电子测量与仪器课件 第二章 测量用信号发生器2

1、第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.2.3 2.2.3 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，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（利用锁相环（PLLPLL）等进行频率合成的频率振荡器，频率合成）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。器产生的信号具有很高的频率稳定度和极纯的频谱。 锁相环的工作过程，是通过频率的牵引，达到相位的锁定锁相环的工作过程，是通过频率的牵引，达到相位的

2、锁定过程。环路锁定时，过程。环路锁定时，f f0 0=f=fi i 1. 1. 工作原理工作原理 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。号发生器相似。图图2.152.15为为QF1050QF1050型信号发生器原理框图，它由射频部分、锁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。相部分、调制部分和控制部分等组成。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 内调制内调制振荡器振荡器外调制输外调制输入放大器入放大器内外调制内外调制开关开关调幅调频调幅调频开关开关调制度显示调制度显示射频部分射频部分锁相部分锁

3、相部分衰减器衰减器控制部分控制部分频频 率率 显显 示示 、衰、衰 减减 显显 示示外调制外调制输入输入图图2.15 QF1050型信号发生器原理方框图型信号发生器原理方框图输输出出 第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.3 2.3 函数信号发生器函数信号发生器 函数信号发生器是一种产生正弦波、方波、三角波函数信号发生器是一种产生正弦波、方波、三角波等函数波形的仪器，其频率范围约几毫赫至几十兆赫。现代等函数波形的仪器，其频率范围约几毫赫至几十兆赫。现代函数信号发生器一般具有调频、调幅等调制功能和压控频率函数信号发生器一般具有调频、调幅等调制功能和压控频率（VCFVCF）特性，被广泛应

4、用于生产测试、仪器维修等工作中。）特性，被广泛应用于生产测试、仪器维修等工作中。 2.3.1 2.3.1 工作原理及结构工作原理及结构 函数信号发生器产生信号的方法有三种：一种是由函数信号发生器产生信号的方法有三种：一种是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；施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形；第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种是先产第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种是先产生三角波再变换为方波和正弦波。在此主要介绍第一种方法，生三角波再变换为方波和正弦波。在此主要介绍第一种方法，即脉冲式函数信号发生器。即脉冲式函数信号发生器。第 2 章

5、测 量 用 信 号 发 生 器 1. 1. 脉冲式函数信号发生器脉冲式函数信号发生器 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2.17(a)2.17(a)所示。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。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。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2.17(b)2.17(b)所示所示: :开关开关S S1 1悬空，双稳态触发器输出为方波，积分器输出为三悬空，双稳态触发器输出为

6、方波，积分器输出为三角波，三角波经过正弦波成形电路变换成正弦波。角波，三角波经过正弦波成形电路变换成正弦波。如果如果S S1 1与与VDVD2 2相接，当触发器输出为相接，当触发器输出为U U1 1时，时，VDVD2 2导通，电阻导通，电阻R R3 3被短路，积分器很快下降，当下降到被短路，积分器很快下降，当下降到U Ur r时，触发电路翻转，时，触发电路翻转，触发器输出为触发器输出为U U1 1，VDVD2 2截止，截止，R R3 3接入电路，积分器输出缓慢上接入电路，积分器输出缓慢上升，形成正向锯齿波升，形成正向锯齿波u u2 2( (t t) )，触发器输出为矩形波，触发器输出为矩形波u

7、 u1 1( (t t) )，如图，如图2.17(c)2.17(c)所示。如果所示。如果S S1 1与与VDVD1 1相接，将得到反向锯齿波和极性相相接，将得到反向锯齿波和极性相反的矩形波。反的矩形波。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 C图图2.17 脉冲式函数信号发生器组成框图脉冲式函数信号发生器组成框图双稳态双稳态触发器触发器比较器比较器正弦波正弦波成形电路成形电路输出级输出级 +UrR1R2R3RPVD1VD2S1S2+u1u2(a)u1(t)u2(t)U1U10tt0UrUr(b)UrUrU1U200u1(t)u2(t)(c)AB 积分电路积分电路输出输出uottUr第 2

8、章 测 量 用 信 号 发 生 器 由上述分析得出：脉冲式函数信号发生器无独立的主振由上述分析得出：脉冲式函数信号发生器无独立的主振级，而是由施密特触发器、积分器和比较器构成的闭合回路级，而是由施密特触发器、积分器和比较器构成的闭合回路组成的自激振荡器，它产生的最基本波形是方波和三角波。组成的自激振荡器，它产生的最基本波形是方波和三角波。正弦波成形电路一般采用分段折线逼近的方法将三角波正弦波成形电路一般采用分段折线逼近的方法将三角波变换成为正弦波。图变换成为正弦波。图2.18(a)2.18(a)，图，图2.18(b)2.18(b)和图和图2.18(c)2.18(c)分别为分别为电路输出特性、输

