电子测量技术教案《3》.ppt

1 2 1正弦信号发生器的主要技术特性 2 2低频信号发生器 2 3高频信号发生器 2 4实训 章节目录 2 第2章信号源 本章要点正弦信号发生器的频率特性 输出特性和调制特性低频信号发生器的基本组成 原理框图及其应用高频信号发生器的基本组成 原理框图及其应用 3 2 1正弦信号发生器的主要技术特性 2 1 1频率特性 频率特性包括有效频率范围 频率准确度和频率稳定度 1 有效频率范围各项指标均能得到保证的输出频率范围称为信号发生器的有效频率范围 2 频率准确度频率的实际值对其标称值 刻度或标度 的相对偏差 4 3 频率稳定度在一定时间间隔内 频率源的频率准确度的变化 它表征频率源维持工作于恒定频率的能力 有长期 短期 瞬间频率稳定度之分 5 2 1 2输出特性 输出特性包括输出阻抗 输出电平 平坦度和谐波失真 1 输出阻抗低频信号发生器中一般有50 600 5k 等各种不同输出阻抗 高频信号发生器一般只有50 或75 一种输出阻抗 2 输出电平信号发生器所能提供的最大和最小输出电平调节范围 正弦信号发生器输出信号幅度采用正弦有效值 如V mV V 度量或用绝对电平 dB 度量 6 3 输出失真度标准信号发生器输出失真度在0 1 0 5 普通信号发生器输出失真度在1 5 7 2 1 3调制特性 1 对于调幅的要求包括调幅特性 调幅系数可调范围及稳定度 寄生频偏及外调制时调制频率范围 输入阻抗及要求的调制电压等 2 对于调频的要求包括调频特性 频偏范围及稳定度 寄生调幅及外调制时调制频率范围 输入阻抗及要求的调制电压等 8 高频信号发生器中 调幅的固定调制频率一般为400Hz 或1000Hz 一般信号发生器调幅系数为0 80 一般要求调制线性度在1 5 的范围内 9 2 2低频信号发生器 2 2 1基本组成和原理框图 1 低频信号发生器的基本组成低频信号发生器主要由主振级 缓冲放大器 衰减器 功率放大器 阻抗变换器 指示电压表及稳压电源等电路组成 10 2 低频信号发生器的原理框图 图2 1低频信号发生器的原理框图 11 1 主振级主振级是低频信号发生器的最重要的电路 通常有差频式的频率形成电路和RC文氏电桥正弦振荡电路 差频式低频信号形成电路的工作原理如图2 2 其中一个振荡器产生固定频率的高频振荡信号f1 另一个振荡器产生可变频率的高频振荡信号f2 将频率为f1和f2的高频振荡信号同时送入混频器 混频后的信号有f1 f2 f1 f2 f1 f2 等等 可用低通滤波器滤掉其他频率的信号 最后得到差频信号F f1 f2 12 图2 2差频式的频率形成电路 13 RC振荡电路形成低频信号的工作原理 图2 3RC文氏电桥振荡电路 图2 4RC串并联选频网络 14 当 0 幅频特性的幅值为最大 即 Fmax 1 3 而相频特性的相角为零 即 F 0 要满足自激振荡的条件 放大器应满足 A F 2n 相位平衡条件 即放大器的相移 A 0或2 振幅的平衡条件是AF 1 当 0时 F 1 3 放大器的放大倍数A 3 起振时 A必须大于3 热敏电阻Rf 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 来改变振荡输出频率 转换波段是同时改变正反馈臂上的串并联电阻R来实现 15 2 缓冲放大级作用 为了隔离后级对主振级的影响 使主振级工作正常 起到稳定频率 并兼有电压放大的作用 减轻后级功放的负担 3 衰减器作用 为了适应测试设备的要求 改变输出电压或输出功率大小 衰减器有连续调节和步进衰减 