电子测量技术基础-第3章-1

E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础电子测量技术基础第三章1E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础上节回顾•系统误差分析系统误差的特性，系统误差的判断方法(理论分析法、校准和比对法、改变测量条件法、剩余误差观察法、公式判断法)，消除系统误差产生的根源，消除系统误差的测量技术(零示法、替代法、补偿法、对照法、微差法、交叉读数法)，消除或消弱系统误差的其他方法•系统误差的合成误差的综合；常用函数的合成误差(和差函数、乘积函数、商函数、幂函数的合成误差)；系统的不确定度•测量数据的处理有效数字的处理(有效数字，舍入规则，有效数字的运算规则)；等精度测量结果的处理2E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器3E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4韩素信号发生器4E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势5E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势6E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述•3.1.1信号发生器的用途–信号源的用途主要有以下三方面：•激励源•信号仿真•标准信号源7信号源是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则波形的信号发生器图3.1信号源的功用输入激励信号发生器被测设备测试仪器输出响应E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势8E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述•3.1.2信号发生器的分类–l.按频率范围分类•按照输出信号的频率范围，有表3.1-1所示的划分：9名称频率范围主要应用领域超低频信号发生器低频信号发生器视频信号发生器高频信号发生器甚高频信号发生器超高频信号发生器30kHz以下30kHz～300kHz300kHz～6MHz6MHz～30MHz30MHz～300MHz300MHz～3000MHz电声学、声纳电报通讯无线电广播广播、电报电视、调频广播、导航雷达、导航、气象E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•3.1.2信号发生器的分类(续)–2.按输出波形分类•正弦波形发生器；•非正弦波形发生器–脉冲信号发生器；–函数信号发生器；–噪声信号发生器;–扫频信号发生器;–图形信号发生器10E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•3.1.2信号发生器的分类(续)–3.按信号发生器的性能分类•一般信号发生器指对其输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类发生器；•标准信号发生器指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器11E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•3.1.2信号发生器的分类(续)–4.其他分类方式•按照使用范围：通用和专用信号发生器(例如电声行业中使用的立体声和调频立体声信号发生器就属于专用信号发生器)；•按照调节方式：普通信号发生器、扫频信号发生器和程控信号发生器；•按照频率产生方法：谐振信号发生器、锁相信号发生器及合成信号发生器等。–随着电子技术水平的不断发展，信号发生器的功能越来越齐全，性能越来越优良，同一台信号发生器往往具有相当宽的频率复盖，又具有输出多种波形信号的功能。(例如：德国哈迈的HM8134-2)12E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势13E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述•3.1.3信号发生器的基本构成14图3.1-3信号发生器原理框图E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•3.1.3信号发生器的基本构成(续)•振荡器：产生不同频率、不同波形的信号。产生不同频段、不同波形信号的振荡器原理、结构差别很大。•变换器：可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形器•输出级：其基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。15图3.1-3信号发生器原理框图E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•3.1.3信号发生器的基本构成(续)•指示器：指示器用来监视输出信号，可以是电子电压表、功率计、频率计和调制度表等，有些脉冲信号发生器还附带有简易示波器。使用时可通过指示器来调整输出信号的频率、幅度及其他特性。•电源：提供信号发生器各部分的工作电源电压。通常是将50Hz交流市电整流成直流并有良好的稳压措施。16图3.1-3信号发生器原理框图E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述信号发生器的用途信号发生器的分类信号发生器的基本构成信号发生器的发展趋势17E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.1信号发生器概述•3.1.4信号发生器的发展趋势–随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器除带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外，还带有IEEE-488或RS232总线，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便地构成自动测试系统。–当前信号发生器总的趋势是向着宽频率复盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。18E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第3章信号发生器3.1信号发生器概述3.2正弦信号发生器的性能指标3.3低频信号发生器3.4函数信号发生器19E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标频率范围频率准确度频率稳定度由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量非线性失真系数(失真度)输出阻抗输出电平调制特性20E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标•正弦信号发生器最普通、应用最广泛的原因：–正弦信号容易产生–容易描述又是应用最广的载波信号–任何线性双口网络的特性，都可以用它对正弦信号的响应采表征•被测器件、设备各项性能参数的测量质量将直接依赖于信号发生器的性能•通常用频率特性、输出特性和调制特性(俗称三大指标)来评价正弦信号发生器的性能。21E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标•3.2.1频率特性–1.频率范围–指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率复盖，在此范围内应满足全部误差要求。•例1：国产XDl型信号发生器的输出信号频率范围为1Hz～1MHz，分六档即六个频段，为了保证有效频率范围连续，两相邻频段间有相互衔接的公共部分即频段重迭。•例2：美国HP公司HP-8660C型频率合成器产生的正弦信号的频率范围为主0kHz～2600MHz，可提供间隔为1Hz总共近26亿个分立频率。22E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标–2频率准确度–频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示)数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示式中f0为度盘或数字显示数值，f1是输出正弦信号频率的实际值。–频率准确度实际上是输出信号频率的工作误差•用度盘读数的信号发生器频率准确度约为±(1％～10％)•精密低频信号发生器频率准确度可达±0.5％•频率合成技术带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有基准频率(晶振)的准确度，若机内采用高稳定度晶体振荡器，输出频率的准确度可达到l0-8～10-1023%100110fffE-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标–3频率稳定度–频率稳定度指标要求与频率准确度相关。•频率稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。频率短期稳定度：频率长期稳定度24%1000minmaxfffyHzx610预调频率的E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标–4由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量–1).温度引起的变动量•环境温度每变化工℃所产生的相对频率变化，表示为：预调频率的x.10-6℃，即•式中△t为温度变化值，f0为预调值，f1为温度改变后的频率值.25Ctfff/1010)(60601E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础–2).电源引起的频率变动量•供电电源变化±10％所产生的相对频率变化，表示为：x.10-6，即–3).负载变化引起的频率变动量•负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频率变化，表示为：x.10-6，即式中f1为空载时的输出频率，f2为额定负载时的输出频率。26606011010)(fff616121010)(fffE-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标•3.2.2输出特性–1.输出阻抗–信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。•低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω(或1kΩ);•功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等档;•高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω档。当使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。27E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标–2.输出电平–输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率及其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。输出幅度可用电压(V，mV，μV)或分贝表示。•例如XD-1低频信号发生器的最大电压输出为lHz～1MHz，5V，最大功率输出为10Hz～700kHz(50Ω、75Ω、150Ω、600Ω)，4W。28E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3.2正弦信号发生器的性能指标–3.非线性失真系数(失真度)–人们通常用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数表示•式中U1为输出信号基波有效值，为各次谐波有效值。由于等较U1小得多，为了测量上的方便，也用下面公式定义y：29%100122322UUUUnnUUU、、、32nUUU、、、32%1002222122322nnUUUUUUE-mail:narydh@yahoo