255388annizj電子測量儀器教案第3章

課題第三章信號源概括正弦信號源（一）教課目的知識與能力：1．掌握信號源的定義、種類。2．掌握正弦信號發(fā)生器的主要技術(shù)特征：頻次特征、輸出特征和調(diào)制特征。過程與方法：經(jīng)過察看和解說，掌握信號源的特征感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點正弦信號發(fā)生器的主要技術(shù)特征教課難點新講課概括信號源種類：（1）按性能指標分類一般訊號發(fā)生器：用于對輸出信號的頻次、幅度的正確度和穩(wěn)固度以及波形失真等要求不高的場合。標準信號發(fā)生器：要求輸出信號的頻次、幅度、調(diào)制系數(shù)等在必定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且讀數(shù)正確、穩(wěn)固，障蔽優(yōu)秀。（2）按輸出波形分類正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。非正弦發(fā)生器又包含：脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列信號發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。正弦信號源正弦信號發(fā)生器的主要技術(shù)特征1．頻次特征1）有效頻次范圍定義：各項指標都能獲取保證的輸出信號的頻次范圍。在有效頻次范圍內(nèi)，頻次調(diào)理能夠是連續(xù)的，也能夠是失散的。當頻次范圍很寬時，常區(qū)分為若干頻段。（2）頻次正確度定義：輸出頻次的實質(zhì)值與顯示器或頻次刻度盤的示值之間的相對偏差。要求：用刻度盤讀數(shù)的信號發(fā)生器，其頻次正確度在（1~10%）的范圍內(nèi)；標準信號發(fā)生器優(yōu)于1；合成信號發(fā)生器優(yōu)于10-6。3）頻次穩(wěn)固度定義：在一準時間內(nèi)保持其輸出信號頻次不變得能力。表示：用必定的時間內(nèi)的相對頻次偏移。要求：比頻次正確度高1～2個數(shù)目級。2．輸出特征1）輸出電平定義：輸出信號幅度的有效值范圍（有很寬的調(diào)理范圍）。表示：可用絕對電平（Ｖ，mV，V）或相對電平（dB）。2）輸出電平的正確度輸出電平的實質(zhì)值與顯示器的顯示值之間的相對偏差，一般在（3%~10%）范圍內(nèi)。3）輸出阻抗輸出阻抗視信號發(fā)生器的種類不一樣而異。低頻信號發(fā)生器：電壓輸出端的輸出阻抗一般為600Ω），功率輸出端依輸出般配變壓器的設(shè)計而定，往常有50150、600和5k等檔。

（或、75

1k、高頻信號發(fā)生器：一般僅有50或75檔。3．調(diào)制特征（1）調(diào)制信號調(diào)制信號能夠由內(nèi)調(diào)制振蕩器產(chǎn)生，也能夠由外面輸入。調(diào)制信號的頻次能夠是固定的，也能夠是連續(xù)調(diào)理的。2）調(diào)制系數(shù)的有效范圍定義：各項指標都能獲取保證的調(diào)制系數(shù)的范圍。調(diào)幅時：調(diào)制系數(shù)一般為（0~80）；調(diào)頻時：頻偏不小于75kHz。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1．信號源的定義：是為電子丈量供給切合必定技術(shù)要求的電信號的設(shè)施，是電子丈量中最基本、使用最寬泛的電子儀器之一。2．信號源種類：（1）按性能指標分類：一般訊號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器。（2）按輸出波形分類：正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器。非正弦發(fā)生器又包含：脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列信號發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。3．正弦信號發(fā)生器的主要技術(shù)特征包含頻次特征、輸出特征和調(diào)制特征。部署作業(yè)習(xí)題課題正弦信號源（二）教課目的知識與能力：掌握低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。過程與方法：經(jīng)過察看和解說，掌握低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。