 2.2 信号源用途、种类、性能指标信号源用途、种类、性能指标2.3 2.3 正弦信号发生器正弦信号发生器2.4 2.4 函数信号发生器函数信号发生器2.5 2.5 脉冲信号发生器脉冲信号发生器 2.6 2.6 任意波形发生器任意波形发生器 教学导航教学导航教知识重点1.信号源的分类和基本组成。2.低频信号发生器、高频信号发生器的基本组成、工作原理和功能。3.合成信号发生器主要技术指标及其分类与用途。4.模拟直接合成法工作原理，理解间接合成法、数字直接频率合成法的工作原理。5.函数信号发生器的组成

2、框图及其工作原理与用途。知识难点1. 信号发生器的基本组成、工作原理和功能。2. 信号发生器基本操作使用。推荐教学方式1.从信号发生器的实际应用入手，通过对应用的分析，加深对信号发生器的感性认识。2.另举一实用的信号发生器使用进行案例分析，巩固理论知识，将理论与实际结合起来，同时拓展学生知识面。建议学时6学时学推荐学习方法1.本章注重对概念、信号发生器中各种仪器分类、组成及功能的理解。2.通过案例，掌握各种信号发生器的组成、工作原理和功能，并对它进行操作。3.查有关资料，加深理解，拓展知识面。必须掌握的理论知识1.信号源的分类和基本组成。2.各种信号发生器的基本组成、工作原理和功能。必须掌握的

3、技能能够熟练掌握各种信号发生器的基本操作。 信号发生器所提供符合一定电子技术要求的电信号，信号发生器所提供符合一定电子技术要求的电信号，其波形、频率和幅度都是可以调节的，并可准确读出数其波形、频率和幅度都是可以调节的，并可准确读出数值。在电子测量中，信号发生器是最基本、应用最广泛值。在电子测量中，信号发生器是最基本、应用最广泛的测量仪器。其功能主要有：的测量仪器。其功能主要有：作为电器设备的激励信号源。作为电器设备的激励信号源。作为仿真信号，用于在设备测量中产生模拟实际环境特性作为仿真信号，用于在设备测量中产生模拟实际环境特性的信号，如对于干扰信号进行仿真。的信号，如对于干扰信号进行仿真。作为

4、校准信号源，产生一些标准信号，用于对一般信号源作为校准信号源，产生一些标准信号，用于对一般信号源进行校准或对比。进行校准或对比。 实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷、调节顺手，观察和读书方便等原则进行合理以连线简捷、调节顺手，观察和读书方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图2-12-1所示所示 2.12.1信号源用途、种类、性能指标信号源用途、种类、性能指标信号源有如下三方面的用途：信号源有如下三方面的用途： 1 1）激励源）激励源 2 2）信

5、号仿真）信号仿真 3 3）校准源）校准源 1 1、信号源用途、信号源用途1 1）按照输出信号波形分类：正弦信号发生器、函数信号）按照输出信号波形分类：正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器；发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器； 2 2）按照频率范围分类：超低频、低频、视频、高频、甚）按照频率范围分类：超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频信号发生器；高频、超高频信号发生器； 3 3）按照性能指标分类：一般信号发生器和标准信号发生）按照性能指标分类：一般信号发生器和标准信号发生器。器。2 2、信号源种类、信号源种类信号源性能指标主要包括以下几项：信号源性能指标主要包

6、括以下几项： 1 1）频率特性）频率特性 ：频率范围、频率准确度和频率稳定度；：频率范围、频率准确度和频率稳定度； 2 2）输出特性：输出阻抗、输出电平及其平坦度、输出形）输出特性：输出阻抗、输出电平及其平坦度、输出形式、输出波形和谐波失真度；式、输出波形和谐波失真度； 3 3）调制特性：调制信号；调制类型；调制系数的有效范）调制特性：调制信号；调制类型；调制系数的有效范围。围。3 3、信号源性能指标、信号源性能指标4 4、信号发生器的一般组成、信号发生器的一般组成主振器变换器输出级指示器电源输出图主振器变换器输出级指示器电源输出图2-2信号发生器的一信号发生器的一般组成。般组成。5 5、信号

