電子測量儀器及應(yīng)用 課件 任務(wù)二 信號發(fā)生器

《電子測量儀器及應(yīng)用》

電子教案“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材任務(wù)二信號發(fā)生器信號發(fā)生器的概述信號發(fā)生器的使用信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)與原理

信號發(fā)生器概述信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器，是一種精密的測試儀器。信號發(fā)生器因具有連續(xù)信號、掃頻信號、函數(shù)信號、脈沖信號等多種輸出信號，并具有多種調(diào)制方式以及外部測頻功能，是電子工程師、電子實驗室、生產(chǎn)線及教學(xué)、科研需配備的理想設(shè)備。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。模常見的信號發(fā)生器有：低頻信號發(fā)生器：包括音頻（200～20000赫）和視頻（1赫～10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。(a)(b)圖3-1指針式交流毫伏表圖2-1低頻信號發(fā)生器高頻信號發(fā)生器：頻率為100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號發(fā)生器。一般采用LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測量各種接收機的技術(shù)指標(biāo)。圖2-2高頻信號發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器：又稱波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號。圖2-3函數(shù)信號發(fā)生器信號發(fā)生器的使用一、跟我練一練1、信號發(fā)生器面板功能按鈕的使用（1）面板功能按鈕的作用信號發(fā)生器型號、種類很多，但使用方法大同小異，下面以EE1641C式函數(shù)信號發(fā)生器為例學(xué)習(xí)信號發(fā)生器的使用。EE1641C函數(shù)信號發(fā)生器的前面板圖圖2-5EE1641C函數(shù)信號發(fā)生器的前面板圖1.前面板各部分的名稱和作用（1）頻率顯示窗口：顯示輸出信號的頻率或外測頻信號的頻率。（2）幅度顯示窗口：顯示函數(shù)輸出信號的幅度。（3）頻率微調(diào)電位器：調(diào)節(jié)此旋鈕可改變輸出頻率的1個頻程。（4）輸出波形占空比調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)此旋鈕可改變輸出信號的對稱性。當(dāng)電位器處在中心位置時，則輸出對稱信號。（5）函數(shù)信號輸出信號直流電平調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)范圍：–10V～+10V（空載），-5V～+5V（50Ω負(fù)載）當(dāng)電位器處在中心位置時，則為0電平。（6）函數(shù)信號輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)范圍20dB（7）掃描寬度/調(diào)制度調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)此電位器可調(diào)節(jié)掃頻輸出的頻率寬度。在外測頻時，逆時針旋到底（綠燈亮），為外輸入測量信號經(jīng)過低通開關(guān)進入測量系統(tǒng)。在調(diào)頻時調(diào)節(jié)此電位器可調(diào)節(jié)頻偏范圍，調(diào)幅時調(diào)節(jié)此電位器可調(diào)節(jié)調(diào)幅調(diào)制度，F(xiàn)SK調(diào)制時調(diào)節(jié)此電位器可調(diào)節(jié)高低頻率差值，逆時針旋到底時為關(guān)調(diào)制。（8）掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)此電位器可以改變內(nèi)掃描的時間長短。在外測頻時，逆時針旋到底（綠燈亮），為外輸入測量信號經(jīng)過衰減“20dB”進入測量系統(tǒng)。（9）CMOS電平調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)此電位器可以調(diào)節(jié)輸出的CMOS的電平。當(dāng)電位器逆（10）左頻段選擇按鈕：每按一次此按鈕，輸出頻率向左調(diào)整一個頻段。（11）右頻段選擇按鈕：每按一次此按鈕，輸出頻率向右調(diào)整一個頻段。（12）波形選擇按鈕：可選擇正弦波、三角波、脈沖波輸出。（13）衰減選擇按鈕：可選擇信號輸出的0dB、20dB、40dB、60dB衰減的切換。（14）幅值選擇按鈕：可選擇正弦波的幅度顯示的峰－峰值與有效值之間的切換。