教課難點低頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。新講課低頻信號發(fā)生器定義：用來產(chǎn)生1Hz~1MHz的低頻正弦信號。用途：模擬電子線路與系統(tǒng)的設(shè)計、測試和維修；高頻信號發(fā)生器的外調(diào)信號源。1．低頻信號發(fā)生器的主要指標頻次范圍：1Hz~1MHz連續(xù)可調(diào)；頻次穩(wěn)固度：（~2）；輸出電壓：0~10V連續(xù)可調(diào)；輸出功率：（~5）W連續(xù)可調(diào)；非線性失真：（~1）；輸出阻抗一般有50、75、150、600和5k等檔。2．低頻信號發(fā)生器的基本構(gòu)成原理構(gòu)成框圖以下列圖所示。1）主振器（主要零件）作用：產(chǎn)生低頻的正弦波信號，并實現(xiàn)頻次調(diào)理功能。構(gòu)成：文氏電橋振蕩器，以下列圖是文氏電橋振蕩器的原理電路。圖中R1、C1、R2、C2構(gòu)成正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，負溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻Rf構(gòu)成負反應(yīng)支路，兩者共同構(gòu)成構(gòu)成文氏電橋。文氏電橋和放大器構(gòu)成的反應(yīng)環(huán)路稱為文氏電橋振蕩。一般取R1=R2=R，C1=C2=C。當知足振幅均衡條件和相位均衡條件時，振蕩器的輸出頻次為f0

12πRC熱敏電阻Rt擁有穩(wěn)幅作用。電路中頻次粗調(diào)（頻段變換）和細調(diào)分別經(jīng)過改變雙連電位器和雙連電容器實現(xiàn)。（2）電壓放大器和功率放大器電壓放大器作用：放大主振級產(chǎn)生的振蕩信號，知足信號發(fā)生器對輸出信號幅度的要求，并將振蕩器與功率輸出器隔絕，防備因輸出負載變化而影響振蕩頻次的穩(wěn)固。功率放大器作用：供給足夠的輸出功率。要求放大器的頻次特征好，非線性失真小。（3）衰減器和般配器衰減器的作用：調(diào)理輸出電壓使之達到所需要的值。采納連續(xù)衰減器和步級衰減器配合進行衰減。下列圖所示電路就是一個步級衰減器電路，其衰減倍數(shù)為1（0dB）、10（20dB）、100（40dB）、1000（60dB）和10000（80dB）五種。般配器（變壓器）作用：使輸出端連結(jié)不一樣的負載時都獲取最大的輸出功率。注意：在低頻段（20Hz~2kHz）和高頻段（2~20kHz）采納不一樣的般配變壓器。4）檢測電壓表作用：監(jiān)測振蕩器輸出電壓的大小，監(jiān)測輸出功率。3．XD1型低頻信號發(fā)生器XD1型低頻信號發(fā)生器產(chǎn)生從1Hz~1MHz非線性失真很小的正弦波信號，有電壓輸出和功率輸出兩檔。1）主要技術(shù)性能2）使用方法XD1型低頻信號發(fā)生器面板裝置如圖。①頻次選擇依據(jù)所需頻段按下“頻次范圍”按鍵，而后再用按鍵開關(guān)上邊的“頻次調(diào)理”1，2，3旋鈕依據(jù)十進制進行細調(diào)。②電壓輸出用電纜直接從“電壓輸出”插口引出。經(jīng)過調(diào)理輸出衰減開關(guān)和輸出細調(diào)旋鈕，能夠獲取非線性失真?。ǎ迹?、信噪比較高的小電壓輸出（＜200V）。最大輸出電壓5V。將板右邊“內(nèi)負載”鍵按下，接通內(nèi)負載。③功率輸出將功率開關(guān)按下，用電纜直接從功率輸出插口引出。為了獲取大功率輸出，應(yīng)試慮阻抗般配。當負載為高阻抗，且輸出頻次湊近10Hz或幾百千赫時，應(yīng)將面板右邊“內(nèi)負載”鍵按下，接通內(nèi)負載。④過載保護剛開機時，過載保護指示燈亮，約5~6s后熄滅，表示進入工作狀態(tài)。若負載阻抗小，過載指示燈會再次閃亮，此時應(yīng)加大負載阻抗值（即減少負載），使燈熄滅。⑤溝通電壓表該電壓表可進行“內(nèi)測”與“外測”。撥向“外測”時，它作為一般溝通電壓表丈量外面電壓；當撥向“內(nèi)測”時，它作為信號發(fā)生器輸出指示。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1．低頻信號發(fā)生器：用來產(chǎn)生1Hz~1MHz的低頻正弦信號。這類信號在模擬電子線路與系統(tǒng)的設(shè)計、測試和維修中獲取寬泛的應(yīng)用，也可用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)信號源。2．