16 4 功率放大器作用 为负载提供所需要的功率 为了充分利用晶体管 其工作电流 电压都接近极限值 所以对功率放大器而言 既要满足输出功率的要求 又要避免晶体管过热 而且非线性失真也要小 功率放大器通常有功放保护电路 17 5 阻抗变换器一般输出阻抗可进行8 10 60 600 和5k 的切换 6 指示电压表组成 分压器 限幅器 射极跟随器 检波器 表头校正电路 指示器用磁电式电流表指示 电压数值与指针的偏转角度成正比 在刻度盘上可直接读数 18 图2 5指示电压表 19 如图2 5所示 内测 开关可置于 内测 1或2位置 此时测量的为信号发生器输出电压有效值 外测 开关置于 外测 电压表就可对一般外部电压有效值进行测量 7 稳压电源为各部分电路提供正常工作所需的稳定直流电压 20 2 2 2低频信号发生器简介 1 XD1低频信号发生器能产生1Hz 1MHz非线性失真很小的正弦信号 具有电压输出和功率输出 其最大输出功率为5W左右 功率输出可配接50 75 150 600 5k 等五种负载 电压输出和功率输出的最大衰减量均能达到90dB 附有满量程为5V 15V 50V 150V的电压表 供本机测量和外部测量使用 21 1 主要拄术指标频率范围从1Hz 1MHz共分六个频段频率基本误差1Hz 100kHz 1 f 0 3 Hz 100kHz 1MHz 1 5 kHz 频率特性 ldB 在1Hz 1MHz电压输出 2dB 在10Hz 200kHz功率输出 3dB 在200kHz 700kHz功率输出 22 非线性失真频率在20Hz 20kHz范围内 电压输出 0 1 在 功率输出 0 5 频率漂移 预热30分钟以后 0 1 0 4 输出幅度电压输出 1Hz 100kHz 5V 功率输出 10Hz 700kHz 50 75 150 600 10Hz 200KHz 5K 最大不失真输出 4W 23 功率输出 10Hz 700kHz 50 75 150 600 10Hz 200KHz 5K 最大不失真输出 4W 衰减器电压输出 1Hz 1MHz衰减不超过80dB 1 5dB 衰减到90dB 3dB 功率输出 10Hz 100kHz衰减不超过80dB 2dB 衰减到90dB 3dB 100kHz 700kHz衰减不超过80dB 3dB 衰减到90dB 5dB 交流电压表量程 5V 15V 50V 150V四档 误差 2Hz 1MHz 5 输入电阻 100k 输入电容 50pF 24 2 XD1低频信号发生器的使用1 电源插头的地线脚应与大地接好 避免机壳带电 使用220V 50Hz交流电源 2 将衰减置于0dB 负载置于600 电压表拨向内测后再开机 3 通电前 应将输出细调电位器旋至最小 开机过载指示灯熄灭后 再逐渐加大电位器使电压表指示到4V 预热30min后再使用 4 根据所需要的频率 可按下相应的频段按键 然后再用按键开关上方的三个频率旋钮 细调到所需频率 25 5 电压输出和功率输出共用一个输出衰减旋钮 做每步10dB的衰减 使用时应该注意在同一衰减位置上 电压与功率的衰减分贝数是不相同的 面板上用不同颜色区别 输出细调是由同一电位器连续调节的 这两个旋钮配合适当 便可在输出端得到所需要的电压 6 电压级最大可输出5V 其输出阻抗随着输出衰减的分贝数变化而变化 电压输出的负载不可太小 这样可输出较准确的 失真小波形 7 使用功率级时应将 功率开关Ks 按下 接通功率级的输入信号 26 若负载在五种负载值外 一般也应使实际使用的负载值大于所选用的数值 否则失真将增大 