7、发生器的测量方法、信号发生器的测量方法 在电子测量中，用到信号发生器的测量方法在电子测量中，用到信号发生器的测量方法主要包括以下几种：主要包括以下几种： 5 5、信号发生器的测量方法、信号发生器的测量方法 图图2-3为谐振法测量集中参数元件的工作原理图，调谐为谐振法测量集中参数元件的工作原理图，调谐信号发生器输出频率使之与信号发生器输出频率使之与LC谐振电路谐振频率相等时，谐振电路谐振频率相等时，电压表指示最大，电压表指示最大，LC谐振电路谐振，依据此时谐振电路谐振，依据此时LC谐振电谐振电路谐振特性可以测量集中参数元件。路谐振特性可以测量集中参数元件。1）、谐振法）、谐振法 5 5、信号发生

8、器的测量方法、信号发生器的测量方法图图2-4为二次测量法测量放大器输出阻抗的原理图。为二次测量法测量放大器输出阻抗的原理图。2）、二次测量法）、二次测量法5 5、信号发生器的测量方法、信号发生器的测量方法 图图2-5为比较法测量被测信号电压、电流等的原理图。变为比较法测量被测信号电压、电流等的原理图。变换开关换开关S位置，调节标准信号发生器使前后两次指示器指位置，调节标准信号发生器使前后两次指示器指示不变或保持一定关系，即可测出被测量来。示不变或保持一定关系，即可测出被测量来。 3）、比较法）、比较法5 5、信号发生器的测量方法、信号发生器的测量方法 图图2-6 为替代法测量场强的原理图，变换

9、开关为替代法测量场强的原理图，变换开关S位置，位置，调节标准信号发生器使前后两次指示器指示不变，则标准调节标准信号发生器使前后两次指示器指示不变，则标准信号发生器产生信号的场强等于被测信号场强。信号发生器产生信号的场强等于被测信号场强。 4）、替代法）、替代法 2.2 2.2 正弦信号发生器正弦信号发生器1 1、低频信号发生器、低频信号发生器 低频信号发生器又称为音频信号发生器，用来产生低频信号发生器又称为音频信号发生器，用来产生频率范围的低频正弦信号、方波信号及其他波形信号。频率范围的低频正弦信号、方波信号及其他波形信号。它是一种多功能、宽量程的电子仪器，在低频电路测它是一种多功能、宽量程的

10、电子仪器，在低频电路测试中应用比较广泛，还可以为高频信号发生器提供外试中应用比较广泛，还可以为高频信号发生器提供外部调制信号。部调制信号。 1 1、低频信号发生器、低频信号发生器1）、低频信号发生器的组成：）、低频信号发生器的组成： 主振级主振级 主振级是低频信号发生器的核心部分，通常有差频式主振级是低频信号发生器的核心部分，通常有差频式的频率形成电路和的频率形成电路和RC文氏电桥正弦振荡电路。文氏电桥正弦振荡电路。A 差频式低频信号形成电路的工作原理差频式低频信号形成电路的工作原理 图2-8差频式的频率形成电路 B RC振荡电路形成低频信号的工作原理振荡电路形成低频信号的工作原理图图2-9

11、RC文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路 热敏电阻R3(具有负温度特性)，自动稳定振荡幅度。调整频率是通过调节正反馈臂双联电容C（电阻R）来改变振荡输出频率。C. 缓冲放大和功率放大作用：放大隔离。缓冲放大和功率放大作用：放大隔离。D .输出衰减输出衰减R1R2R3R4R5R6R7R812345678SUiUORP+-C图图2-10 2-10 衰减器原理图衰减器原理图 相当于衰减器，用于改变信相当于衰减器，用于改变信号发生器的输出电压或功率，号发生器的输出电压或功率，通常分为连续调节和步进调节。通常分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进连续调节由电位器实现，步进调节由电阻分压器实现。图

12、调节由电阻分压器实现。图2-2-1010所示电路是所示电路是XD-22AXD-22A型低频信型低频信号发生器中使用的输出衰减器。号发生器中使用的输出衰减器。E . 阻抗变换：匹配不同阻抗的负载。阻抗变换：匹配不同阻抗的负载。F. 输出指示：指示输出信号的电压或功率的大小。输出指示：指示输出信号的电压或功率的大小。2)、低频信号发生器的主要工作特性、低频信号发生器的主要工作特性频率范围频率范围 ： 一般为一般为 ，且连续可调。，且连续可调。 频率准确度：频率准确度： （13）%。 频率稳定度：频率稳定度： 一般为（一般为（0.10.4）%/小时。小时。 输出电压：输出电压： 010V连续可调。连