（15）方式選擇按鈕：可選擇多種掃描方式、多種內(nèi)外調(diào)制方式以及外測頻方式。（16）單脈沖選擇按鈕：控制單次脈沖輸出，每撳動一次此按鍵，單次脈沖輸出（21）電平翻轉(zhuǎn)一次。（17）整機電源開關(guān)：此按鍵撳下時，機內(nèi)電源接通，整機工作；此鍵釋放為關(guān)掉整機電源。（18）外部輸入端：當(dāng)方式選擇按鈕（15）選擇在外部調(diào)制方式或外部計數(shù)時，外部調(diào)制控制信號或外測頻信號由此輸入。（19）函數(shù)輸出端：輸出多種波形受控的函數(shù)信號，輸出幅度20Vp–p（空載），10Vp–p（50Ω負(fù)載）。（20）同步輸出端：當(dāng)CMOS電平調(diào)節(jié)旋鈕（9）逆時針旋到底，輸出標(biāo)準(zhǔn)的TTL幅度的脈沖信號，輸出阻抗為600Ω；當(dāng)CMOS電平調(diào)節(jié)旋鈕打開，則輸出CMOS電平脈沖信號，高電平在5V~13.5V可調(diào)。（21）單次脈沖輸出端：單次脈沖輸出由此端口輸出。（22）點頻輸出端（選件）：提供50Hz的正弦波信號。（23）功率輸出端（選件）：提供≥10W的功率輸出。2.后面板各部分的名稱和作用（1）型號分類標(biāo)識：區(qū)分EE1640C型函數(shù)信號發(fā)生器/計數(shù)器中型號，如1C、2C、2C1、3C等。（2）內(nèi)置保險絲電源插座（AC220V）：交流市電220V輸入插座，座內(nèi)保險容量為0.5A。2、用電子示波器觀察信號發(fā)生器的輸出信號1kHz100mV正弦波信號調(diào)節(jié)步驟：①開啟信號發(fā)生器和示波器電源，開關(guān)指示燈顯示。②使用信號線將信號發(fā)生器函數(shù)輸出端與示波器CH1對接。③選擇信號發(fā)生器波形選擇按鈕，選擇正弦波。④選擇所需信號的頻率范圍，按下1kHz檔級開關(guān)，調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，將其調(diào)制1kHz。⑤調(diào)節(jié)信號的幅度，選擇20dB衰減檔級開關(guān)，將幅度調(diào)整500mV。這樣我們就得到了1kHz500mV正弦波信號，在實際操作中，頻率讀信號發(fā)生器，幅度讀示波器上波形讀數(shù)，也就是以示波器幅度讀值為準(zhǔn)。注：從輸出接線柱分清正負(fù)連接信號輸出插線。如下圖（圖2-2）所示：圖2-6信號發(fā)生器與示波器連接圖1kHz100mV三角波（圖2-3）和1kHz10V方波（圖2-4）調(diào)節(jié)只在波形選擇上不同，其它步驟同上；圖2-7信號發(fā)生器與示波器連接圖圖2-8信號發(fā)生器與示波器連接圖1kHzTTL信號操作步驟①開啟信號發(fā)生器和示波器電源，開關(guān)指示燈顯示。②使用信號線將信號發(fā)生器同步輸出端與示波器CH1對接。③選擇信號發(fā)生器COMS/TTL選擇旋鈕，逆時針旋轉(zhuǎn)至指向TTL燈亮處。④選擇所需信號的頻率范圍，按下1kHz檔級開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，將其調(diào)制1kHz。⑤TTL信號幅度是定值，4.5V左右。如下圖（圖2-5）所示圖2-9信號發(fā)生器與示波器連接圖二、仿真練一練1、設(shè)置輸出幅值為50mv，頻率為1KHz的正弦波；1）點擊頻檔選擇按鈕，粗略找到相應(yīng)頻率的檔位（1K），讓后使用細(xì)調(diào)按鈕調(diào)節(jié)頻率使之調(diào)到要求頻率；2）點擊波形選擇按鈕，使頻率波形調(diào)至正弦波形；3）旋轉(zhuǎn)幅度調(diào)節(jié)按鈕，調(diào)節(jié)幅值電壓為50mv，如果調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)不到最小單位可使用衰減按鈕。2、設(shè)置輸出幅值為1v，頻率為10KHz的三角波；1）點擊頻檔選擇按鈕，粗略找到相應(yīng)頻率的檔位（10K），讓后使用細(xì)調(diào)按鈕調(diào)節(jié)頻率使之調(diào)到要求頻率；2）點擊波形選擇按鈕，使頻率波形調(diào)至三角波形；3）旋轉(zhuǎn)幅度調(diào)節(jié)按鈕，調(diào)節(jié)幅值電壓為1v，如果調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)不到最小單位可使用衰減按鈕。三、實踐用一用1、信號發(fā)生器面板功能按鈕的使用見視頻任務(wù)一1.1kHz500mV正弦波輸出波形調(diào)節(jié);任務(wù)二2.2kHz1V三角波輸出波形調(diào)節(jié);任務(wù)三3.1kHz100mV方波輸出波形調(diào)節(jié);任務(wù)四4.1kHzTTL信號輸出波形調(diào)節(jié).2、用電子示波器觀察信號發(fā)生器的輸出信號（完成實驗表格）圖2-10信號發(fā)生器與示波器連接圖2-2實驗連接圖表1波形示波器X軸量程檔位波形頻率