低頻信號發(fā)生器的基本構(gòu)成主要包含主振器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器（功率放大器）、阻抗變換器（輸出變壓器）和檢測電壓表。部署作業(yè)習(xí)題課題正弦信號源（三）教課目的知識與能力：1．掌握高頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。2．認識XD1型低頻信號發(fā)生器和XFG-7主要技術(shù)特征和使用方法過程與方法：經(jīng)過察看和解說，掌握高頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本組成原理感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點高頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。教課難點高頻信號發(fā)生器主要技術(shù)指標、基本構(gòu)成原理。新講課高頻信號發(fā)生器用途：向各樣高頻電子設(shè)施和電路供給高頻信號能量或高頻標準信號。1．主要性能指標2．基本構(gòu)成原理初期的原理框圖以下列圖所示。弊端：沒有調(diào)頻功能；調(diào)制級的輸入阻抗低，易造成主振級頻次不穩(wěn)和產(chǎn)生寄生調(diào)頻?，F(xiàn)代的高頻信號發(fā)生器構(gòu)成框圖以下列圖。（1）主振級作用：產(chǎn)生擁有必定頻次調(diào)理范圍的高頻正弦波信號。發(fā)生器的頻次特征由主振級決定。電路構(gòu)成：電感反應(yīng)或變壓器反應(yīng)的單管振蕩電路或雙管推挽振蕩電路（保證較高的頻次穩(wěn)固度）。（2）放大及調(diào)制器作用：放大主振級輸出的高頻信號，在輸出級間起隔絕作用（所以也叫緩沖放大器）以提升振蕩頻次的穩(wěn)固性；調(diào)幅信號的調(diào)幅器，使高頻信號發(fā)生器能輸出調(diào)頻信號。（3）調(diào)制信號發(fā)生器內(nèi)調(diào)制信號：由簡單的LC振蕩器或RC振蕩器產(chǎn)生，頻次一般為400Hz和1000Hz兩種。外調(diào)制信號：經(jīng)過面板接線柱輸入。（4）輸出級電路作用：放大、衰減及調(diào)制輸出信號，使輸出電平有足夠的調(diào)理范圍；濾出不需要的頻次重量；保證輸出端有固定的輸出阻抗（50）。構(gòu)成：放大器、濾波器和粗、細衰減器等。要求：輸出電平既能步級衰減，又能連續(xù)調(diào)理。（5）可變電抗器可變電抗器與主振級的諧振電路耦合，使主振級產(chǎn)生調(diào)頻信號。采納變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。3．XFG-7型高頻信號發(fā)生器XFG-7（舊型號×C-2）型是一種應(yīng)用比較廣的高頻信號發(fā)生器，一般作為接受調(diào)整與測試及高頻信號源使用。主要技術(shù)指標（見書）。4．QF1050型標準信號發(fā)生器QF1050型主要技術(shù)性能（見書）。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1．高頻信號發(fā)生器：主要用來向各樣高頻電子設(shè)施和電路供給高頻信號能量或高頻標準信號，以便測試其電器性能。2．高頻信號發(fā)生器構(gòu)成：主振級、調(diào)制級、內(nèi)調(diào)制振蕩器、輸出級、調(diào)制度指標、輸出載波電壓指示等構(gòu)成。部署作業(yè)習(xí)題課題正弦信號源（四）教課目的知識與能力：1．掌握合成信號發(fā)生器定義、長處、核心、合成方法。2．掌握鎖相環(huán)的構(gòu)成及電路形式。過程與方法：經(jīng)過察看和解說，掌握合成信號發(fā)生器感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點合成信號發(fā)生器定義、長處、核心、合成方法教課難點鎖相環(huán)的構(gòu)成及電路形式新講課正弦信號源合成信號發(fā)生器定義：用頻次合成器取代信號發(fā)生器的主振器。長處：有優(yōu)秀的輸出特征和調(diào)制特征；擁有頻次合成器的高穩(wěn)固度、高分辨力，同時輸出信號的頻次、電平、調(diào)制深度等均可程控。核心：頻次合成器：把一個（或少量幾個）高穩(wěn)固度頻次源fs經(jīng)過加、減、乘、除及組合運算，產(chǎn)生在必定頻次范圍內(nèi)擁有必定頻次間隔的一系列失散頻次。