9、入波形、输出波形，由于该网络对信号的电路输出特性、输入波形、输出波形，由于该网络对信号的衰减随三角波幅度的加大而增加，而使输出波形向正弦波逼衰减随三角波幅度的加大而增加，而使输出波形向正弦波逼近。如果折线段选得足够多，并适当选择转折点的位置，便近。如果折线段选得足够多，并适当选择转折点的位置，便能得到非常逼真的正弦波。能得到非常逼真的正弦波。第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 图图2.192.19所示为正弦波成形电路。电路中使用了所示为正弦波成形电路。电路中使用了6 6对二极管。正、对二极管。正、负直流电源和电阻负直流电源和电阻R R1 1R R7 7及及R R1 1R R7 7为二极

10、管提供适当的偏为二极管提供适当的偏压，以控制三角波逼近正弦波时转折点的位置。压，以控制三角波逼近正弦波时转折点的位置。 随着输入电压的变化，随着输入电压的变化，6 6对二极管依次导通和截止，并把电阻对二极管依次导通和截止，并把电阻 R R8 8R R1313依次接入电路或从电路断开，这样就改变了电路输入依次接入电路或从电路断开，这样就改变了电路输入输出比例。电路中每个二极管可产生一个转折点。在正半周输出比例。电路中每个二极管可产生一个转折点。在正半周时，一对二极管可获得时，一对二极管可获得3 3段折线；负半周也得到段折线；负半周也得到3 3段折线。即段折线。即1 1对二极管可获得对二极管可获得

11、6 6段折线。以后每增加段折线。以后每增加1 1对二极管，正负半周对二极管，正负半周可各增加可各增加2 2段折线，因此它可以产生由段折线，因此它可以产生由2626段折线逼近而成的正段折线逼近而成的正弦波，其波形失真小于弦波，其波形失真小于0.25%0.25%。 第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 t000uiuououi(a)t(c)(b)图图2.18 正弦波成形电路原理正弦波成形电路原理第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 直流直流稳压稳压电源电源+uiuoR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R0VD1VD2VD3VD4VD5VD7VD9VD11VD6V

12、D8VD10VD12R1R2R3R4R5R6R7图图2.19 2.19 正弦波成形电路实例正弦波成形电路实例第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2. 2. 正弦式函数信号发生器正弦式函数信号发生器 图图2.202.20为正弦式函数信号发生器基本原理框图。它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、放大器和输出级等部分。其工作过程是：正弦振荡器输出正弦波，经输出级等部分。其工作过程是：正弦振荡器输出正弦波，经缓冲级隔离后，分为两路信号，一路送放大器输出正弦波，缓冲级隔离后，分为两路信号，一路送放大

13、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，它输出两路信号，一路送放大器，经放大后输出特触发器，它输出两路信号，一路送放大器，经放大后输出方波；另一路作为积分器的方波；另一路作为积分器的输入信号。积分器通常为输入信号。积分器通常为密勒积分器，积分器将方密勒积分器，积分器将方波变换为三角波，经放大波变换为三角波，经放大后输出。三个波形的输出后输出。三个波形的输出由选择开关控制。由选择开关控制。正弦正弦振荡器振荡器缓冲级缓冲级方波形成器方波形成器放大器放大器积分器积分器输出级输出级图图2.20 正弦式函数信号发生器

14、原理框图正弦式函数信号发生器原理框图第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 2.3.2 AS101D2.3.2 AS101D型函数信号发生器简介型函数信号发生器简介 AS101DAS101D型函数信号发生器是由集成电路和晶体管构型函数信号发生器是由集成电路和晶体管构成的通用函数信号发生器，能产生成的通用函数信号发生器，能产生0.2Hz0.2Hz2MHz2MHz的正弦波、方的正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲信号，并具有检测数字电路用波、三角波、锯齿波和脉冲信号，并具有检测数字电路用TTLTTL、CMOSCMOS逻辑电平输出，另外还有压控振荡输入，逻辑电平输出，另外还有压控振荡输入，10V1

15、0V直流偏置直流偏置电压输出，占空比调节等功能。具有功能丰富、性能稳定、电压输出，占空比调节等功能。具有功能丰富、性能稳定、结构新颖、价格便宜、操作方便等特点。结构新颖、价格便宜、操作方便等特点。 第 2 章 测 量 用 信 号 发 生 器 本章小结本章小结 (1(1）信号发生器的组成、各组成部分的功能）信号发生器的组成、各组成部分的功能 （2 2）正弦信号发生器的技术指标、调制方式、调制频率。）正弦信号发生器的技术指标、调制方式、调制频率。 （3 3）使用信号发生器时应注意阻抗的匹配，信号发生器只有在）使用信号发生器时应注意阻抗的匹配，信号发生器只有在匹配情况下才能正常工作。匹配情况下才能正常工作。 （4 4）低频信号发生器的主振器、功能（频率范围、波形）、用途、）低频信号发生器的主振器、功能（频率范围、波形）、用途、使用注意事项。使用注意事项。 （5 5）高频信号发生器的主振器、功能（频率范围、波形）、用）高频信号发生器的主振器、功能（频率范围、波形）、用途、使用注意事项。途、使用注意事项。 （6 6）合