示波器Y軸量程檔位波形峰峰值

波形示波器X軸量程檔位波形周期

示波器Y軸量程檔位波形峰峰值

圖2-11信號發(fā)生器與示波器連接圖（二）信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)與原理一、自主學(xué)一學(xué)1、信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)與框圖

如圖2-4所示，整機電路由一片單片機進行管理，主要工作為：（a）控制函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率；（b）控制輸出信號的波形；（c）測量輸出的頻率或測量外部輸入的頻率并顯示；（d）測量輸出信號的幅度并顯示；（e）控制輸出單次脈沖。圖2-11信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖2、信號發(fā)生器的測量信號流程圖測量、試驗的準(zhǔn)備工作請先檢查市電電壓，確認(rèn)市電電壓在220V±10%范圍內(nèi)，方可將電源線插頭插入本儀器后面板電源線插座內(nèi)，供儀器隨時開啟工作。（1）在使用本儀器進行測試工作之前，可對其進行自校檢查，以確定儀器工作正常與否。（2）自校檢查程序（見圖2-5）圖2-12信號發(fā)生器的測量信號流程圖3、信號發(fā)生器的主要技術(shù)參數(shù)（1）頻率范圍指信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號頻率范圍。（2）輸出波形：能夠產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形(正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。（3）輸出幅度：波形在一個周期內(nèi)，信號波峰到波谷之間的最大絕對值（4）輸出阻抗信號發(fā)生器的輸出阻抗視其類型不同而異。低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般600Ω(或1kΩ)，功率輸出端依輸出匹配變壓器的設(shè)計而定，通常50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ等檔。高頻信號發(fā)生器一般僅有50Ω或75Ω檔。（5）輸出電平輸出電平指的是輸出信號幅度的有效范圍。（6）調(diào)制特性當(dāng)調(diào)制信號由信號發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生時，稱為內(nèi)調(diào)制，當(dāng)調(diào)制信號由外部加到信號發(fā)生器進行調(diào)制時，稱為外調(diào)制。EE1641C信號發(fā)生器的主要技術(shù)參數(shù)（1）頻率范圍0.2Hz～5MHz按十進制分類共分八檔（2）輸出波形函數(shù)輸出（對稱或非對稱輸出）：正弦波、三角波、方波（3）輸出幅度U≥20Up–p10%（空載）；（測試條件：fo≤15MHz，0dB衰減）（4）波形特性：a)正弦波失真度：＜0.8%（測試條件：fo=1kHz、Uo=10Up–p）b)三角波線性度：＞90%（輸出幅度的10%~90%區(qū)域）c)脈沖波上升/下降沿（輸出幅度的10％～90％）時間：≤20ns（測試條件：fo=2MHz、Uo=10Up–p）（5）衰減：0dB、20dB、40dB和60dB（0dB衰減即為不衰減）（6）顯示：a)顯示范圍：0.200Hz～20000kHzb)顯示有效位數(shù)：五位（10.000Hz～20000kHz）四位（0.200Hz～9.999Hz）4、信號發(fā)生器的使用注意事項1.信號發(fā)生器設(shè)有“電源指示”，使用時指示燈不亮，應(yīng)更換電池后再使用。2.信號發(fā)生器不用時應(yīng)放在干燥通風(fēng)處，以免受潮。二、拓展修一修1、常見故障的仿真分析故障1：波形無顯示

分析：1、未接通電源，解決辦法：接通電源；2、電路接觸不良，即其連接出現(xiàn)斷路，解決辦法：檢查各元件的位置是否插錯，電路連接是否良好；3、如果情形依舊，