当负载接高阻抗时 应将内负载按键按下接通 否则在功率级工作频段的两端 输出幅度会下降 当功率输出衰减在0dB时 输出阻抗将小于旋钮所指示的阻抗值 但是衰减10dB以后 则内阻与旋钮指示阻抗相符 8 保护电路 开机 灯 亮 灭 功率级进入工作状态 当输出过大或负载太小时 灯 亮 表示过载 应减轻负载或减小输出 不使用功率级时 应把 功率开关 键抬起 以免保护电路工作影响电压输出 27 9 指示电压表用来测量外来信号时 开关拨至 外测 用来测量内部信号电压时 开关拨至 内测 28 2 2 3低频信号发生器的应用 1 用低频信号发生器作为信号源测量放大器的幅频特性 图2 6放大器与测试仪器的连接方框图 29 2 测试步骤1 信号源电压VS 10mV f 1kHz 接入RL 若V0波形失真应酌减VS值 例如 8mV RS为1k 监测V0的示波器 其 Y轴增幅 旋钮应选置于使V0在显示屏上尽量大的整数分度位置上 以便于阅读 例如 中频时V0输出振幅为2V 占据显示屏刻度为十个分度 当频率上升 或下降 致使V0下降时 则可方便读出此较低的不同数值 30 2 固定 Y轴增幅 旋钮的位置不再动 并保持信号源电压VS不变 将VS的工作频率从低到高频渐渐变化 分别记住在何频率附近 V0的幅值有明显变化 相对于中频1kHz时的V0 在高频端与低频端V0值的下降区域 即属于上限频fH和下限频fL的所在区域 3 将各频率点测得的V0值与VS值相比 即得出各该频率下的源电压增益 AVS 4 以频率为横轴 源电压增益AVS为纵轴 将上述所得各频率点对应的AVS值作曲线 即为幅频特性曲线 如图2 7所示 31 图2 7放大器的幅频特性 32 2 3高频信号发生器 2 3 1基本组成和原理框图 1 高频信号发生器的基本组成 高频信号发生器是由主振级 调制级 输出级 衰减级 内调制振荡级 检测级和电源等组成 33 1 主振级通常采用连续可调的LC振荡器 振荡器由以下三部分组成 具有选频特性的储能元件 控制能量补充的反馈控制电路 用于补充能量的直流电源和有源器件 振荡器的结构按有源器件分为两种 1 四端网络式振荡器有源器件常用晶体三极管 场效应管 为了建立正反馈 必须有反馈电路 振荡频率低于1GHz 34 2 二端网络振荡器有源器件常用单结晶体管 隧道二极管 为了补充能量 有源器件必须工作在负阻区 振荡频率高于1GHz 为了展宽信号发生器的频率范围 获得较高的频率稳定度和准确度 在主振级后可加入倍频器 分频器 混频器等电路 35 2 电调电抗级电调电抗级是在产生调频信号时需要加入与主振级振荡回路相耦合的电路 用来控制谐振回路电抗的变化来获得调频信号 3 缓冲放大级如果在调制级与主振级之间未加入缓冲放大级 就会由于调制级的输入阻抗低 且在调制过程中是变化的 使得振荡级受牵引 影响其频率稳定度和产生寄生调频 缓冲放大级一般是射极跟随器 它隔离主振级和调制级 稳定主振频率 消除寄生调频 还起放大电压的作用 36 4 调制级作用 调制级主要用来完成调幅 高频信号发生器通常用平衡调幅器或二极管环型调制器来实现调幅 调频有直接调频法和间接调频法 直接调频法是直接用调制信号控制高频振荡回路的某个电抗元件 如变容二极管 使振荡频率随调制信号的振幅线性变化 间接调频法是利用调频和调相的相互关系 通过调相来实现调频 直接调频法得到的频偏较大 间接调频法频率稳定度较高 但是直接调频法多用于信号发生器 37 5 内调制振荡级用于产生调制信号 一般有400Hz和1kHz两种 S开关置于AM完成调幅 置于FM完成调频 