頻次合成方法：直接合成法和間接合成法直接合成法：變換速度快，頻譜純度高，但需要眾多的混頻器、分頻器和濾波器，因此顯得粗笨。間接合成法（又稱鎖相合成法）：經(jīng)過鎖相環(huán)來達成頻次加、減、乘、除及其組合運算，產(chǎn)生在必定頻次范圍內(nèi)擁有濾波作用，其通帶能夠做得很窄，而且中心頻次易調(diào)，又能自動追蹤輸入頻次，有益于簡化構(gòu)造、降低成本，便于集成。鎖相：自動實現(xiàn)相位同步。鎖相環(huán)：能達成兩個電信號相位同步的自動控制系統(tǒng)?；炬i相環(huán)構(gòu)成：由鑒相器（PD）、低通濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）。以下圖。鑒相器：相位比較裝置，它將輸入信號ui(t)和輸出信號uo(t)的相位進行比較，其輸出是與兩信號的相位差成正比率的偏差電壓u(t)。低通濾波器：濾出偏差電壓u(t)中的高頻重量和噪聲。壓控振蕩器：接受濾波器輸出電壓uf(t)的控制，使其振蕩器頻次向輸入信號頻次湊近，直至鎖定。環(huán)路鎖定后，VCO的振蕩頻次等于輸入信號頻次，VCO的相位與輸入信號相位同樣或相差某一個常數(shù)。所以，當環(huán)路鎖準時，鑒相器PD的輸出電壓是一個直流電壓。頻次合成器種類：倍頻器鎖相環(huán)、分頻式鎖相環(huán)、混頻式鎖相環(huán)和組合式鎖相環(huán)，分別以下圖。圖（d）能在71~MHz的頻次范圍內(nèi)產(chǎn)生300個輸出頻次，最小間隔為100kHz。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1．合成信號發(fā)生器定義：用頻次合成器取代信號發(fā)生器的主振器。長處：有優(yōu)秀的輸出特征和調(diào)制特征；擁有頻次合成的高穩(wěn)固度、高分辨力，同時輸出信號的頻次、電平、調(diào)制深度等均可程控。核心：頻次合成器：把一個（或少量幾個）高穩(wěn)固度頻次源fs經(jīng)過加、減、乘、除及組合運算，產(chǎn)生在必定頻次范圍內(nèi)擁有必定頻次間隔的一系列失散頻次。頻次合成方法：直接合成法和間接合成法2．頻次合成器種類：倍頻器鎖相環(huán)、分頻式鎖相環(huán)、混頻式鎖相環(huán)和組合式鎖相環(huán)。部署作業(yè)習(xí)題課題正弦信號源（五）教課目的知識與能力：認識PQ12型頻次合成器的構(gòu)成原理過程與方法：經(jīng)過察看和解說，認識PQ12型頻次合成器的構(gòu)成原理感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點PQ12型頻次合成器的構(gòu)成原理教課難點PQ12型頻次合成器的構(gòu)成原理新講課下邊介紹PQ12型頻次合成器。（1）主要技術(shù)指標（見書）（2）構(gòu)成原理PO12型頻次合成器的構(gòu)成原理以下圖。由圖能夠看出，它是由基準頻次發(fā)生器、內(nèi)插振蕩器（頻次20~21MHz）、七級十進鎖相合成單元（末一級十進合成單元少一個固定的十進分頻電路）、倍頻器、輸出混頻器、輸出放大器和輸出衰減器等構(gòu)成。單元①：由石英晶體振蕩器產(chǎn)生5MHz頻次信號，經(jīng)倍頻或分頻后分別輸出100kHz、2MHz、15MHz、100MHz的基準頻次。單元②：由六個同樣的合成單元相串連，達成“×10Hz”、“×Hz”、“×1kHz”、“×10kHz”、“×100kHz”、“×1MHz”位的頻次合成。每一個合成單元的構(gòu)成都同樣。單元③：達成“×10MHz”位的頻次合成。單元④：一個10倍頻鎖相環(huán)。將前一單元送來的20~21MHz頻次倍乘到200~210MHz。單元⑤：一個10倍頻電路。將前一單元送來的頻次信號倍增至~信號。

200~210MHz單元⑥：將單元①送來的

100MHz基準頻次信號經(jīng)過倍頻器倍頻后在由帶通濾波器選用、、、、GHz的五個頻次的信號。單元⑦：該單元內(nèi)部由微波混頻、寬帶放大和衰減器三部分組成。來自單元⑤的~信號分別與單元⑥的、、、、GHz的信號在混頻器中混頻，取其差頻重量，經(jīng)低通濾波器輸出500MHz以下的合成頻率信號。此信號經(jīng)寬帶放大器和自動增益電路，保證獲取平展的輸出頻次響應(yīng)。衰減器可在70dB范圍內(nèi)改變輸出電平。單元⑧：一個可連續(xù)變化的內(nèi)插振蕩器。既可連續(xù)改變頻次，又可作掃頻之用。它可在100MHz位以下隨意插入。練習(xí)習(xí)題小結(jié)基本鎖相環(huán)的構(gòu)成：鑒相器（PD）、低通濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）構(gòu)成。