13、续可调。 输出功率：输出功率： 0.55W连续可调。连续可调。 非线性失真范围非线性失真范围 ： （0.11）%。 输出阻抗输出阻抗 等几种。等几种。 输出形式：输出形式： 平衡输出与不平衡输出。平衡输出与不平衡输出。3 3）、低频信号发生器的使用）、低频信号发生器的使用1）、了解面板结构）、了解面板结构 2）、注意正确的操作步骤：）、注意正确的操作步骤：信号发生器的使用步骤如下：信号发生器的使用步骤如下： 准备工作准备工作 选择频率选择频率 输出阻抗的配接输出阻抗的配接 输出电路形式的选择输出电路形式的选择 输出电压的调节和测读。输出电压的调节和测读。2 2、高频信号发生器、高频信号发生器

14、高频信号发生器和甚高频信号发生器统称为高频信号高频信号发生器和甚高频信号发生器统称为高频信号发生器，它们在高频电路测试中应用比较广泛。发生器，它们在高频电路测试中应用比较广泛。 1）、高频信号发生器的组成及原理）、高频信号发生器的组成及原理 2 2、高频信号发生器、高频信号发生器2）、高频信号发生器原理：）、高频信号发生器原理：（1）主振级：主振级是信号发生器的核心，一般采用可调频）主振级：主振级是信号发生器的核心，一般采用可调频率范围宽、频率准确度高、稳定度好的率范围宽、频率准确度高、稳定度好的LC振荡器，它用于产振荡器，它用于产生高频振荡信号。生高频振荡信号。 （2）缓冲级：缓冲级主要起阻

15、抗变换的作用，用来隔离调制）缓冲级：缓冲级主要起阻抗变换的作用，用来隔离调制级对主振级产生的不良影响，以保证主振级稳定工作。级对主振级产生的不良影响，以保证主振级稳定工作。 （3）调制级）调制级:实现调制信号对载波的调制，它包括调频、调幅实现调制信号对载波的调制，它包括调频、调幅和脉冲调制等调制方式。和脉冲调制等调制方式。 2 2、高频信号发生器、高频信号发生器2）、高频信号发生器原理：）、高频信号发生器原理：（4）可变电抗器：可变电抗器与主振级的谐振回路相耦合，）可变电抗器：可变电抗器与主振级的谐振回路相耦合，在调制信号作用下，控制谐振回路电抗的变化而实现调频。在调制信号作用下，控制谐振回路

16、电抗的变化而实现调频。（5）内调制振荡：内调制振荡器用于为调制级提供频率为）内调制振荡：内调制振荡器用于为调制级提供频率为 的内调制正弦信号，该方式称为内调制。的内调制正弦信号，该方式称为内调制。当调制信号由外部电路提供时，称为外调制。当调制信号由外部电路提供时，称为外调制。 2 2、高频信号发生器、高频信号发生器 2）、高频信号发生器原理：）、高频信号发生器原理：（6）输出级：输出级主要由放大器、滤波器、输出微）输出级：输出级主要由放大器、滤波器、输出微调器、输出倍乘器等组成。调器、输出倍乘器等组成。（7）监测器：监测器用以监测输出信号的载波幅度和）监测器：监测器用以监测输出信号的载波幅度和

17、调制系数。调制系数。（8）电源：电源用来供给各部分所需要的电压和电流。）电源：电源用来供给各部分所需要的电压和电流。 3 3、合成信号发生器、合成信号发生器合成信号发生器是用频率合成器代替主振级的正弦信号发生器。合成信号发生器是用频率合成器代替主振级的正弦信号发生器。频率合成器是以一个或少量几个标准频率为基准，利用锁相环频率合成器是以一个或少量几个标准频率为基准，利用锁相环（PLL）等进行频率合成的频率振荡器，频率合成器产生的信）等进行频率合成的频率振荡器，频率合成器产生的信号具有很高的频率稳定度和极纯的频谱。号具有很高的频率稳定度和极纯的频谱。 3 3、合成信号发生器、合成信号发生器1）工作

18、原理：除振荡器外，合成信号发生器的其他部分与高）工作原理：除振荡器外，合成信号发生器的其他部分与高频信号发生器相似。图频信号发生器相似。图2-12为为QF1050型信号发生器原理框图，型信号发生器原理框图，它由射频部分、锁相部分、调制部分和控制部分等组成。它由射频部分、锁相部分、调制部分和控制部分等组成。 3 3、合成信号发生器、合成信号发生器2）主要性能指标：）主要性能指标：QF1050型信号发生器是采用锁相技术制型信号发生器是采用锁相技术制成的标准信号发生器。它可提供载频、调频、调幅信号，并可成的标准信号发生器。它可提供载频、调频、调幅信号，并可接受立体声调制，主要用于调频、调幅接收机的检