置于空挡输出等幅高频正弦波 6 输出级主要由放大器 滤波器 连续可调的衰减器 步进衰减器等组成 对输出级的主要要求是 输出电平调节范围宽 能准确读出衰减量 良好的频率特性 输出端有固定而准确的内阻 常用50 75 60 为优选值 7 监测级用来监测载波调节和调幅度的调节 38 图2 9高频信号发生器的输出电路 39 2 3 2高频信号发生器简介 XFC 6型标准信号发生器能产生4 300MHz的高频信号 并可进行调幅 调频以及调幅调频双重调制 适用于相应频率范围的接收设备的校准与测试等 EE1051高频信号发生器 频率覆盖100KHz 150MHz 电平连续可调 并具有调频 调幅功能 输出频率采用四位数显示方式 频率显示精度较高 输出电平采用ALC稳幅方式 输出稳定便于使用 40 XFC 6标准信号发生器主要拄术性能 1 频率范围4 300MHz 分八个波段 连续可调 频率刻度误差 土l 2 频率稳定度在电源电压为220V及环境温度为20 不变的情况下 仪器经1h预热后 每分钟内的频率变化不大于 2 10000 3 载波输出XFC 6输出为0 1 V 50mV输出阻抗为75 4 输出电压误差输出电压为最大值时 频率响应不超过 1 5dB 电压衰减器的误差不超过 2dB 0 1 V 载波输出时高频电压的非线性失真 15 载波输出时的寄生频偏不大于400Hz 仪器泄漏不大于1 V 41 XFC 6标准信号发生器使用方法 1 各旋钮 开关的功能与作用 调制 旋钮 用来调节频偏或调幅度达到所需值 调制指示系数 开关 分两档 用来选择调制指示表的两个量程 在 0 1 位时 调制指示表的刻度对应于调幅度0 8 和频偏0 10kHz 在 1 位置时 表的刻度对应于调幅度0 80 和频偏0 100kHz 外调频输入 由此接线柱输入外调频调制信号 外调幅输入 由此接线柱输入外调幅调制信号 工作状态 选择开关 选择等幅和调制九种工作状态 42 调制选择 开关 该开关为 调制指示 表的选择开关 置左边 电表指示 调幅 置右边 电表指示 调频 载频电压调整 旋钮 调整该旋钮 以便使高频电压表指到 1 波段选择 开关 用来转换工作波段 共八档 衰减粗调 开关 为输出电压的步级衰减开关 从0 1 104共六档 衰减细调 旋钮 使输出电压连续可变 频率度盘的微调装置 旋钮 细调频率 旋钮上有刻度 可作为频率微调的指示 频率度盘 用来指示信号频率 载频 位于度盘中心的旋钮可用来粗调频率 43 2 操作方法通电前的准备 仪器通电前 首先检查调制指示和高频电压表的机械零点 其表针应指到 零 否则旋转电表壳上的开槽螺钉使指针到 零 位 载波电压调整 接通电源 预热半小时以上 工作状态 开关置 4 载波位置 旋转 载波电压调整 旋钮 使高频电压表针指到 1 标记 频率调节 调整 波段选择 开关 频率度盘中心旋钮和频率度盘的微调装置 达到所需频率 输出电压调节 调整 衰减粗调 开关和 衰减细调 旋钮到所需位置 上述两者的乘积就是以微伏为单位的输出电压值 44 调制形式的选择 按需要转换 工作状态 开关到所需位置 将 调制指示选择 开关和 调制指示系数 开关置相应位置上 调节 调制调整 旋钮达到所需的调幅度或频偏值 其值等于调制指示电表的读数值与调制指示系数的乘积 45 EE1051高频信号发生器技术参数 1 信号频率 频率范围 100kHz 150MHz 分六个频段 45页 46 2 信号幅度不小于60mV有效值 有高低电平控制 并可连续可调 3 调制 调频 调幅 内调制 1kHz 外调制 50Hz 20kHz 4 