部署作業(yè)習(xí)題課題函數(shù)發(fā)生器（一）教課目的知識與能力：理解函數(shù)發(fā)生器定義，構(gòu)成方案。過程與方法：經(jīng)過察看和解說，理解函數(shù)發(fā)生器定義，構(gòu)成方案。感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點理解函數(shù)發(fā)生器定義，構(gòu)成方案。教課難點理解函數(shù)發(fā)生器定義，構(gòu)成方案。新講課函數(shù)發(fā)生器概括函數(shù)發(fā)生器：輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形的信號源。有的擁有調(diào)制功能，進行調(diào)幅、調(diào)相、脈沖調(diào)制和VCO控制。寬的頻次范圍（從幾赫到幾十兆赫）。函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成方案產(chǎn)生信號的方法：（1）（施密特電路）方波三角波和正弦波。（2）正弦波方波和三角波。（3）三角波方波和正弦波。1．由方波產(chǎn)生三角波、正弦波的方案下列圖所示為函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成方案之一。工作過程：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生方波信號；用積分器將方波信號變?yōu)槿遣ㄐ盘枺挥煤瘮?shù)變換網(wǎng)絡(luò)（如二極管整形網(wǎng)絡(luò)）將三角波信號變換成正弦波信號；各樣信號經(jīng)過各自獨立的輸出電路同時輸出，或經(jīng)過同一的輸出電路，用開關(guān)變換。（1）方波—三角波變換原理函數(shù)發(fā)生器中常用的方波—三角波變換原理以下圖（由積分器和比較器實現(xiàn)）。工作原理：u1>0u2線性降落降落到等于參照電平Er2，電壓比較器使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，u1<0，u2將線性上漲上漲到等于參照電平Er1，電壓比較器1使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又返回本來狀態(tài)，達成一個循環(huán)周期。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端：方波信號；積分器輸出端：三角波信號。其振蕩波形如圖（b）。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1．函數(shù)發(fā)生器：一種能夠輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形的信號源。有的函數(shù)發(fā)生器還擁有調(diào)制功能，能夠進行調(diào)幅、調(diào)相、脈沖調(diào)制和VCO控制。2．產(chǎn)生信號的方法：（1）用施密特電路產(chǎn)生方波，而后經(jīng)變換獲取三角波和正弦波。（2）先產(chǎn)生正弦波再獲取方波和三角波。（3）先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。部署作業(yè)習(xí)題課題函數(shù)發(fā)生器（二）教課目的知識與能力：掌握函數(shù)方生器構(gòu)成方案，波形變換原理過程與方法：經(jīng)過察看和解說，函數(shù)方生器構(gòu)成方案，波形變換原理感情、態(tài)度與價值觀：培育學(xué)生的謹慎的科學(xué)態(tài)度教課要點函數(shù)方生器構(gòu)成方案，波形變換原理教課難點函數(shù)方生器構(gòu)成方案，波形變換原理新講課（2）三角波—正弦波變換原理實現(xiàn)：函數(shù)變換網(wǎng)絡(luò)（利用分段迫近法實現(xiàn)波形變換）所示。

，以下列圖此中（a）是輸入—輸出特征曲線；（b）輸入信號；（c）輸出信號。折線的段數(shù)越多，電路的輸出波形越湊近正弦波。下列圖為實質(zhì)的正弦波形成網(wǎng)絡(luò)。電路頂用二極管的通斷達成轉(zhuǎn)折，直流穩(wěn)壓電壓和電阻供給適合的偏壓用以控制轉(zhuǎn)折點的地點。一對二極管可獲取6段折線，由這類正弦波形成網(wǎng)絡(luò)所獲取的正弦信號失真小，用5對二極管時可小于1，用6對時，可小于