19、验和维修，接受立体声调制，主要用于调频、调幅接收机的检验和维修，也可用于移动通信和其他接收设备的调试与维修。其主要性能也可用于移动通信和其他接收设备的调试与维修。其主要性能指标如下：指标如下： （1）载频：）载频：（2）调频、调幅）调频、调幅（3）输出电平）输出电平（4）预置功能）预置功能3 3、合成信号发生器、合成信号发生器3）面板结构：）面板结构：QF1050型信号发生器面板结构如图型信号发生器面板结构如图2-13所示所示 2.3 2.3 函数信号发生器函数信号发生器1 1、函数信号器的分类、函数信号器的分类 1）函数信号发生器产生信号的方法有三种：）函数信号发生器产生信号的方法有三种：第

20、一种：由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波第一种：由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形；和正弦波形；第二种：先产生正弦波再得到方波和三角波；第二种：先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种：先产生三角波再变换为方波和正弦波。第三种：先产生三角波再变换为方波和正弦波。 2 2、脉冲式函数信号器、脉冲式函数信号器2 2、脉冲式函数信号器、脉冲式函数信号器 脉冲式函数信号发生器的组成如图脉冲式函数信号发生器的组成如图2-14(a)所示。它包所示。它包括双稳态触发器、积分器和正弦波变换电路等部分，双稳括双稳态触发器、积分器和正弦波变换电路等部分，双稳态触发器通常采用施密特触发器，积

21、分器则采用密勒积分态触发器通常采用施密特触发器，积分器则采用密勒积分器。密勒积分器即反向型负反馈积分器，因具有良好的线器。密勒积分器即反向型负反馈积分器，因具有良好的线性而得到了广泛的应用。性而得到了广泛的应用。 2 2、脉冲式函数信号器、脉冲式函数信号器 脉冲式函数信号发生器的工作过程如图脉冲式函数信号发生器的工作过程如图2-14(b)所示，假设所示，假设开关悬空，当双稳态触发器输出为时，积分器输出将开始线开关悬空，当双稳态触发器输出为时，积分器输出将开始线性下降，当下降到等于参考电平时，比较器使双稳态触发器性下降，当下降到等于参考电平时，比较器使双稳态触发器翻转，翻转， 由变为，同时，将开

22、始以与线性下降相等的速率线性由变为，同时，将开始以与线性下降相等的速率线性上升。当上升到等于参考电平时，双稳态触发器又翻转回去，上升。当上升到等于参考电平时，双稳态触发器又翻转回去，于是完成一个循环周期。不断重复上述过程，即得到方波信于是完成一个循环周期。不断重复上述过程，即得到方波信号、三角波信号，以及由经过正弦波成形电路变换成的正弦号、三角波信号，以及由经过正弦波成形电路变换成的正弦波。三种波形再经过输出级放大后即可在输出端得到所需的波。三种波形再经过输出级放大后即可在输出端得到所需的波形。图波形。图2-14中中A、B点波形极性相反。点波形极性相反。 3 3、正弦式函数信号器、正弦式函数信

23、号器图图2-15为正弦式函数信号发生器基本原理框图。为正弦式函数信号发生器基本原理框图。 3 3、正弦式函数信号器、正弦式函数信号器图图2-15为正弦式函数信号发生器基本原理框图。它包括正弦为正弦式函数信号发生器基本原理框图。它包括正弦振荡器、缓冲级、方波形成器、积分器、放大器和输出级等振荡器、缓冲级、方波形成器、积分器、放大器和输出级等部分。其工作过程是：正弦振荡器输出正弦波，经缓冲级隔部分。其工作过程是：正弦振荡器输出正弦波，经缓冲级隔离后，分为两路信号，一路送放大器输出正弦波，另一路作离后，分为两路信号，一路送放大器输出正弦波，另一路作为方波形成器的触发信号。方波形成器通常是施密特触发器

24、，为方波形成器的触发信号。方波形成器通常是施密特触发器，它输出两路信号，一路送放大器，经放大后输出方波；另一它输出两路信号，一路送放大器，经放大后输出方波；另一路作为积分器的输入信号。积分器通常为密勒积分器，积分路作为积分器的输入信号。积分器通常为密勒积分器，积分器将方波变换为三角波，经放大后输出。三个波形的输出由器将方波变换为三角波，经放大后输出。三个波形的输出由选择开关控制。选择开关控制。 2.4 2.4 脉冲信号发生器脉冲信号发生器1 1、矩形脉冲信号参数、矩形脉冲信号参数 脉冲信号通常指持续时间较短、有特定变化规律的脉冲信号通常指持续时间较短、有特定变化规律的电压或电流信号。常见的脉冲