音频信号工作频率 1kHz 20 失真度 3 输出幅度 不小于1 5V有效值 5 电源与功耗电源电压 220V 10 电源频率 50Hz 5 功率 不大于10VA 47 EE1051高频信号发生器的使用方法 1 开机检查开机电源电压为AC220V 2 面板操作电源开关 当按下前面板电源开关时 仪器开始工作 显示 输出信号的频率由四位数码管显示 显示单位 kHz MHz自动切换 前面板 射频输出 插座为输出信号端口 音频输出 输入 插座为音频信号的输入 输出端口 48 频率调节 频率100kHz 150MHz分6档 见表2 1 频率微调旋钮可在所选的频段内对输出信号频率连续调节 幅度调节粗调按钮可调整输出信号的电平高低 按键按下时为高电平输出 按键弹出时为低电平输出 在频率 32MHz时 约有20dB的衰减量 微调旋钮可在一定范围内调节输出信号幅度大小 调制控制调制控制包括调频 调幅按键 调制波 连续波按钮 内调制 外调制按键 带宽调节旋钮 调制波 连续波按键可打开或关闭调制功能 49 当按键弹出时为外部调制 调制信号从前面板 音频输出 输入 端口输入 当按下按键时为内部1kHz调制 同时1kHz音频信号可从前面 音频输出 输入 端口输出 内调制 外调制按键可对音频调制信号进行选择 按键按下时输出调幅信号 按键弹出时为调频信号 调频频偏可以通过带宽调节旋钮进行调整 调频 调幅按键可控制调制方式 50 1 用XFC 6标准信号发生器作为信号源测量电视机的伴音鉴频灵敏度 2 3 3高频信号发生器的应用 图2 10电路与测试仪器的连接方框图 51 1 将XFC 6的 工作状态 开关置于 5 档 1kHz内调频 频偏调到 50kHz 2 衰减粗调 置于 103 位置 衰减细调 置 1 使其输出1mV的调频信号 并通过隔直电容接入预视放级 3 用毫伏表和示波器接鉴频器的输出端 可以测量出输出音频信号电压应不小于50mV 同时示波器显示的波形应没有失真 52 3 用EE1051高频信号发生器作为信号源 调整收音机的中频 连接框图如图2 11 53 图2 11调整收音机中频连接框图 54 1 调整方法1 将被调整收音机的双联电容器全部旋进 并将振荡电路中的电感初级短路 使之停止振荡 再将音量电位器置音量最大位置 2 将调制波 连续波按键按下 打开调制功能 3 将内调制 外调制按键按下 使之置于1kHz内调制 4 将调频 调幅按键按下 使之输出调幅信号 5 将EE1051高频信号发生器的频率范围调在II档 再调频率微调使输出频率在465kHz上 6 将幅度调节的粗调按钮按下 在旋转微调旋钮输出适当的电压 55 7 用无感起子依次由后向前反复旋动中频变压器的磁帽 使被调收音机的输出信号达到最大为止 在调整过程中 输出信号会逐渐增大 这时应不断减小EE1051的输出幅度 并可适当调节被调收音机的音量控制电位器 使收音机的输出在300mV内 8 最后将EE1051高频信号发生器的频率偏调 10kHz 看收音机的输出电压是否基本对称 如果不对称的情况比较严重 则应重新调整 56 1 用高频信号发生器调试收音机 1 实训目的 了解收音机的整机结构及工作原理 熟悉信号发生器的面板结构及使用方法 2 4实训 57 2 实训仪器设备 高频信号发生器1台 组 示波器1台 组 毫伏表1台 组 收音机1台 组 环型天线1付 组 同轴电缆1根 组 58 3 调试连接图 图2 12收音机调试连接图 59 4 调试项目调整收音机的频率范围 调整收音机的中频频率 5 实训报告内容用高频信号发生器调整收音机 2 5习题