可嘗試元件在在面包板上的位置；4、若故障仍未排除，可用萬用表進行檢測，找到斷路的位置。

故障2：三角波波形良好，正弦波波形失真。

分析：若正弦波每半個周期的波形不是軸對稱圖形（橫向失真），則需調(diào)節(jié)Rp2；若波形的幅度失真（總想失真），則需調(diào)節(jié)Rp1；若以上方法都無法排除故障，可小心檢驗元件是否插穩(wěn)。2、常見故障的仿真維修

以下介紹幾種常見的故障以及維修方法：

1．

開機無顯示。

解決方法：首先打開電源插座里的保險絲查看是否完好。如果完好，則打開儀器的外殼，將儀器內(nèi)部的排線重新插緊。

2．

調(diào)節(jié)多圈電位器時，頻率不起作用。

解決方法：由于多圈電位器屬于易損件，在使用很長時間后易損壞。所以如果用戶在使用本儀器時發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)頻率旋鈕不可調(diào)時，基本可判斷是多圈電位器損壞。以下介紹更換多圈電位器的方法：1.首先按照前述方法將儀器打開；

2.

將面板上的六個調(diào)節(jié)旋鈕（如：占空比、直流電平、幅度調(diào)節(jié)、掃描寬度、掃描速率、CMOS電平調(diào)節(jié)等旋鈕）取下來；3.

將多圈電位器的外帽卸下，并將里面的螺絲旋下，此時便可將多圈電位器旋鈕取下來；

4.將顯示板與儀器主板連接的排線拔除；

5.將顯示板四周的螺絲擰下，此時顯示板與儀器的前框分離；

6.將多圈電位器的螺帽擰下，然后將焊在多圈電位器上的三根導(dǎo)線焊下；

7.更換上新的多圈電位器，型號為WXD3-13

1K±5%，更換時千萬要注意焊接導(dǎo)線的位置不能錯。3.無同步輸出。

解決方法：首先檢查同步輸出高頻頭射頻電纜是否符合芯線與芯線通，地線與地線通，芯線與地線不通的原則。

其次，檢查N16（74LS04）4腳有無輸出信號，如無則檢查N15（74HC132）8腳有無輸出信號。3、常見故障的檢修三、探究想一想1、什么是信號發(fā)生器？有何作用?2、低頻信號發(fā)生器中的主振電路一般采用______振蕩器。（選填：RC/LC/晶振）3、低頻信號發(fā)生器中的振蕩器通常采用振蕩器，振蕩頻率f0＝，其頻率的細(xì)調(diào)是通過調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。4、低頻信號發(fā)生器是泛指工作頻率范圍為的正弦信號發(fā)生器。5、函數(shù)信號發(fā)生器通常都可以輸出正弦波、方波和三種信號。四、自評考一考1、選擇題一、選擇題1、下列不屬于正弦波信號發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)是（）A、幅頻特性 B、頻率特性 C、輸出特性 D、調(diào)制特性2、高頻信號發(fā)生器的振蕩電路通常采用的是（）A、RC振蕩器B、LC振蕩器C、RC振蕩器和LC振蕩器都可用D、RC振蕩器和LC振蕩器都不能用3、以下關(guān)于高頻信號發(fā)生器的表述正確的是（）A、不能輸出1MHz以下的低頻信號B、頻率微調(diào)是通過調(diào)節(jié)電感來實現(xiàn)的C、頻段改變是通過改變電容來實現(xiàn)的D、可輸出調(diào)制信號4、高頻信號發(fā)生器主振級與內(nèi)調(diào)制振蕩器的類型依次為（）振蕩器。A、LC，RCB、RC，LCC、LC，LCD、RC，RC5、在下列4種信號中，一般的函數(shù)信號發(fā)生器不能輸出的信號是（）A、正弦波 B、方波 C、三角波 D、尖脈沖6、正弦波信號發(fā)生器的核心是主振蕩器，高頻信號發(fā)生器的主振蕩器采用（）A、多諧振蕩器B、LC振蕩器C、RC振蕩器D、晶體振蕩器7、高頻信號發(fā)生器的輸出阻抗以（）Ω為優(yōu)選值。A、150B、75C、60D、50答案：（1）A（2）A（3）D（4）A（5）D（6）B（7）D（8）