25、信号波形有矩形、锯齿形、电压或电流信号。常见的脉冲信号波形有矩形、锯齿形、钟形、阶梯形、数字编码序列等，下面对其主要参数进钟形、阶梯形、数字编码序列等，下面对其主要参数进行简要介绍。其中，最基本的脉冲信号是矩形脉冲信号，行简要介绍。其中，最基本的脉冲信号是矩形脉冲信号，如图如图2-18 所示。所示。 1 1、矩形脉冲信号参数、矩形脉冲信号参数图图2-18 2-18 矩形脉冲参数矩形脉冲参数1 1、矩形脉冲信号参数、矩形脉冲信号参数（1） 脉冲幅度脉冲幅度 ：脉冲顶量值和底量值之差。：脉冲顶量值和底量值之差。（2）脉冲周期和重复频率：周期性脉冲相邻两脉冲相同）脉冲周期和重复频率：周期性脉冲相邻两

26、脉冲相同位置之间的时间间隔称为脉冲周期，用位置之间的时间间隔称为脉冲周期，用 表示。脉冲周期表示。脉冲周期的倒数称为重复频率。的倒数称为重复频率。（3）脉冲宽度）脉冲宽度 （或（或 ）脉冲前后沿）脉冲前后沿50%处的时间间隔。处的时间间隔。1 1、矩形脉冲信号参数、矩形脉冲信号参数（4）脉冲的占空比）脉冲的占空比 ：脉冲宽度：脉冲宽度 与脉冲周期与脉冲周期T的比值的比值称为占空比或空度系数。即称为占空比或空度系数。即（5）上升时间）上升时间 ：指由：指由10% 电平处上升到电平处上升到90% 电电平处所需的时间，也称脉冲前沿。平处所需的时间，也称脉冲前沿。 （6）下降时间）下降时间 ：由脉冲：

27、由脉冲90% 电平处下降到电平处下降到10%电平处所需的时间，也称脉冲后沿。电平处所需的时间，也称脉冲后沿。2 2、脉冲信号发生器的分类、脉冲信号发生器的分类按照脉冲用途和产生方法的不同，脉冲信号发生器可按照脉冲用途和产生方法的不同，脉冲信号发生器可分为分为:1）通用脉冲信号发生器）通用脉冲信号发生器 2）快沿脉冲发生器）快沿脉冲发生器 3）函数信号发生器）函数信号发生器 4）数字可编程脉冲信号发生器）数字可编程脉冲信号发生器 5）特种脉冲发生器）特种脉冲发生器 3 3、脉冲信号发生器组成及工作原理分析、脉冲信号发生器组成及工作原理分析1）、通用脉冲信号源的组成框图如图）、通用脉冲信号源的组成

28、框图如图2-19所示。所示。 图2-19 脉冲信号发生器原理框图 3 3、脉冲信号发生器组成及工作原理分析、脉冲信号发生器组成及工作原理分析2)、各部分功能如下：、各部分功能如下：1）主振级：该单元是脉冲信号源的核心，它决定着输）主振级：该单元是脉冲信号源的核心，它决定着输出脉冲的重复频率。出脉冲的重复频率。 2）延时级：对主振级输出脉冲延时，使仪器输出的同）延时级：对主振级输出脉冲延时，使仪器输出的同步脉冲略超前于主脉冲。步脉冲略超前于主脉冲。 3）形成级）形成级:在延时脉冲作用下，产生宽度准确、波形良在延时脉冲作用下，产生宽度准确、波形良好的矩形脉冲。好的矩形脉冲。 4）输出级）输出级:本

29、级用于调节输出脉冲的幅度，选择输出脉本级用于调节输出脉冲的幅度，选择输出脉冲的极性，进行阻抗变换等。冲的极性，进行阻抗变换等。 5）同步输出级）同步输出级:输出供测试用的同步信号。输出供测试用的同步信号。 2.5 2.5 任意波形发生器任意波形发生器1 1、任意波形发生器技术特性、任意波形发生器技术特性1）输出幅度）输出幅度:指在波形不失真时的输出峰指在波形不失真时的输出峰-峰值。峰值。 2）幅度分辨力）幅度分辨力:指信号发生器输出电压在幅度上的分辨能指信号发生器输出电压在幅度上的分辨能力，在很大程度上取决于力，在很大程度上取决于D/A转换器的性能。转换器的性能。 3）相位分辨力）相位分辨力:

30、即输出波形的时间分辨力，通常指波形存即输出波形的时间分辨力，通常指波形存储器存储样点的个数，也可定义为存储器的深度或容量。储器存储样点的个数，也可定义为存储器的深度或容量。 4）最高取样率）最高取样率:在任意波形发生器中最高取样率是指输出在任意波形发生器中最高取样率是指输出波形样点的速率，它表征任意波形发生器输出波形的最波形样点的速率，它表征任意波形发生器输出波形的最高频率分量。高频率分量。 1 1、任意波形发生器技术特性、任意波形发生器技术特性5）输出通道数）输出通道数:任意波形发生器可单通道输出，也可双通任意波形发生器可单通道输出，也可双通道或多通道输出，还可以是模拟信号通道及数字信号通道

31、或多通道输出，还可以是模拟信号通道及数字信号通道输出。道输出。 6) 频谱纯度频谱纯度:指在输出正弦波情况下，谐波和噪声应比基指在输出正弦波情况下，谐波和噪声应比基波小得多。波小得多。7）直流偏移）直流偏移:即给信号波形叠加直流电压即给信号波形叠加直流电压 。2 2、任意波形发生器工作原理分析、任意波形发生器工作原理分析 图2-20 单机结构任意波形发生器组成框图 2 2、任意波形发生器工作原理分析、任意波形发生器工作原理分析 1 1）任意波形发生器的组成）任意波形发生器的组成 任意波形发生器是在微机控制下工作的，一般有两种结构形任意波形发生器是在微机控制下工作的，一般有两种结构形式。式。A

32、A 单机结构单机结构 由微处理器系统和信号产生部分组成独立仪器。由微处理器系统和信号产生部分组成独立仪器。B B 插卡结构插卡结构 任意波形发生器以板卡形式插入任意波形发生器以板卡形式插入PCPC机插槽，或将机插槽，或将PCPC机总线引机总线引出机外与插卡相连。出机外与插卡相连。图图2-202-20是单机结构任意波形发生器的组成框图。微机系统将是单机结构任意波形发生器的组成框图。微机系统将波形数据送至波形存储器波形数据送至波形存储器RAMRAM（高速）。当输出波形时，由高（高速）。当输出波形时，由高速时钟发生器和高速计数器产生速时钟发生器和高速计数器产生RAMRAM地址信号，并从地址信号，并从

33、RAMRAM中读中读出数据，经转换器转换后得输出波形。出数据，经转换器转换后得输出波形。2 2、任意波形发生器工作原理分析、任意波形发生器工作原理分析 1 1）任意波形的产生方法）任意波形的产生方法 A A 表格法表格法 B B 数学方程法数学方程法 C C 折线法折线法D D 作图法作图法 E E 输入法输入法 2.62.6典型仪器典型仪器TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器TFG2000系列系列DDS函数信号发生器采用直接数字合成技术函数信号发生器采用直接

34、数字合成技术（DDS）, 具有快速完成测量工作所需的高性能指标和具有快速完成测量工作所需的高性能指标和众多的功能特性。其简单而功能明晰的前面板及液晶汉众多的功能特性。其简单而功能明晰的前面板及液晶汉字或荧光字符显示功能使您更便于操作和观察，选装的字或荧光字符显示功能使您更便于操作和观察，选装的扩展功能模块，可使您获得增强的系统功能。扩展功能模块，可使您获得增强的系统功能。1） 操作特性：按键输入，菜单显示，手轮调节操作特性：按键输入，菜单显示，手轮调节2） 显示方式：液晶显示显示方式：液晶显示LCD，黄绿背光，中文菜单，廉，黄绿背光，中文菜单，廉价实用荧光显示价实用荧光显示VFD，兰绿字符，英

35、文菜单，显示清晰，兰绿字符，英文菜单，显示清晰，亮度高。亮度高。3） 电源条件：电压：电源条件：电压：AC220V（110） 频率：频率：50Hz（15） 功耗：功耗：30VA1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器1A路主要技术指标路主要技术指标1）波形特性）波形特性波形种类：正弦波，方波，直流波形种类：正弦波，方波，直流波形长度：波形长度：416000点点波形幅度分辨率：波形幅度分辨率：10 bits采样速率：采样速率：180 MSa/s杂波谐波抑制度：杂波谐波抑制度：50dBc（F1MHz） 40dBc(1MHzF20MHz)正弦波总失真

