电子测量原理.ppt

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1、第8章信号的产生8.1信号源概述信号源的作用和组成信号源的分类正弦信号源的性能指标8.1.1信号源在电子测量中的作用和组成1.信号源的作用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。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。2.信号源的组成信号输出主振器缓冲调制输出电源监测信号发生器结构框图8.1.2信号源的分类1.按频率范围大致可分为六类：超低频信号发生器0.0001Hz～1000Hz；低频信号发生器1Hz～1MHz；视频信号发生器20Hz～10MHz；高频信号发生器

2、200KHz～30MHz；甚高频信号发生器30KHz～300MHz；超高频信号发生器300MHz以上。2.按输出波形,大致可分为：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。3.按照信号发生器的性能指标可分为：一般信号发生器；标准信号发生器；1.低频信号发生器低频信号发生器频率范围一般为20Hz～20KHz，故又称音频信号发生器8.2.1正弦、函数发生器正弦信号发生器主振级缓冲放大电平控制功率放大衰减器阻抗变换电平调节波段调节频率细调电平指示低频信号发生器组成原理2.高频信号发生器高频信

3、号发生器输出频率范围一般在300KHz～1GHz，大多数具有调幅，调频及脉冲调制等功能输出主振级波段选择频率细调缓冲调制级输出级调制振荡器监测器外调制输入高频信号发生器原理框图8.2.2脉冲信号发生器常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等：uto（a）矩形波uto（b）锯齿波uto（c）阶梯波uto（d）钟形脉冲uto（e）数字编码序列常见的脉冲信号脉冲发生器的分类（根据用途和产生脉冲的方法）：通用脉冲发生器、快速（广谱）脉冲发生器、函数发生器、数字可编程脉冲发生器及特种脉冲发生器等。8.2.2通用脉冲

4、发生器通用脉冲发生器能够满足一般测试的要求，能够调节脉冲重复频率、脉冲宽度、输出幅度及极性等。输出脉宽，上升/下降沿控制主振级同步放大延时级脉冲形成输出级同步脉冲输出外同步触发输入外触发同步脉冲输出脉冲信号发生器组成原理函数发生器的性能和组成函数发生器能输出方波，三角波，锯齿波，正弦波等波形，具有较宽的频率范围（0.1Hz～几十MHz）及较稳定的频率。频率控制网络三角波缓冲器正弦波综合及缓冲正恒流源负恒流源比较器方波缓冲器外部频率控制函数选择及其它波形产生输出放大输出滤波直流补偿积分电路函数发生器基本组成原理8.3锁相频率

5、合成信号的产生频率合成原理频率的代数运算是通过倍频、分频及混频技术来实现。8.3.1频率合成的基本概念频率1输出石英晶体代数运算（加、减、乘、除）频率合成原理频率n输出基准频率2.频率合成分类及特点⑴直接频率合成通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出，下图是其实现原理。晶振谐波发生器（倍频）分频（÷10）8MHz混频（+）混频（+）2MHz滤波分频（÷10）2.8MHz滤波0.28MHz分频（÷10）混频（+）滤波6MHz6.28MHz0.628MHz3MHz3.628MHz直接式频率合成原

6、理框图1MHz1MHz9MHz优点：频率切换迅速，相位噪声很低。缺点：电路硬件结构复杂，体积大，价格昂贵，不便于集成化。⑵锁相式频率合成一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在基准频率上.优点：易于集成化，体积小，结构简单，功耗低，价格低等优点。缺点：频率切换时间相对较长，相位噪声较大。⑶直接数字合成（DDS）是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所需频率的正弦信号优点：能实现快捷变和小步进，且集成度高，体积小缺点：频率上限较低，杂散也较大。3.频率合成技术的发展各种

7、频率合成方式的综合:直接式、间接（锁相环）式和直接数字式频率合成技术都有其优缺点，单独使用任何一种方法，很难满足要求。因此可将这几种方法综合应用，特别是DDS与PLL的结合,可以实现快捷变，小步进及较高的频率上限。8.3.2锁相环（PLL）的基本概念1.锁相环基本工作原理及性能锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成。锁相环控制系统原理图frVrVCOPDLPFVofOVd锁相环的主要性能指标:同步带宽：锁定条件下输入频率所允许的最大

8、变化范围捕捉带宽：环路最终能够自行进入锁定状态的最大允许的频差环路带宽:锁相环的频率特性具有低通滤波器的传输特性，其高频截止频率称为环路带宽。2.锁相环的基本形式⑴倍频式锁相环倍频环实现对输入频率进行乘法运算，主要有两种形式：谐波倍频环和数字倍频环。数字倍频环在反馈回路加入数字分频器,锁相环路锁定时，f