36、度：正弦波总失真度：0.5（20Hz200kHz）方波升降时间：方波升降时间：20ns 方波过冲：方波过冲： 5 方波占空比范围：方波占空比范围：2080(频率频率1MHz) 1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 1A路主要技术指标路主要技术指标2）频率特性）频率特性频率范围：频率范围：40mHz（3MHz,6MHz,15MHz,30MHz，50MHz,）频率分辩率：频率分辩率：40mHz 频率准确度：频率准确度：(510-5+ 40mHz) 频率稳定度频率稳定度: 510-6/ 3小时小时1 1、TFG 2003T

37、FG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 1A路主要技术指标路主要技术指标3）幅度特性）幅度特性幅度范围：幅度范围：2mV p-p20V p-p ( 高阻高阻,频率频率2V), 2mV p-p (0.2VA2V), 0.2mV p-p (A0.2V)幅度准确度：幅度准确度：(1 + 2mV)（高阻，有效值，频率（高阻，有效值，频率1kHz）幅度稳定度：幅度稳定度：0.5/ 3小时小时幅度平坦度：幅度平坦度：5 (F1MHz), 10 (1MHzF10MHz)输出阻抗：输出阻抗：50 1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函

38、数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 1B路主要技术指标路主要技术指标1）波形特性）波形特性 ：波形种类：正弦波，方波，三角波，锯齿波，阶梯波等波形种类：正弦波，方波，三角波，锯齿波，阶梯波等32种波形种波形 波形长度：波形长度：256点点 波形幅度分辨率：波形幅度分辨率：8 bits 1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 1B路主要技术指标路主要技术指标2）频率特性）频率特性 ：频率范围：正弦波频率范围：正弦波10mHz1MHz 其它波形：其它波形：10mHz50kHz 分辩率：分辩率：10mHz频率

39、准确度：频率准确度：(110-4 + 10mHz) 1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 1B路主要技术指标路主要技术指标3）幅度特性）幅度特性 ：幅度范围：幅度范围：100mV p-p20V p-p ( 高阻高阻) 分辨率：分辨率：80mV p-p 输出阻抗：输出阻抗：50 1 1、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器主要性能指标主要性能指标 TFG 2003型型 DDS 函数信号发生器的组成如图函数信号发生器的组成如图2-21所示所示 2 2、TFG 2003TFG

40、2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器原理原理 1）直接数字合成工作原理（输出）直接数字合成工作原理（输出A、B、输出、输出TTL） 要产生一个电压信号，传统的模拟信号源是采用电子要产生一个电压信号，传统的模拟信号源是采用电子元器件以各种不同的方式组成振荡器，其频率精度和稳定元器件以各种不同的方式组成振荡器，其频率精度和稳定度都不高，而且工艺复杂，分辨率低，频率设置和实现计度都不高，而且工艺复杂，分辨率低，频率设置和实现计算机程控也不方便。直接数字合成技术（算机程控也不方便。直接数字合成技术（DDS）是最新发）是最新发展起来的一种信号产生方法，它完全没有振荡器元件，而展起来

41、的一种信号产生方法，它完全没有振荡器元件，而是用数字合成方法产生一连串数据流，再经过数模转换器是用数字合成方法产生一连串数据流，再经过数模转换器产生出一个预先设定的模拟信号。产生出一个预先设定的模拟信号。 TFG 2003型型 DDS 函数信号发生器的组成如图函数信号发生器的组成如图2-21所示所示 2 2、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器原理原理 1）直接数字合成工作原理（输出）直接数字合成工作原理（输出A、B、输出、输出TTL） 幅度控制器是一个数模转换器，根据操作者设定的幅度数幅度控制器是一个数模转换器，根据操作者设定的幅度数值，产生出一

42、个相应的模拟电压，然后与输出信号相乘，值，产生出一个相应的模拟电压，然后与输出信号相乘，使输出信号的幅度等于操作者设定的幅度值。偏移控制器使输出信号的幅度等于操作者设定的幅度值。偏移控制器是一个数模转换器，根据操作者设定的偏移数值，产生出是一个数模转换器，根据操作者设定的偏移数值，产生出一个相应的模拟电压，然后与输出信号相加，使输出信号一个相应的模拟电压，然后与输出信号相加，使输出信号的偏移等于操作者设定的偏移值。经过幅度偏移控制器的的偏移等于操作者设定的偏移值。经过幅度偏移控制器的合成信号再经过功率放大器进行功率放大，最后由输出端合成信号再经过功率放大器进行功率放大，最后由输出端口口A 输出

43、。输出。 TFG 2003型型 DDS 函数信号发生器的组成如图函数信号发生器的组成如图2-21所示所示 2 2、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器原理原理 2）操作控制工作原理：）操作控制工作原理： 微处理器通过接口电路控制键盘及显示部分，当有键按微处理器通过接口电路控制键盘及显示部分，当有键按下的时侯，微处理器识别出被按键的编码，然后转去执行下的时侯，微处理器识别出被按键的编码，然后转去执行该键的命令程序。显示电路使用菜单字符将仪器的工作状该键的命令程序。显示电路使用菜单字符将仪器的工作状态和各种参数显示出来。态和各种参数显示出来。 3 3、

44、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器 前前后面板和用户界面后面板和用户界面3 3、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器 前前后面板和用户界面后面板和用户界面4 4、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器基本操作基本操作开机后，仪器进行自检初始化，进入正常工作状态，自开机后，仪器进行自检初始化，进入正常工作状态，自动选择动选择“连续连续”功能，功能，A 路输出。路输出。1. A路功能设定路功能设定（1）A 路频率设定：设定频率值路频率设定：设定频率值3.5kHz

45、【频率频率】【】【3】【】【.】【】【5】【】【kHz】 。A 路频率调节：按路频率调节：按【】键使光标指向需要调键使光标指向需要调节的数字位，左右转动手轮可使数字增大或减小，并能节的数字位，左右转动手轮可使数字增大或减小，并能连续进位或借位，由此可任意粗调或细调频率。连续进位或借位，由此可任意粗调或细调频率。 4 4、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器基本操作基本操作1. A路功能设定路功能设定（2）A 路周期设定：设定周期值路周期设定：设定周期值2.5ms【Shift】【】【周期周期】【】【2】【】【.】【】【5】【】【ms】 。（3）A 路

46、幅度设定：设定幅度值为路幅度设定：设定幅度值为3.2V【幅度幅度】【】【3】【】【.】【】【2】【】【V】 。（4）A 路幅度格式选择：有效值或峰峰值路幅度格式选择：有效值或峰峰值【Shift】【】【有效值有效值】或或【Shift】【】【峰峰值峰峰值】 。4 4、TFG 2003TFG 2003型型 DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器基本操作基本操作1. A路功能设定路功能设定（5）A 路波形选择：在输出路径为路波形选择：在输出路径为A 路时，选择正弦波或路时，选择正弦波或方波方波【Shift】【】【0】选择正弦，选择正弦，【Shift】【】【1】选择方波选择方波 。（6）A 路方波

47、占空比设定：在路方波占空比设定：在A 路选择为方波时，设定方路选择为方波时，设定方波占空比为波占空比为65 【Shift】【】【占空比占空比】【】【6】【】【5】【】【Hz】 。（7）A 路衰减选择：选择固定衰减路衰减选择：选择固定衰减0dB（开机或复位后选（开机或复位后选择自动衰减择自动衰减AUTO）【Shift】【】【衰减衰减】【】【0】【】【Hz】 。（8）A 路偏移设定：在衰减选择路偏移设定：在衰减选择0dB 时，设定直流偏移值时，设定直流偏移值为为-1V【选项选项】键，选中键，选中“A 路偏移路偏移”，按，按【-】【】【1】【】【V】 。4 4、TFG 2003TFG 2003型型

48、DDS DDS 函数信号发生器函数信号发生器基本操作基本操作1. A路功能设定路功能设定（9）A路频率步进：设定路频率步进：设定A路步进频率路步进频率12.5Hz按按【菜单菜单】键选择，键选择，“步进频率步进频率”，按，按【1】【】【2】【】【.】【】【5】【Hz】，再按，再按【A路路】键选择键选择“A路频率路频率”，然后每按一次，然后每按一次【Shift】【】【】键，键，A路频率增加路频率增加12.5Hz，每按一次，每按一次【Shift】【】【】键，键，A路频率减少路频率减少12.5Hz，A路幅度步进与路幅度步进与此类同。此类同。（10）恢复初始化状态：）恢复初始化状态：【Shift】【】【复位复位】 。（11）存储参数调出：调出）存储参数调出：调出